摘要：在安全性、經(jīng)濟性、時效性、交通區(qū)位等因素的影響下，我國大型無人貨機取得了快速發(fā)展。大型無人貨機是在通用航空領域用作貨物運輸、農(nóng)林作業(yè)等活動，替代有人機的無人化航空器。本文將我國大型無人貨機的市場分為西南地區(qū)等陸路運輸不便的運輸市場、中東部等高時效性和高附加值貨物的運輸市場和農(nóng)林作業(yè)等通用航空市場三部分，并對其優(yōu)勢進行了具體分析。但大型無人貨機的發(fā)展也面臨著適航性、空域政策、機場體系和社會輿論問題。針對這四個問題，本文提出相應建議，即要增加技術研發(fā)投入，滿足無人機適航性；逐步開放低空領域，簡化飛行申報程序；加強基礎設施建設，完善通用機場體系；積極引導社會輿論，建立安全監(jiān)管制度。
大型無人貨機是在通用航空領域用作貨物運輸、農(nóng)林作業(yè)等活動，替代有人機的無人化航空器。2017年7月國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，指出要大力發(fā)展智能運載工具，發(fā)展消費類和商用類無人機，建立專業(yè)化服務體系，完善空域管理措施，并在無人機等優(yōu)勢領域加快打造人工智能全球領軍企業(yè)和品牌。同年10月，國務院發(fā)布《關于積極推進供應鏈創(chuàng)新與應用的指導意見》，指出智慧物流技術和裝備的應用將促進制造供應鏈的智能化，推進供給側(cè)結構性改革。
目前無人貨機分為兩大類：一種是主要用于中短途貨物運輸?shù)拇笮蜔o人貨機，為本文的重點研究對象。國際無人貨機會議中提到，UCA（unmannedcargo aircraft）是指有效載荷為1噸以上的中短途貨運無人機，用以彌補其他運輸方式的不足。另一種是針對物流末端配送而設計的小型無人貨機，機型以多旋翼為主，本文不做重點介紹。
基于以上研究，本文將大型無人貨機定義如下：大型無人貨機(largeunmanned cargo aircraft)指的是有效載荷在1噸以上，滿載航程達到1 000公里，貨艙容積在10立方米以上；擁有全自主的起降方式和巡航能力，能按照預定航線將貨物從某地運往其他地區(qū)的飛行器。
一、大型無人貨機的發(fā)展現(xiàn)狀
（一）國外發(fā)展現(xiàn)狀
歐洲方面，西班牙無人機設計制造商SingularAircraft公司宣布，研發(fā)了四年的Flyox水陸兩棲無人機于2015年8月成功首飛。2016年下半年，該公司已開始批量生產(chǎn)新型重型水陸兩棲無人機FlyoxMark I（見圖1）和Mark II，并交付肯尼亞、盧旺達兩國使用。
圖1 Flyox Mark I大型無人貨機 來源網(wǎng)絡
非洲方面，肯尼亞、盧旺達已將大型無人貨機投入商業(yè)運行，并出臺了相關的法律。2017年1月，肯尼亞星空航空（AstralAviation）應用Flyox Mark I無人貨機進行運輸。該款無人機具有在水面和未鋪設的跑道上起降的能力。肯尼亞星空航空公司的“無人機管理系統(tǒng)”(UTM)于2017年獲得國際航空運輸協(xié)會(IATA)的運輸創(chuàng)新獎，為無人貨機的發(fā)展提供了安全可靠的飛行保障平臺。IATA貨運負責人GlynHughes認為，UCA的發(fā)展和使用將為全球物流業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造新模式。
（二）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
目前我國大型無人貨機的發(fā)展還處于初創(chuàng)期，諸如帆美、順豐、京東等公司都對大型無人貨機進行了探索研究，并取得了一定的成果。
帆美航空是一家致力于開展運輸無人化的科技公司，其貨運飛機自動化智能改造項目致力于對中小型通航貨運飛機進行無人化改造，以實現(xiàn)航空運輸?shù)臒o人化物流。公司主要產(chǎn)品為FM-15智能無人貨機（見圖2）。FM-15由運5（Y-5）改裝而來，采用單發(fā)動機、半硬殼式金屬結構、后三點固定式起落架、普通雙翼氣動布局，搭載帆美航空自研航電系統(tǒng)，能實現(xiàn)由起降到巡航階段的全程自主飛行。其高穩(wěn)定性的雙翼氣動布局，滿足高海拔飛行條件，適用于任何中小型機場或簡易跑道，并能執(zhí)行預定的航線飛行任務。
