国外媒体报道: 城市很快就会充满各种电动垂直起降 (eVTOL) 飞机，这些飞机穿过密集的城市中心在下面拥挤的街道上方运送乘客和货物。
与任何新兴技术一样，随着市场的震荡，出现了大量设计，这些设计提供了运营商需要的安全性、弹性、舒适性和需求，将通勤公众转变为在城市或都市区进行短途旅行的常旅客。
美国国家航空航天局 (NASA) 估计到 2029 年可能会有 1.3 亿人次出行。一些市场预测者估计 UAM 市场将从 2021 年的 22 亿美元增长到 2031 年的 310 亿美元。
在此期间，eVTOL 飞行出租车的城市空中交通 (UAM) 领域将需要看到法规、最佳实践和基础设施的快速采用投资以确保在以高楼大厦、巨大的射频 (RF) 传输流量以及很快其他飞机为主的城市中实现安全的航空旅行。
虽然许多人关注的是飞越市中心交通拥堵的乘客，但 UAM 领域的范围更广。除了飞行出租车的承诺之外，自主 eVTOL、混合动力和传统燃料飞机运营商表示，他们打算为穿梭机、个人飞行器、航空货运、空中救护车/紧急车辆、最后一英里交付等寻找客户军事应用。这些飞机可以远程驾驶，也可以由机上飞行员驾驶，或者在市内和城际航线上完全自主驾驶。
截至 2023 年，位于弗吉尼亚州费尔法克斯的垂直飞行协会的 eVTOL 飞机目录中注册了 300 多种具有升力和推力布局的设计，包括看起来像更大版本的消费类四旋翼无人机；分布式多轴飞行器；使用混合概念的设计，其中固定或倾斜的机翼驱动向前飞行，而其他风扇或螺旋桨用于升空、悬停和着陆；和快速的喷射设计。当然，每个都有自己的优点和缺点。
除了 UAM 的目标是在人口稠密的环境中运送人员和货物外，同样的技术也有望用于城市中心以外的民用和军用，被称为先进空中机动性 (AAM)。
为未来而建
位于华盛顿的美国联邦航空管理局 (FAA) 指出，UAM 飞机最初将使用传统直升机已有的飞行生态系统，其中包括航线、直升机停机坪和空中交通管制 (ATC) 服务。2023 年 3 月，美国联邦航空局开始为以 UAM 为中心的垂直起落场制定标准，包括标志和混凝土规范。
该机构在去年春天的一份声明中写道：“[工程简介]草案基于美国联邦航空局对目前正在开发的各种飞机设计的性能特征进行的研究，这些飞机将利用垂直起落场设施。” “指南草案包含对复合材料飞机（或参考飞机）的讨论，指南草案中包含的推荐安全标准仅适用于该复合材料飞机或性能特征范围内的任何飞机使用的垂直起落场作为该复合材料飞机。安全标准草案不适用于垂直起落场设施，这些设施将被其他类型的飞机使用，超出该复合飞机的性能特征。”
在各机构制定标准的同时，工程师们正在研究如何在城市周围分布小型起降区，以实现安全维护以及客运和货物装卸。
在确定具体细节的同时，从法国图卢兹的空中客车公司和弗吉尼亚州阿灵顿的波音公司等航空巨头，到首尔的现代汽车和东京的丰田汽车等汽车和工业企业，以及科技公司-前瞻性初创企业试图在 UAM 领域建立足迹。
芝加哥联合航空公司等美国主要客运航空公司和巴西 Azul 等全球其他航空公司都对 UAM 进行了大量投资。9 月，美联航宣布计划从巴西制造商巴西航空工业公司的子公司 Eve Air Mobility 购买 200 架四座 eVTOL 飞机，并可选择再购买 200 架。
Eve 的设计使用传统的固定翼、旋翼和推进器，使其具有升力加巡航设计，航程可达 60 英里，并声称可将噪音水平降低与目前的传统飞机相比，减少了 90%。Eve 还创建了空中交通管理，以使 UAM 行业能够安全扩展。该软件的安全级别与 Embraer 现有的空中交通管理软件相同。
安全模拟
上个月，现代汽车集团旗下的 Supernal 宣布与华盛顿的微软公司 Redmond 合作，整合这家软件巨头的 Azure 云平台来运行模拟，以测试和训练自动驾驶飞机运输。
微软表示，它将为 Supernal 提供 Project AirSim 的早期访问权，这是一个人工智能 (AI) 优先的模拟平台，以通过模拟构建、测试、训练和验证安全的自动驾驶飞机运输。Project AirSim 使用 Azure 生成大量环境和感官数据，以训练模拟飞行所有阶段和可变天气模式的机器学习模型。AirSim 项目提供预训练人工智能模型库和代表城市和乡村景观的行星规模 3D 环境，以及提供合成数据生成的合作伙伴生态系统。
“航空运输是移动民主化的关键支柱，它通过安全的飞行体验连接更多的人、货物和地点，”微软云 + AI 公司副总裁 Ulrich Homann 说。“借助 Microsoft 云，Supernal 可以释放大规模构建、验证和部署电动飞行器所需的计算能力，从而促进先进空中交通解决方案的商业化。”
