報告綜述

伴隨人工智能、半導體、傳感器等快速發(fā)展，無人機系統(tǒng)通過技術(shù)快速迭代，不斷拓展能力和應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)《無人機系統(tǒng)發(fā)展白皮書》預測，2019- 2029 年全球無人機系統(tǒng)將保持 CAGR 20%以上，10 年內(nèi)產(chǎn)值累計超過 4000 億美元，而帶動的產(chǎn)業(yè)配套拓展和創(chuàng)新服務(wù)市場則更加龐大。

1）無人機自問世以來，就擁有傳統(tǒng)飛行器和大武器系統(tǒng)所不具備的快速迭代能力， 進化出的適用場景不斷拓展，逐步從軍事專用拓展到民用領(lǐng)域。隨著無人機 產(chǎn)業(yè)鏈趨于成熟，飛控與導航技術(shù)的快速發(fā)展，無人機具備了小型化、智能 化、低成本的條件。2014 年消費級爆發(fā)式增長，形成了無人機軍民兩用格 局。

2）無人機的使用需要無人機系統(tǒng)的支持。技術(shù)方面，無人機系統(tǒng)正向 多樣化、智能化、通用化趨勢發(fā)展。軍用方面，無人機系統(tǒng)將成為先進空中 作戰(zhàn)力量的主戰(zhàn)裝備和體系化、智能化作戰(zhàn)的關(guān)鍵組成部分。民用方面：廣 泛的應(yīng)用為無人機系統(tǒng)發(fā)展提供了產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)和市場化活力。

垂直起降固定翼飛行器憑借獨特的構(gòu)型，是近年來無人機乃至有人機領(lǐng)域最具活力的細分賽道之一。

2020 年垂直起降（VTOL）無人機加速軍事化應(yīng)用。因不受起降場地限制， 能適應(yīng)航海、山地等復雜地形環(huán)境，美將垂直起降飛行器列為美軍十大未來 關(guān)鍵裝備之首。2020 年，美空軍發(fā)布“敏捷至上”項目，極力推進電動垂 直起降 eVTOL 無人機軍事化應(yīng)用。多家新興 eVTOL 商企參與，目前 Joby 和 Beta 兩家已經(jīng)進入試飛階段。項目預計于 2023 年完成飛行器適航審定， 2025 年初具備規(guī)模化應(yīng)用的水平，實現(xiàn)大規(guī)模采購。

2020 年垂直起降（VTOL）無人機在工業(yè)級應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，同時繼續(xù) 加速城市交通商業(yè)化發(fā)展。1）工業(yè)級成為全球民用無人機增長新引擎，市 場逐步由 to C 轉(zhuǎn)向 to B。隨著應(yīng)用場景的不斷拓展，預計 2020 年工業(yè)無 人機市場規(guī)模將首次超過消費級無人機，成為全球民用無人機的主要市場。根據(jù) Frost & Sullivan 預測，2020-2024 年全球工業(yè)無人機市場 CAGR 高 達 56.43%，成為全球民用市場增長新引擎，2024 年全球民用市場規(guī)模將 達 4157.27 億元，而垂直起降（VTOL）無人機也是發(fā)展亮點之一。2）VTOL 加速城市交通（UAM）商業(yè)化。2020 年，日韓率先從國家層面頂層設(shè)計 UAM 產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，明確了 UAM 發(fā)展的關(guān)鍵時間點。同時，eVTOL 企業(yè)受到全球 資本包括產(chǎn)業(yè)資本的高度重視（豐田、優(yōu)步、騰訊等），紛紛加緊布局，助 力 UAM 商業(yè)化進程。

1.1 無人機與無人機系統(tǒng)

無人機是不攜載操作人員、由動力驅(qū)動、可重復使用、利用空氣動力承載飛行、可攜帶有效載荷、 在遠程控制或自主規(guī)劃的情況下完成指定任務(wù)的航空器。按照氣動布局分類，無人機主要分為固定 翼無人機、多旋翼無人機、無人直升機、垂直起降固定翼無人機。其中，垂直起降固定翼無人機兼 具固定翼和多旋翼的特點，對起降場地要求低、可空中懸停，適用于大面積、長航時作業(yè)，可攜帶 載荷作遠距離探測，具有應(yīng)用優(yōu)勢。

無人機逐步從軍事專用拓展到民用領(lǐng)域，形成了軍民兩用格局。早期主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，先后被 用于靶機、偵查、情報探測、攜彈打擊等。20 世紀 80 年代以來，美國、日本、中國紛紛探索無人 機在民用領(lǐng)域的應(yīng)用。2008 至 2014 年，受益于信息化、任務(wù)載荷、衛(wèi)星導航等技術(shù)的發(fā)展，無人 機在軍事領(lǐng)域及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。2014 年至今，隨著無人機產(chǎn)業(yè)鏈趨于成熟，飛控與導航 技術(shù)的快速發(fā)展，無人機具備了小型化、智能化、低成本的條件，消費級無人機快速發(fā)展，工業(yè)無 人機在巡檢、安防監(jiān)控、農(nóng)林植保、測繪與地理信息等領(lǐng)域同時得以快速發(fā)展。

無人機的使用需要無人機系統(tǒng)的支持。無人機系統(tǒng)是指揮控制站、一架或多架無人機、機載任務(wù)載 荷、數(shù)據(jù)鏈以及相關(guān)保障設(shè)施共同組成的功能系統(tǒng)。動力系統(tǒng)、任務(wù)載荷設(shè)備能力、感知與自主控 制導骯系統(tǒng)以及起降技術(shù)是無人機系統(tǒng)的四大關(guān)鍵核心技術(shù)。無人機系統(tǒng)按大小、用途、性能特點 可分為大型、中型、微小型無人機系統(tǒng)：