圖2 FM-15大型無人貨機 來源網(wǎng)絡
順豐為了實現(xiàn)無人貨機網(wǎng)絡對接其全國空運網(wǎng)絡的目的，與國內(nèi)外多家公司合作，推進大型無人貨機的研發(fā)與應用。國內(nèi)項目推進方面，2017年7月，順豐在成都雙流自貿(mào)試驗區(qū)落地無人機總部基地項目。該項目總投資7.4億元，是全國首個將無人機運用于物流運輸?shù)捻椖?。研發(fā)方面，2017年10月26日，由順豐等制造的AT200大型無人貨機（見圖3）在陜西西安成功首飛。該款無人機以P750XL為原型機進行無人化研發(fā)設計，突破了有人機改無人機的一系列關鍵技術，如飛機—發(fā)動機—控制系統(tǒng)匹配、飛機氣動參數(shù)辨識、全機質(zhì)量特性測試和系統(tǒng)綜合測試等，具有貨運載荷大、續(xù)航時間長、起降能力驚人等獨特的性能優(yōu)勢，市場前景和商業(yè)價值潛力巨大。國外合作方面，順豐與歐洲積極合作，希望將已在兩個非洲國家投入商業(yè)試運行的大型無人貨機引進中國，以增加其差異化戰(zhàn)略競爭優(yōu)勢。
圖3 AT-200大型無人貨機 來源網(wǎng)絡
京東于2017年6月宣布在江蘇宿遷建立無人機運營調(diào)度中心，并在多地與政府合作進行無人機試驗。同月，京東公司首席技術官張晨表示，京東目前正在試驗載重量達1000公斤的無人貨機，一次充電的最大航程約為50公里。
通過對比Flyox Mark I、FM-15、AT200、京東無人貨機這四種大型無人貨機的參數(shù)（見表1），可知現(xiàn)已設計出的大型無人貨機有效載荷在1.5噸左右，巡航速度都在200公里每小時以上，滿載航程差異較大，均可在通航領域替代有人機進行貨物運輸、農(nóng)林作業(yè)等活動。
表1 國內(nèi)外大型無人貨機參數(shù)對比表
數(shù)據(jù)來源：公開資料整理
二、市場分析
2016年，我國社會物流總額達到229.7萬億元，已超過美國成為全球最大的物流市場。然而，伴隨社會物流總額的持續(xù)增長，物流行業(yè)的增速卻在逐年下跌（見圖4）。我國社會物流總費用占GDP的比率為14.8%，遠高于美國的8%，物流運輸類的成本在我國占到30%—40%的比例，而在西方發(fā)達國家只有15%—20%。這說明我國的物流成本還相對較高，在成本控制和效率提升方面還有很大提升空間。
圖4 全國物流總額與增長率
因此，向智慧物流轉(zhuǎn)型升級是物流行業(yè)降本增效的重要手段，也是物流行業(yè)更好更快發(fā)展的主要途徑。智慧物流發(fā)展的下一個重要方向是無人化，大型無人貨機的發(fā)展與應用將順應智慧物流的無人化趨勢，實現(xiàn)物流運輸?shù)闹悄芑?。中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的《2016-2022年中國無人機市場現(xiàn)狀調(diào)研分析及發(fā)展前景報告》認為，未來幾年無人機將保持快速增長的趨勢，到2020年，全球無人機年銷量有望達到433萬架，市場規(guī)模將達到259億美元。隨著無人機導航控制系統(tǒng)和發(fā)動機技術的日益成熟，無人機的性能將越來越優(yōu)越，對有人機的替代能力將越來越強。
在三四線城市消費水平不斷升級的背景下，加速拓展貨運航線，在高海拔地區(qū)、山區(qū)等發(fā)展航空運輸業(yè)務，已成為企業(yè)實施差異化戰(zhàn)略、擴大競爭優(yōu)勢的重要選擇。大型無人貨機的競爭優(yōu)勢是無人化，是指貨物運輸過程中無人機的一鍵起降和自動巡航功能。其基本要素是安全性，核心要素是經(jīng)濟性和時效性。貨物供應地或需求地的交通區(qū)位因素是大型無人貨機的市場影響條件，其決定了陸路運輸是否便利，驅(qū)動著當?shù)厥袌鰧娇者\輸?shù)男枨?。本文以各要素在市場中的影響程度，將我國大型無人貨機的市場劃分為西南地區(qū)等陸路運輸不便的運輸市場、中東部等高時效性和高附加值貨物的運輸市場和農(nóng)林作業(yè)等通用航空市場三部分。