位于加利福尼亚州阿拉米达的实时软件专家 Wind River Systems 还通过 Wind River Studio 为 UAM/AAM 和其他关键任务智能系统提供基于云的解决方案。
Wind River Studio 是一个云原生平台，用于关键任务智能系统的开发、部署、运营和服务，并提供满足 DO-178C 和 DO-356A 的解决方案，航空航天和国防解决方案总监 Alex Wilson 说在加利福尼亚州阿拉米达的实时软件专家 Wind River Systems。
“基于现代开发环境，Wind River Studio 提供了未来智能航空电子设备的基本构建块，在现代开发环境中，安全和保障的过程要求被内置到自动化软件开发过程中，”Wilson 说。“Wind River Studio 安全认证平台支持 Arm、Intel 和 PowerPC 等航空领域的流行架构。Wind River Studio 包括使用数字孪生的自动验证和验证。这使软件开发人员不仅可以满足法规要求，还可以提供整个舰队的创新能力使用云来扩展他们的运营。”
安全第一
在美联航乘客可以搭乘从长岛垂直起降场飞往拉瓜迪亚机场的航班之前，设计师和工程师不仅需要赢得未来乘客的信任，还需要赢得监管机构的信任。由于许多飞机都以完全或部分自主飞行为目标，专家们需要展示能够同时实现这两项功能的完美系统。
Wind River 的 Wilson 指出，最大的挑战是确保这些飞机在充满挑战的环境中安全可靠地运行。
“密集的城市环境意味着这些飞机不会因适航原因或网络攻击而造成人员伤亡，”威尔逊说。“法规必须在这一挑战中发挥作用。这涵盖了飞机生命周期的许多方面，从开发到部署和运营。这在某些方面与商用飞机没有什么不同，规定了如何获得适航性，飞机的条件是什么是为运行而设计的，以及如何在整个生命周期中保持适航性。除此之外，还有关于如何允许你在空域中运行的规定，包括你需要遵守的通信和传感器。”
Wilson 说，随着制造商从美国联邦航空局 (FAA) 和欧洲航空安全局 (EASA) 等监管机构获得适航性，设计师必须分析潜在的故障模式并提供必要的迁移，以确保不会发生任何致命事故。
“这些缓解措施通过硬件和软件系统向下流动，对每个子系统应用安全和安全要求。对于软件，这将要求这些组件根据 DO-178C 进行安全认证，并根据 DO-356A 进行安全认证，”Wilson 说。“验证和验证的级别将由系统设计人员在确定关键子系统时设置。
Wilson 继续说道，“这还必须与围绕智能交通的城市规划保持一致，例如允许谁在城市周围运营自主服务，允许他们提供什么服务，以及他们如何适应整个城市的大局。例如，他们会使用 5G 基础设施进行导航和通信，客运服务如何与地面、铁路和商业航空服务保持一致，是否会有某些类型的飞机禁飞区——例如学校或医院？”
建立联系
由于许多计划中的 UAM 飞机使用自主或半自主系统，因此需要持续连接以保持准时起飞和着陆以及精确的路线。就像手机给你指路一样，这可以通过射频传输和全球导航卫星系统 (GNSS) 来完成。位于北卡罗来纳州夏洛特的霍尼韦尔公司无人机系统 (UAS) 业务部首席技术官 Jia Xu 表示，保持与这些系统的连接至关重要。驱动；热管理和电机，但其抗 GPS 干扰解决方案可以帮助无人驾驶系统在具有挑战性的环境中飞行。
由于 GNSS 信号较弱，无人机很容易受到干扰攻击，这些攻击可以使用在线购买的廉价干扰器从远距离进行。无人机开发人员和最终用户目前试图通过在 GNSS 挑战环境中创建“安全着陆协议”或在其飞行控制器中添加激光雷达或光学激光雷达等传感器来解决这个问题。
2021 年底，霍尼韦尔、盒装无人机制造商和美国空军供应商 Easy Aerial 以及以色列导航弹性公司 infiniDome 合作，将基于 GNSS 的无人机定制霍尼韦尔紧凑型惯性导航系统 (HCINS) 与 infiniDome 的 GPS 反干扰技术，与霍尼韦尔基于雷达的速度系统 (HRVS) 集成。
联合技术演示表明，受鲁棒导航系统保护的无人机，在具有干扰方向的 GPS 挑战环境和军用级干扰器的多个方向强大干扰的拒绝环境下，可以准确、安全地执行 BVLOS 和自主任务，而无需对无人机进行手动控制。
民用领空也可能会遇到试图干扰 GNSS 系统的恶意行为者，以及来自城市景观的更温和但仍具有潜在危险的干扰。
霍尼韦尔的 Xu 说：“你知道在城市环境中，低海拔地区存在 GNSS 可用性问题，你现在必须管理与 RF 导航辅助设备通信的多路径问题。” “我们考虑的方式是，在自动驾驶飞机的情况下，飞行员不一定总是在飞机上，当然，可以引导你摆脱这种情况。所以，你需要这种更高水平的完整性，更高级别的保证。因此，拥有 GPS 拒绝功能是有意义的，霍尼韦尔有一个解决方案。GPSDome 解决方案帮助了我们。