1) 大型無人機系統(tǒng)主要應(yīng)用于軍事高端需求領(lǐng)域，是整個產(chǎn)業(yè)體系的“塔尖”。制空作戰(zhàn)、高 空高速、長航時等任務(wù)功能的大型無人機系統(tǒng)，其開發(fā)復雜程度和技術(shù)挑戰(zhàn)甚至超過了大部 分有人作戰(zhàn)飛機。世界上只有美國、英國、法國、以色列、中國等少數(shù)國家具有大型無人機 系統(tǒng)獨立發(fā)展能力，全球僅有十余家領(lǐng)先防務(wù)企業(yè)具備大型無人機系統(tǒng)研制生產(chǎn)能力。

2) 中型無人機系統(tǒng)的性能可滿足大多數(shù)常規(guī)戰(zhàn)術(shù)場景和行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，一些科技工業(yè)基礎(chǔ)不高 的國家通過技術(shù)合作、引進生產(chǎn)線等方式也進入這一領(lǐng)域，全球約 40 個國家和地區(qū)、數(shù)百家 制造商擁有中型無人機系統(tǒng)研制生產(chǎn)能力，其中既包括傳統(tǒng)防務(wù)及航空制造企業(yè)，也包括不 少新興高科技企業(yè)參與。

3) 微小型無人機系統(tǒng)借助成熟的軟硬件技術(shù)和產(chǎn)品配套體系，正在特種作戰(zhàn)場景和大眾及消費 領(lǐng)域不斷開發(fā)應(yīng)用，涉及技術(shù)、專業(yè)、資金門檻相對較低，從業(yè)企業(yè)數(shù)以千計，中國的大疆 創(chuàng)新等企業(yè)已占有較大市場份額，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)。

從價值量看，無人機配套系統(tǒng)約是無人機平臺的 38.5%。無人機平臺包括機體、發(fā)動機、系統(tǒng)成品 和任務(wù)設(shè)備；而無人機配套系統(tǒng)是指綜合保障系統(tǒng)和地面通用站。根據(jù)美國空軍《Aircraft Procurement, Air Force 2018》披露，截至 2017 年美國空軍已經(jīng)完成了 55 套“全球鷹”無人機 系統(tǒng)的采購工作，采購費總投入為 43.54 億美元。其中，飛機平臺 45 架，采購費為 31.43 億美元；通用地面站 10 套，采購費為 2.18 億美元；綜合保障系統(tǒng)采購費為 9.93 億美元。

1.2 無人機系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

從技術(shù)發(fā)展趨勢看，無人機系統(tǒng)正向多樣化、智能化、通用化發(fā)展。

1) 多樣化：隨著產(chǎn)品譜系和應(yīng)用場景不斷豐富，技術(shù)進步不斷推動無人機系統(tǒng)向高空化、遠程 化、高速化、長航時方向發(fā)展，并不斷創(chuàng)新運用范圍和使用方式；

2) 智能化：自主性水平是無人機系統(tǒng)發(fā)展程度的重要標準，智能化將成為未來戰(zhàn)爭和社會發(fā)展 的最突出趨勢之一。無人機系統(tǒng)與其他無人系統(tǒng)、有人系統(tǒng)實現(xiàn)集群、編組等方式協(xié)同，可 完成更為復雜的任務(wù)；

3) 通用化：采用通用化的無人機系統(tǒng)“站”和“鏈”等軟硬件，同一個“站”能夠指揮控制多 型、多架次無人機系統(tǒng)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。此外，開放式系統(tǒng)架構(gòu)和通用傳感器/武器接 口，將使得不同任務(wù)載荷在不同平臺間“即插即用”。

軍用方面，無人機系統(tǒng)將成為先進空中作戰(zhàn)力量的主戰(zhàn)裝備和體系化、智能化作戰(zhàn)的關(guān)鍵組成部分。高空、高速、隱身、長航時等先進無人機系統(tǒng)將在未來高危險區(qū)域、高強度對抗作戰(zhàn)環(huán)境中顯 示出突出的戰(zhàn)略突防能力和持久作戰(zhàn)能力；有人無人協(xié)同、分布式空中作戰(zhàn)、集群作戰(zhàn)等將成為未 來空中作戰(zhàn)的重要形態(tài)，高性能無人機系統(tǒng)將成為未來智慧化空中力量建設(shè)的重中之重。信息化、 網(wǎng)絡(luò)化背景下裝備體系對抗是未來高技術(shù)戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)樣式，武器裝備發(fā)展將由“以平臺為中心” 向“以任務(wù)能力為中心”的體系化、網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)變，無人機系統(tǒng)通過對現(xiàn)有作戰(zhàn)方式和裝備體系的跨 域“賦能”，有效推動信息組網(wǎng)和聯(lián)合作戰(zhàn)水平，充分發(fā)揮裝備體系在信息化戰(zhàn)爭條件下全維、精確、敏捷的作戰(zhàn)效能。

民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用為無人機系統(tǒng)發(fā)展提供了產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)和市場化活力。無人機系統(tǒng)在航拍娛樂、 農(nóng)林植保、安防監(jiān)測、地質(zhì)測繪、電力巡檢、物流運輸?shù)阮I(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用，并不斷探索新概念 新場景，如未來城市智能空中交通系統(tǒng)、無人空中物流等。在未來社會高度信息化、自動化、智能 化趨勢背景下，無人機系統(tǒng)將會加快對社會生活各行業(yè)領(lǐng)域的滲透、沖擊、乃至顛覆，持續(xù)拓展產(chǎn) 業(yè)發(fā)展空間。

根據(jù)《無人機系統(tǒng)發(fā)展白皮書》，2018 年全球無人機系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模比 20 年前增長了 30 倍， 預計 2019-2029 年全球無人機系統(tǒng)領(lǐng)域年均增速將保持 20%以上，產(chǎn)值累計超過 4000 億美元， 并帶動萬億美元級的產(chǎn)業(yè)配套拓展和創(chuàng)新服務(wù)市場。

2.1 無人機：“全新物種”，深刻改變戰(zhàn)爭面貌

在戰(zhàn)爭運用方面，無人機能大幅提升作戰(zhàn)費效比。無人機代替有人機作戰(zhàn)，能大幅降低單機、作戰(zhàn) 裝備體系和實戰(zhàn)成本，同時也能減少人這一寶貴作戰(zhàn)資源的損失。

1) 單架無人機的采購成本遠低于同功能、同級別的有人機。美軍“黑鳥”戰(zhàn)略偵察機采購成本約為 15~20 億美元/架，而“全球鷹”戰(zhàn)略偵察無人機只需 1 億元美元/架，僅占有人機單價采購成本 的 1/15。改造退役有人機成無人機，也能帶來巨大的成本優(yōu)勢。2017 年，波音公司接受軍方 一份合同，將 18 架 F-16s 戰(zhàn)斗機通過加裝人工智能系統(tǒng)改造為 QF-16 無人機，作為有人機 的“忠誠僚機”使用。每架無人機成本僅 138 萬美元，與動輒上億美元的隱形戰(zhàn)斗機相比， 其成本幾乎可以忽略不計。

2) 無人機可使美航母編隊總成本大幅下降 81%。根據(jù)《無人機與未來作戰(zhàn)芻議》，從出動率、 燃油消耗、維修成本等多個方面綜合分析，未來航母編隊可采購 144 架無人機取代原來的 361 架有人機，將成本由約 900 億美元降至 170 億美元。采用無人機后，在每艘航母作戰(zhàn)能力不 變的情況下，3 艘航母的總成本只相當于當前 2 艘航母的總成本。

3) 大幅降低飛行員訓練成本，延長作戰(zhàn)時間。有人機飛行員培養(yǎng)時間長、費用大，以美軍 F-15 戰(zhàn)斗機飛行員為例，培訓時間長達 2.5 年，整個費用超 1000 萬美元。相比之下，無人機操作 員的培訓時間通常只需要 120 小時，訓練費用要低得多。從作戰(zhàn)時間上看，無人機僅需少量 時間保養(yǎng)和訓練，大部分時間都可用于執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。而有人機通常只有 1/3 時間處于實戰(zhàn) 部署狀態(tài)，2/3 時間用于訓練和維護保養(yǎng)。

除此之外，無人機是軍用裝備的“全新物種”：升級迭代速度快，逐步向察打一體發(fā)展；且戰(zhàn)損比 例高，具備消耗品屬性。我國軍用無人機逐步從純偵察升級至察打一體。目前軍用無人機有長空一 號、長虹一號、ASN 系列、WZ-2000、BZK-005、翼龍系列、翔龍、利劍、彩虹系列以及云影等型 號。其中，翼龍系列、彩虹系列、利劍和云影等都是察打一體型無人機，均為 2000 年以后新亮相；而純偵察無人機則主要包括翔龍和 BZK-005 偵察無人機。據(jù)統(tǒng)計，美國捕食者 A 自 2001 年投入 實戰(zhàn)以來，已累計生產(chǎn) 550 架，到目前已損失 300 架以上，戰(zhàn)損比高達 54.4%。反觀美國 F15 系列戰(zhàn)機，已累計生產(chǎn) 894 架，到目前已損失 109 架以上，戰(zhàn)損比僅 12.2%。因此與有人機相比， 無人機屬于消耗性武器。

無人機深刻改變了戰(zhàn)爭面貌，同時軍用也促進無人機系統(tǒng)的強烈需求，引領(lǐng)前沿技術(shù)發(fā)展。軍用無 人機系統(tǒng)更強調(diào)在復雜的作戰(zhàn)場景和極端的使用環(huán)境下，滿足先進的技戰(zhàn)術(shù)性能、高可靠性、保密 安全性等要求，因此，軍用無人機系統(tǒng)發(fā)展要求更先進更復雜的專業(yè)化科技工業(yè)體系支撐，同時不 斷創(chuàng)新應(yīng)用高性能材料、新能源動力、人工智能、電子信息等領(lǐng)域的前沿科技，并牽引技術(shù)發(fā)展的 新方向。

無人機集群化作戰(zhàn)是未來空中作戰(zhàn)的重要形態(tài)，中國電科展示無人機蜂群發(fā)射車。有人無人協(xié)同、 分布式空中作戰(zhàn)、集群作戰(zhàn)等被列為未來空中作戰(zhàn)的重要形態(tài)，高性能無人機系統(tǒng)是未來智慧化空 中力量建設(shè)的重中之重。無人機蜂群技術(shù)具體是指無人機大規(guī)模自組網(wǎng)和自編隊技術(shù)。中國電科作為從事國家重要軍 民用大型電子信息系統(tǒng)的工程建設(shè)單位，在 2020 年 10 月 14 日展示了最新的無人機蜂群發(fā)射車。該系統(tǒng)可采取地面發(fā)射和空中發(fā)射兩種方式，用于地面發(fā)射的發(fā)射車可以一次儲存和發(fā)射 48 架無 人機。空中發(fā)射則是借助直升機投擲，無人機到空中后自主展開。