霍尼韦尔的 Xu 指出，“我们的激光环形陀螺仪导航解决方案可用于提高 GPS 的弹性。因为它是极低漂移的航位推算惯性参考系统，你不需要外部辅助；你可以跟踪飞机的进展，将加速度集成到速度中，将速度集成到位置中，以获得您的 [导航] 解决方案。因此，这也是我们为这个市场带来的一项技术。”
无人福利
实现自主飞行系统需要大量的技术诀窍，但它正在通过潜在地降低工资成本或允许专业人员以更少的停机时间做更多的事情来使投资这些系统的公司受益。
“我们在霍尼韦尔非常具体地考虑这个问题，因为自治是非常酷的，对吧？有时人们认为这足以证明这项工作是合理的，”徐说。“当然，作为一名工程师，我来找你说，看，这太棒了。太棒了。是的！机器人！但是我们对飞行方式的影响非常有动力，以我们的生活方式以及自主运营的经济效益和社会效益。”
他继续说道，“我们还看到了自主飞机提高利用率和运营效率的机会。因此，如果你拥有自主飞行能力，那么你就可以独立于机组人员定位来制定路线规划。”
徐解释说，通过取消一名机载飞行员，可以减少培训时间和劳动时间。即使是遥控飞机，飞行自动化水平的提高也能让人们专注于适合解决独特问题的任务，而这些问题只能通过人脑来实现。
霍尼韦尔的 Xu 指出，在军事和商业领域的货运飞行中，有很多时间需要等待飞行员从飞机上取下物资。有了能够立即跳到另一艘遥控飞行器的飞行员，等待时间就被消除了，他们可以回到他们最擅长的事情上。
同样，许多行业都存在试点短缺问题。“它不会在有即时需求和即时响应的地方增加，”徐谈到培训项目时说。“所以存在独立于成本问题的问题。还有一个试点池约束问题。”
此外，Wind River 的 Wilson 表示，软件和硬件可以帮助提高飞行员在危险条件下远离麻烦的能力。
威尔逊说：“还有一些软件可以改进无人驾驶操作的领域，例如使用传感器进行障碍物检测和规避。”在所有情况下。例如，在夜间、大雾天气或大雨中。”
降低风险
Wind River 的 Wilson 解释说，美国和欧洲的监管机构对自动化有不同的看法，这在他们的建议中有所体现。“从商业运输监管的角度来看，这在美国联邦航空局和欧洲航空安全局之间的自动化方法上带来了一些差异。欧洲当局正在推动越来越多的自动化，因为它转向单一试点概念，而美国联邦航空局建议减少自动化和提高手动飞行技能。纯粹从软件的角度来看，无人操作有好处。许多增加飞机复杂性的系统都是为了支持机组人员。从车辆中移除机组人员意味着我们可以消除这些系统. 例如驾驶舱显示、氧气和生命
支持系统，语音通信。然而，这些系统的整体功能可能需要被自动化系统取代，这通常意味着软件系统。然而，虽然飞机上不需要显示器，但它们可能需要作为远程飞行员工作站整个系统的一部分，如果车辆是‘可选’驾驶的，它们也可能需要。”
当然，让一名或多名飞行员离开驾驶舱可以消除飞行的风险因素，正如威尔逊所说，无人驾驶系统在人们的“D3”领域真正大放异彩——来自深海的枯燥、肮脏和危险的工作，以及升入太空。
“在军事用语中，这些转化为某些侦察、打击和损害评估任务，其中缺少机载操作员不会对系统的能力产生不利影响，同时降低机组人员的风险，”威尔逊解释说。“在商业航空中，许多喷气客机上过去由机组人员手动执行的某些功能和检查清单已经实现自动化，航空货运业正在提倡可能引入单人驾驶舱，从而消除当今对人类的需求副驾驶。随着先进/城市空中交通领域的不断成熟，一些 AAM/UAM 行业领导者正在通过构想从一开始就设计和开发为“无人驾驶”的飞行器来突破界限，
眼睛望着天空
无论小型飞机是自动驾驶的、由机上飞行员驾驶还是远程驾驶，UAM/AAM 系统不仅需要避开建筑物和人员，还需要相互避开，这正在形成独特的问题，并提出尚未回答的问题。
“除了这些挑战之外，还有交通管理方面的挑战，”Wind River 的 Wilson 说。“UAS 交通管理 (UTM) 的规模也将比目前的空中交通管理 (ATM) 更大、更复杂。这既是由于交通量，也是由于它运行的环境。你会如何雕刻在城市环境中为不同类型的交通增加空域以保持安全并有效地运行这些系统？一些服务的临时性质会使这进一步复杂化，你将如何管理诸如门到门的自动空中出租车之类的服务？
Wilson 继续说道，“运营商还必须管理这些飞机的机队，在某些情况下，这些飞机的数量可能比我们传统习惯的要多得多，例如向大型零售供应商运送飞机的机队。因此他们会需要大规模维护和操作这些飞机，包括测试和更新操作软件的能力以解决安全问题。”