2.2 現(xiàn)狀：我國軍用無人機技術(shù)深厚，名揚國際市場

我國軍用無人機關(guān)鍵部件已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。首先是機體材料，近些年隨著我國材料行業(yè)迅速發(fā) 展，國內(nèi)優(yōu)質(zhì)碳纖維制造商不斷涌現(xiàn)，彩虹機體材料已可實現(xiàn)全國產(chǎn)化；第二，電子核心器件，無 人機沒有大型運算和高精度圖像處理，不使用高端芯片所以不受西方制裁和封鎖；第三，發(fā)動機方 面，例如彩虹使用的很多發(fā)動機現(xiàn)都已實現(xiàn)國產(chǎn)化，并完成相關(guān)國產(chǎn)化試驗工作，可實現(xiàn)國產(chǎn)發(fā)動 機替代方案。

目前，中國軍用無人機發(fā)動機主要以航空活塞發(fā)動機為主，但是未來中國發(fā)展察打一體無人機，小 型渦扇/渦噴發(fā)動機不可或缺。相對比活塞發(fā)動機，渦扇/渦噴發(fā)動機擁有更大的推重比、更快的速 度、更高的飛行高度。2018 年 11 月，中國航發(fā)在珠海航展上展示了 AEF50E 渦扇發(fā)動機、AEP50E 渦槳發(fā)動機、AEF20E 渦噴發(fā)動機等 3 款可用于無人機的發(fā)動機，填補了我國急需的無人機動力 空白。

除了關(guān)鍵部件已實現(xiàn)國產(chǎn)化之外，產(chǎn)能方面也有大幅提升，脈動生產(chǎn)線可年產(chǎn) 200 架彩虹無人機。不同于固定站位的傳統(tǒng)生產(chǎn)線，脈動生產(chǎn)線是一種不間斷快速流動的自動化生產(chǎn)線，是目前航空制 造中效率最高的總裝生產(chǎn)線，能保障現(xiàn)代戰(zhàn)機的批量生產(chǎn)交付。2020 年 1 月，由中國彩虹無人機 科技公司新建設(shè)的彩虹無人機脈動生產(chǎn)線首次亮相。該條彩虹無人機生產(chǎn)線總體設(shè)置了 6 個站位， 每個站位都對應(yīng)著細致精準的工序內(nèi)容。6 個站位之間的聯(lián)系是通過一條導軌，如此脈動生產(chǎn)線不 僅有著傳統(tǒng)站位的裝配特征，也可以實現(xiàn)裝備生產(chǎn)的快速流動性。彩虹無人機科技除了這條位于浙 江臺州的脈動生產(chǎn)線，在河北固安同樣建有多條脈動生產(chǎn)線，所有脈動生產(chǎn)線一年彩虹-4、彩虹-5 的合計產(chǎn)量可以保持在 200 架左右。

同時，我國軍用無人機也備受國際市場青睞，市場份額僅次于美國，翼龍系列為出口主力機型。2000-2019 年，全球無人機共出口 1609 架。2000-2004 年，全球無人機出口年均僅 33 架；而 2005- 2019 年，全球無人機出口數(shù)量顯著提升，年均高達 97 架。按出口國家分，2010-2019 年美國共出 口 474 架無人機，占據(jù)全球無人機 48.0%的出口市場。我國緊隨其后，以 25.3%的市場份額居于 全球第二。從機型看，翼龍系列無人機為我國出口主力機型，占比高達 64%；彩虹系列無人機占 比 28%，僅次于翼龍系列。

無人機生產(chǎn)線跨出國門，占據(jù)中東無人機的主要市場。2017 年 3 月，沙特阿拉伯引進彩虹無人機 生產(chǎn)線，引進的“彩虹-4”配備了衛(wèi)星通信天線，掛載的武器主要是 AR-1 激光制導近程空對地導 彈以及 FT-9 制導炸彈。在此前，“彩虹”無人機生產(chǎn)線已經(jīng)出口到了巴基斯坦和緬甸。目前，中 國以翼龍與彩虹為代表的企業(yè)已經(jīng)占據(jù)了中東無人機的主要市場。按照出口國分，2010-2019 年沙 特阿拉伯、埃及、阿拉伯聯(lián)合酋長國合計購買了我國 68%的出口無人機。

2.3 未來：垂直起降（VTOL）是無人機的發(fā)展趨勢之一

2.3.1 垂直起降——美軍十大未來關(guān)鍵裝備之首

因不受起降場地限制，能適應(yīng)航海、山地等復雜地形環(huán)境，美國將垂直起降飛行器列為美軍十大未 來關(guān)鍵裝備之首。垂直起降固定翼無人機主要有兩條技術(shù)路線。1）傾轉(zhuǎn)旋翼無人機：通過旋轉(zhuǎn)發(fā) 動機方向分別提供垂直起降和前飛兩個階段所需的升力和推力，代表型號有美國 V-22 魚鷹的艦載 無人機版“鷹眼”和我國的彩虹-10 等。2）旋翼固定翼復合式：采取兩套動力系統(tǒng)，旋翼提供垂直 升力，固定翼模式下由推進發(fā)動機提供動力，代表型號有縱橫股份“CW 大鵬”系列，彩虹 CH804D 等。

電推進系統(tǒng)可替代復雜機械傳動組件，優(yōu)化傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型。傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型能夠在確保良好垂直起降 性能的前提下提高平飛效率，從而兼顧垂直起降能力與巡航經(jīng)濟性，相較于旋翼構(gòu)型能夠大幅提升 航程。傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用已有數(shù)十年歷史，V-22 等型號已經(jīng)在特種作戰(zhàn)等場景下獲得了 廣泛應(yīng)用，但采用傳統(tǒng)動力系統(tǒng)的傾轉(zhuǎn)旋翼機，其發(fā)動機功率輸出機構(gòu)與旋翼之間需要極為復雜的 機械傳動組件，顯著增加了平臺復雜性和重量，對可靠性帶來了一定影響。電推進系統(tǒng)的應(yīng)用有效 規(guī)避了上述風險，電機可直接安置于傾轉(zhuǎn)翼組件處，通過線纜傳輸電能驅(qū)動電機，無需動力傳動組 件，大幅降低了機械結(jié)構(gòu)的復雜度，其維護特性能夠得到保證。

相較于傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型，旋翼固定翼混合構(gòu)型簡化了結(jié)構(gòu)，避免了傾轉(zhuǎn)部件的影響。旋翼固定翼復合 無人機在兩側(cè)機翼中部的前后方各設(shè)置一個定距螺旋槳，提供垂直起降所需升力，機身尾部設(shè)置一 個推進螺旋槳，提供平飛巡航階段的推力。在平飛巡航階段，機翼位置的 4 個螺旋槳將停轉(zhuǎn)并固定 在最小阻力位置，從而降低平飛階段的阻力。混合構(gòu)型在兼顧了多旋翼飛行器的垂直起降性能與固 定翼飛行器的平飛高效特性，相較于傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型，混合構(gòu)型結(jié)構(gòu)簡單、無傾轉(zhuǎn)部件。其次，固定 翼與旋翼結(jié)構(gòu)并存實際是一種妥協(xié)，兩者會互相影響，一方面結(jié)構(gòu)質(zhì)量大，另一方面效率受限，在 垂直起降階段，大面積的機翼會增大起降阻力；在平飛階段，旋翼會增大阻力。為了平衡這種影響， 可以在平飛階段停轉(zhuǎn)螺旋槳并固定位置。

2.3.2“敏捷至上”項目——2020 美軍極力推進 eVTOL 軍事化

美軍“敏捷至上”項目推動商業(yè)電動垂直起降技術(shù)向軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)化。2020 年 2 月，美空軍啟動了 名為“敏捷至上”（Agility Prime）項目，探索航空業(yè)新興的電動垂直起降（eVTOL）技術(shù)在特種 作戰(zhàn)、救援搜索、短距運輸?shù)溶娛氯蝿?wù)應(yīng)用的可行性，推動商用技術(shù)向軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)化。預計于 2023 年完成飛行器適航審定，2025 年初具備規(guī)模化應(yīng)用的水平，實現(xiàn)大規(guī)模采購。

“敏捷至上”項目將軍用電動垂直起降飛行器命名為適應(yīng)性保障飛行器（ORB），應(yīng)滿足的技術(shù)要 求主要包括以下 5 個方面：

1）機械結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)垂直起降飛行器簡化，從而降低維護成本和周期；

2）應(yīng)用自主飛行技術(shù)，提高安全性、降低人員操作需求；

3）經(jīng)濟性，可批量生產(chǎn)應(yīng)用；

4）采用 分布式電推進技術(shù)實現(xiàn)低噪聲；

5）靈活、敏捷，減少對基礎(chǔ)設(shè)施的依賴。

相應(yīng)的，飛行器應(yīng)具備 的技術(shù)要素包含：

1）采用分布式推進系統(tǒng)；

2）采用電推進系統(tǒng)；

3）有人駕駛，或遙控駕駛，或 自主飛行；

4）垂直起降；

5）具備懸停能力；

6）可具備升力表面；

7）模塊化設(shè)計。

相較于商用領(lǐng)域的電動垂直起降飛行器，“敏捷至上”提出的技術(shù)要求有一定差異性。對于上述第 一類應(yīng)用場景，敏捷至上提出的技術(shù)指標要高于現(xiàn)有的典型商用技術(shù)指標，例如貝爾公司于 2020 年 1 月提出的 Nexus 4EX 商用飛行器方案航程為 95km，同期現(xiàn)代公司 S-A1 方案航程同樣約 100km，這一航程能夠滿足典型的商用城市空運需求，但不能滿足軍事任務(wù)需求；第二類和第三類 飛行器在商用領(lǐng)域的應(yīng)用場景尚未凸顯，因而未得到廣泛關(guān)注。此外，軍事任務(wù)的環(huán)境條件與城市 存在顯著差異，需要考慮結(jié)冰防護等多種環(huán)境控制問題。美空軍表示，采購的飛行器型號不會是軍 用定制的，而是與商用市場版本相同的型號。

“敏捷至上”項目第一階段投資總額遠遠超出預算，多家新興 eVTOL 商企參與，Joby 和 Beta 兩 家已經(jīng)進入試飛階段。美空軍對“敏捷至上”項目的風投集中在自主飛控、先進材料和制造工藝、聲學技術(shù)、避撞系統(tǒng)等，敏捷至上項目已開始與參與方簽署合同，美國初創(chuàng)公司軍刀飛機公司 （Sabrewing）獲得了金額 325 萬美元的小型企業(yè)創(chuàng)新研究合同。第一階段計劃投資總額為 1000 萬美元，目前的投資額已經(jīng)大大超過原計劃。截至目前，Joby 和 Beta 兩家中標入選試飛階段。

3.1 2020 年，全球民用無人機市場逐步由 to C 轉(zhuǎn)向 to B

民用無人機分為消費級無人機和工業(yè)無人機。1）消費級無人機主要用于航拍和娛樂，著重拍攝功 能和可操作性。2）工業(yè)無人機注重經(jīng)濟效益，追求巡航速度、續(xù)航時間等性能的平衡，對無人機 的專業(yè)化應(yīng)用要求高。通過搭載不同的任務(wù)載荷，如熱紅外相機、高光譜相機、激光雷達、光電吊 艙等，實現(xiàn)不同專業(yè)功能，從而滿足對應(yīng)的行業(yè)需求。其主要應(yīng)用于測繪與地理信息、巡檢、安防 監(jiān)控、應(yīng)急等領(lǐng)域。

2020-2024 年消費無人機增速疲軟，工業(yè)無人機成為全球民用無人機新引擎，市場逐步由 to C 轉(zhuǎn) 向 to B。根據(jù) Frost & Sullivan 預測，2020-2024 年全球民用無人機市場的 CAGR 高達 43.03%， 預計 2024 年市場規(guī)模將達 4157.27 億元。隨著應(yīng)用場景的不斷拓展，全球工業(yè)無人機實現(xiàn)快速發(fā) 展，預計2020年工業(yè)無人機市場規(guī)模將首次超過消費級無人機，成為全球民用無人機的主要市場。

2020-2024 年全球消費無人機的 CAGR 將有所下滑，從 2015-2019 年的 24.09%下降至 20.00%；而同期工業(yè)無人機將保持高增速，從 2015-2019 年的 50.62%增長至 56.43%。

中國是全球民用無人機的主要市場，中國工業(yè)無人機市場規(guī)模將在 2021 年首次超過消費級無人機。2020 年中國民用無人機市場規(guī)模為 599.05 億元，占全球民用無人機市場的 60.30%，屬于全 球領(lǐng)先地位。從市場結(jié)構(gòu)上看，2020 年我國消費級無人機市場規(guī)模為 325.83 億元，占比 54.39%；工業(yè)無人機市場規(guī)模 273.21 億元，占比 45.61%。2021-2024 年，工業(yè)無人機將占據(jù)我國民用無 人機主要市場，市場占比從 55.01%快速增長至 72.65%。同期，我國工業(yè)無人機 CAGR 維持 53.27% 的高增速，成為我國民用無人機發(fā)展的新引擎。

3.2 垂直起降：新構(gòu)型拓展行業(yè)全新應(yīng)用場景

3.2.1 垂直起降：加速城市空中交通（UAM）商業(yè)化

兼具優(yōu)秀懸停能力、長巡航速度與航程的垂直起降（VTOL）無人機蘊含巨大市場需求。現(xiàn)今，無 人機在懸停時間、巡航速度、航程與起降場地方面都提出了更高的要求，而多旋翼、直升機和固定 翼無人機都無法同時滿足這種多方位的需求。多旋翼無人機受制于續(xù)航時間和航程短；無人直升機 則造價較貴，飛控難度也較高；而固定翼無人機則是對起降場地的要求較高，一般需要跑道。垂直 起降無人機因兼具優(yōu)秀懸停能力和較長的巡航速度與航程受到市場關(guān)注。其中，復合型垂直起降無 人機（VTOL）和垂直起降固定翼無人機各有側(cè)重：復合型 VTOL 偏重于懸停時間，垂直起降固定 翼在航程上更有優(yōu)勢。

eVTOL 打開新應(yīng)用場景城市空中交通（UAM），資本助力新興 eVTOL 企業(yè)加速 UAM 商業(yè)化。根據(jù)美國國家航空航天局發(fā)布的《城市空中交通空域整合概念和考慮因素》中的定義，“城市空中 交通（UAM）”是“城市內(nèi)適用于載人飛行器和無人飛行器系統(tǒng)的安全高效交通運作方式”。目前， 具有優(yōu)秀懸停能力、長巡航速度與航程、低噪音的電動垂直起降（eVTOL）飛行器獲得騰訊等資本 的追捧。另外，空中客車、波音等大公司以及 Lilium、Volocoper、Kitty Hawk 等新興企業(yè)都正在 打造自己的電動垂直起降飛行器以用于城市空中交通。eVTOL 的商業(yè)化要經(jīng)歷七個階段：設(shè)計、 公告、驗證測試、全尺寸測試、載人測試、生產(chǎn)、商業(yè)化推廣。我國億航公司是全球為數(shù)不多實現(xiàn) 量產(chǎn)銷售的 eVTOL 公司。

除新興企業(yè)外，傳統(tǒng)車企也加緊布局 eVTOL。近年來吉利、豐田、小鵬、現(xiàn)代、克萊斯勒等一眾 車企紛紛并購布局，也陸續(xù)推出了自己的原型機，其中吉利汽車最早于 2020 年 6 月發(fā)布的吉利 TF-2A 即可實現(xiàn) 180km/h 的飛行速度以及 100 公里的最大飛行里程。在 2020 年 CES 展上，現(xiàn) 代、克萊斯勒等汽車巨頭也紛紛展示垂直升降汽車概念產(chǎn)品。

3.2.2UAM 現(xiàn)狀：我國政策不足但技術(shù)深厚，全球首發(fā)載人無人機

民用無人機產(chǎn)業(yè)受政策和技術(shù)驅(qū)動，我國 UAM 產(chǎn)業(yè)政策相對不足但技術(shù)深厚。政策方面，我國早 已確定無人機行業(yè)為國家戰(zhàn)略。但是對于新興的城市空中交通 UAM 產(chǎn)業(yè)，我國尚未在國家層面制 定 UAM 產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。技術(shù)方面，我國工信部對民用各領(lǐng)域的技術(shù)共性需求早已作出判斷。經(jīng)過多年 發(fā)展，在廣東珠三角構(gòu)建了強大的無人機產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，以深圳為主形成了中國乃至全球民用無人機 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的領(lǐng)頭羊，為我國無人機相關(guān)技術(shù)打下深厚基礎(chǔ)。

政策：日韓率先頂層設(shè)計 UAM 產(chǎn)業(yè)，我國略有落后

我國無人機行業(yè)已上升至國家戰(zhàn)略，行業(yè)高增長格局早已確立。《國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二 五”規(guī)劃》、《國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，明確將無人機產(chǎn)業(yè)納入到國家戰(zhàn)略 性高科技產(chǎn)業(yè)定位和國民經(jīng)濟戰(zhàn)略地位，給予長期的、穩(wěn)定的支持。《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年 行動實施方案》是國家出臺的首個關(guān)于無人機行業(yè)的重要支持政策，意味著該行業(yè)發(fā)展已上升至國 家戰(zhàn)略，行業(yè)高增長格局已經(jīng)確立。

對于城市空中交通 UAM 產(chǎn)業(yè)，2020 年日韓將其上升至國家層面，明確了關(guān)鍵時間節(jié)點。相比之 下，我國尚未頂層制定發(fā)展規(guī)劃。在日本內(nèi)閣第四十次“未來投資會議”上通過了日本《增長戰(zhàn)略 跟進計劃》，這個重要計劃相當于日本國民經(jīng)濟的“十年規(guī)劃”，將指導日本政府未來十年的產(chǎn)業(yè)政策制定和政府投資方向，為 2021 至 2030 年的日本國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域制定了總體發(fā)展目標。其 中，首次在國家層面制定了無人機及“飛行汽車”的戰(zhàn)略規(guī)劃。無獨有偶，2020 年 6 月韓國土地、 基礎(chǔ)設(shè)施與交通部（MOLIT）發(fā)布了城市空中交通（UAM）規(guī)劃方案，成為第二個在國家層面制定 UAM 產(chǎn)業(yè)政策規(guī)劃的國家。

雖然我國 UAM 產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計不足，但也正加快推進相關(guān)立法工作。2019 年 1 月 21 日，在省部級主要領(lǐng)導干部堅持底線思維著力防范化解重大風險專題研討班開班式上發(fā)表重要講 話，要加快科技安全預警監(jiān)測體系建設(shè)，圍繞無人機、服務(wù)機器人、自動駕駛、人工智能等領(lǐng)域， 加快推進相關(guān)立法工作。1 月 23 日，民航局印發(fā)《基于運行風險的無人機適航審定的指導意見》， 明確將在 2019 年底初步建成基于運行風險的無人機適航管理體系，公布已在國內(nèi) 5 家無人機企業(yè) 設(shè)立適航審定試點，重點探索貨運無人機、巡線無人機、載人無人機的適航標準和審定辦法。2020 年 10 月 28 日，中國民用航空局公布首批 13 個民用無人駕駛航空試驗基地（試驗區(qū)）名單，以加 快推進中國民用無人駕駛航空事業(yè)發(fā)展和保持國際領(lǐng)先地位。

技術(shù)：我國無人機技術(shù)國際領(lǐng)先，率先發(fā)布載人無人機

在無人機技術(shù)方面，我國早已對各民用領(lǐng)域作出共性技術(shù)需求判斷，這為我國 UAM 產(chǎn)業(yè)打下堅實 技術(shù)基礎(chǔ)。

在工信部的《民用無人機系統(tǒng)發(fā)展路線圖》中，對于共性技術(shù)做出了詳細的闡述：

1) 機體：輕質(zhì)化機體結(jié)構(gòu)，優(yōu)化氣動性能設(shè)計。材料技術(shù)的發(fā)展令新型輕質(zhì)材料、智能材料逐 漸應(yīng)用于航空器結(jié)構(gòu)設(shè)計，使結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化、變體結(jié)構(gòu)等具備應(yīng)用前景，為提高航時性能和載 荷能力提供基礎(chǔ)。同時，抗墜毀能力、在惡劣環(huán)境下的生存能力以及結(jié)構(gòu)的開敞性和外場可維護性對于民用無人機十分重要。此外，抵抗惡劣天氣條件、應(yīng)對復雜應(yīng)用場景和地勢起降 條件的適用性和生存能力也是民用人機普遍共性需求之一。

2) 動力系統(tǒng)：無人機系統(tǒng)的核心，需要高效率、高可靠、控制簡單的裝置設(shè)計。由于無人機任 務(wù)載荷較重，所需航程較遠，所以對功率提取有較大需求。為滿足對續(xù)航能力的要求，在保 持機上設(shè)備動力供給的情況下，動力裝置可以通過增加功率和減少發(fā)動機重量；或者采用低 油耗率的設(shè)計。同時，依靠關(guān)鍵系統(tǒng)的備份設(shè)計和多裕度設(shè)計可以提高動力裝置的可靠性， 以保障飛行安全和任務(wù)的順利進行。為調(diào)試方便，使用維護簡單，動力裝置設(shè)計及無人機的 電氣、通信接口也需要盡可能的簡單。

3) 控制導航：智能自主化是無人機技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢之一。面向未來信息化需求的智能無 人機系統(tǒng)，其智能自主化的特征體現(xiàn)在環(huán)境的自動感知與理解、威脅規(guī)避、自主規(guī)劃與決策、 自主運動控制以及任務(wù)的自主執(zhí)行等方面。其中，環(huán)境感知和理解是實現(xiàn)自主控制的基礎(chǔ)， 自主行為決策與規(guī)劃技術(shù)是實現(xiàn)自主行為能力的核心。

4) 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：為實現(xiàn)人機緊密結(jié)合，需要依靠數(shù)據(jù)鏈技術(shù)和地面控制站建立實時高效的圖 像及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈需要具有抗截獲、抗干擾能力，實時傳回監(jiān)控目標影像，使指揮 中心能夠及時監(jiān)控現(xiàn)場；同時，數(shù)據(jù)鏈也要記錄飛行數(shù)據(jù)，在遙控控制信號丟失時可完成自 動返航。地面控制站作為人機接口，主要實現(xiàn)對飛行器的控制、任務(wù)控制、載荷數(shù)據(jù)分析和 系統(tǒng)維護等，關(guān)乎著無人機的飛行安全。因此，我們需要穩(wěn)定可靠、實時高效的數(shù)據(jù)傳輸機 制以滿足海量數(shù)據(jù)實時通信需求，同時也要確保飛行數(shù)據(jù)具有直觀性和易操作性。

降低成本、注重實用是我國民用無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要特征。民用無人機產(chǎn)業(yè)將以“政府引導，社 會主營”為主要模式，形成以生產(chǎn)企業(yè)和通用航空企業(yè)為主體的多種經(jīng)營方式，逐步建成國內(nèi)無人機應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈。根據(jù)《民用無人機系統(tǒng)發(fā)展路線圖》，產(chǎn)業(yè)體系協(xié)同化、消費產(chǎn)品個性化、行業(yè)應(yīng) 用專業(yè)化、研發(fā)升級智能化、運營服務(wù)精準化是民用無人機的主要發(fā)展趨勢。

在廣東珠三角地區(qū)，已經(jīng)形成了以深圳為主的中國乃至全球民用無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)頭羊，為我國 率先發(fā)布載人無人機打下深厚技術(shù)基礎(chǔ)。摩根士丹利在 2018 年發(fā)布的藍皮書中表示，由于考慮到 技術(shù)和政府法規(guī)的重大不確定性，保守地估計城市空中交通行業(yè)將到2030年才會開始發(fā)展。但是， 2016 年在美國拉斯維加斯發(fā)布的全球首款載人級全自動無人駕駛飛行器——億航 184，為城市空中交通行業(yè)開啟了新篇章。億航全自動飛行器已經(jīng)成功進行了 2000 多次載人及不載入飛行測試， 為商業(yè)運營做好了準備。同時，億航也是全球為數(shù)不多實現(xiàn)量產(chǎn)銷售的 eVTOL 公司。2019 年億 航累計銷售載人級自動駕駛飛行器（AAVautonomous UAV）61 架，相比之下，2018 年僅為 3 架。

3.2.3UAM 未來：多方位優(yōu)化產(chǎn)品，加快商業(yè)化節(jié)奏

城市空中交通產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)商不僅需要制造智能飛行器的能力，還需要具備構(gòu)建集中式平臺支持商 業(yè)運營的能力，以及全面精通航空、通信、計算機、材料科學等跨學科的技能。目前來看，電池高 成本、機體材料輕量化、優(yōu)化機體構(gòu)型是 UAM 行業(yè)商業(yè)化的亟需解決的難題。

電池：單項成本最高，對利潤影響大

電池是單項成本最高的部件，以億航 216 自動駕駛飛行器為例，500 次充電循環(huán)考慮，電池在總運 營成本中占比超過 60%。電池成本降低 1%，運營商的運營利潤將增加 3%；而電池壽命延長 1%， 運營利潤將增加 2%。其次，由于電池重量在自動駕駛飛行器的空機重量中占大約 1/3，電池繼續(xù) 減重將大幅增加自動駕駛飛行器的航程。最后，從商業(yè)角度而言，縮短電池充電時間，將提升資產(chǎn) 利用率，提高運營成效。

機體材料：輕量化、低成本之路

輕量化、低成本的機體材料是 eVTOL 實現(xiàn)量產(chǎn)必須克服的困難。其一，自動飛行器對重量非常敏 感。復合材料質(zhì)量輕盈，結(jié)構(gòu)堅固，是理想的航空材料，例如電動機等關(guān)鍵零部件采用金屬制成。進一步減輕飛行器的新材料或新設(shè)計將幫助延長航程，提升總體性能。其二，復合材料技術(shù)主要是 解決結(jié)構(gòu)生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)維護的復雜性問題，這是所有飛行器在降低成本的道路上必須要克服的困難。

2020 年 4 月，日本 TORAY 提出連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料助推 eVTOL 規(guī)模生產(chǎn)。擴大碳纖 維復合材料生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)鍵因素在于三個方面：自動化的快速生產(chǎn)、焊接/模塊化的結(jié)構(gòu)和可重構(gòu)、 室溫儲存；熱塑性復合材料可以很好地解決這些問題，TORAY 認為利用熱塑性復合材料制造零件 可以比熱固性復合材料成本降低 30%到 50%。在生產(chǎn)制造的效率方面，熱塑性復合材料的成型過 程僅僅發(fā)生加熱變軟和冷卻變硬的物理變化，只需升溫、加壓成型、冷卻即可完成制備過程，可采 用熱壓成型工藝，故成型周期短、生產(chǎn)效率高和成本低。同年 7 月，Toray 公司宣布將向 Lilium 提供高性能碳纖維復合材料，用于 eVTOL Lilium Jet 飛機。

機體構(gòu)型：垂直起降固定翼是未來趨勢之一

垂直起降固定翼能效更高、航程更遠。電動垂直起降飛行器盡管存在諸多優(yōu)點，但缺乏固定翼的固 有升力，意味著能效不高，航程有限。改進設(shè)計，結(jié)合電動垂直起降飛行器和固定翼飛行器的優(yōu)勢， 采用多旋翼和固定翼復合的垂直起降固定翼構(gòu)型能提高無人機氣動效率、航程和安全性。

垂直起降固定翼市場高速增長，或借助 UAM 產(chǎn)業(yè)發(fā)展，細分賽道走出行業(yè)新龍頭。按照機型劃分， 垂直起降固定翼機型增長潛力最大。根據(jù) Frost & Sullivan 預測，垂直起降固定翼市場份額五年增 長 3 倍，2019 年 10.11%增長至 2024 年 30.61%。垂直起降固定翼市場規(guī)模五年增長 10 倍，2019 年 12.31 億元增長至 2024 年 124.26 億元。同期，多旋翼市場規(guī)模僅增長 3.6 倍，2019 年 64.06 億元增長至 2024 年 232.10 億元，市場份額相應(yīng)減少 17.65%。

風險提示

新的無人機構(gòu)型，商用市場發(fā)展不達預期：垂直起降固定翼屬于全新無人機構(gòu)型，商用化進程剛 剛起步，市場發(fā)展可能不達預期。