（一）西南地區(qū)等陸路運輸不便的運輸市場
在我國西北、西南等三四線城市，受高海拔地區(qū)、山區(qū)、江河等地形影響，陸運效率低下，需要航空線路運輸貨物。
在陸路運輸不便的貨運市場中，運輸高附加值貨物更具有市場導向性。大型無人貨機的運輸與公路運輸、鐵路運輸相比兼具經(jīng)濟性和時效性，能占據(jù)當?shù)馗吒郊又地浳镞\輸市場的絕大多數(shù)份額。高附加值貨物諸如生鮮冷鏈產(chǎn)品、醫(yī)療用品和電子產(chǎn)品等對時效性要求嚴苛，運輸延遲會使其失去原有價值，采取大型無人貨機實現(xiàn)物流間的運輸可以保證商品在短時間內(nèi)到達目的地，滿足人們對高附加值貨物日漸增長的貨運需求。稻城本地松茸的價格為400元/千克，而在北京卻高達1 000元/千克，這是由于在高海拔生長的松茸保鮮期極短，在運輸過程中耗費了大量的人力物力。以四川省內(nèi)攀枝花到稻城亞丁舉例，這段多山地的行程用陸運約900多公里，需16個小時，運輸成本為7元/噸公里，而中間的飛行距離約350多公里，帆美FM-15大型無人貨機可在2小時內(nèi)完成運輸，運輸成本僅為5.12元/噸公里。若用大型貨運無人機將山里的松茸運至成都，可在保證松茸品質(zhì)的情況下，滿足全國各地客戶的需求。
陸運不便區(qū)域因其對時效性的要求，不僅可以運輸高附加值貨物，還可以用來運輸快件，以滿足客戶對當日達、次日達等服務的需求。隨著大型無人貨機技術的成熟和貨運網(wǎng)絡的構建，無人化運營的成本會大大低于其他運輸方式，從而在定價上和公路運輸與鐵路運輸抗衡。在兼具時效性與經(jīng)濟性的條件下，用大型無人貨機進行快件運輸也將成為客戶的選擇之一。
在海島間運輸高附加值貨物也是陸路運輸不便的貨運市場之一。企業(yè)可緊跟國家對外開放新戰(zhàn)略，在“一帶一路”沿線的馬來西亞等東南亞多海島國家之間開展無人航空運輸業(yè)務。大型無人貨機不僅能夠利用其短距離起降能力能夠解決海島大噸位飛機的起降難題，還能利用其經(jīng)濟性與時效性優(yōu)勢，極大降低我國和“一帶一路”沿線國家之間的物流運輸成本。
（二）中東部等高時效性和高附加值貨物的運輸市場
我國中東部等三四線城市擁有較發(fā)達的高速公路、鐵路，但高附加值貨物對時效性和運輸環(huán)境的苛刻需求將進一步激化大型無人貨機的市場。未來將根據(jù)三四線城市貨物對時效性的需求建立起靈活的噸位級航空運輸網(wǎng)路，以承擔起為中心城市疏散貨運量的功能。大型無人貨機將因其時效性優(yōu)勢，在三四線城市的高附加值貨物運輸市場中占據(jù)絕大部分市場份額。
大型無人貨機還可通過構建“倉儲+跑道”的形式，在倉庫旁修建適合大型無人貨機起降的通航跑道。目前倉庫之間的貨運方式往往需要先通過公路運輸，再轉(zhuǎn)鐵路運輸或航空運輸，在我國多式聯(lián)運體系尚未成熟的情況下，大型無人貨機可在兩地的倉庫之間進行貨物的批量運輸，實現(xiàn)貨物從出庫到入庫的高效轉(zhuǎn)移，建立起大型無人貨機直接對接智能倉儲的高效物流通道，以滿足市場對時效性的需求，提升供應鏈的總體效率。
（三）農(nóng)林作業(yè)等通用航空市場
大型無人貨機不僅能在運輸領域發(fā)揮其巨大的商用價值，在農(nóng)林作業(yè)、軍事補給、物資空投、森林防火、電力巡檢、石油管道巡檢、地質(zhì)勘探和海洋遙感等傳統(tǒng)通航領域也均可由其代替有人機運營，且由于每個領域的需求都是經(jīng)常性的，潛在市場空間極大。依托大型無人貨機機場的基礎設施，還可在機場周圍發(fā)展無人機模擬體驗、無人機操控合格證培訓、飛行表演、航空賽事、無人機航空文化宣傳等航空相關業(yè)務。
三、大型無人貨機的優(yōu)勢
（一）安全性
無人貨機的安全性能至關重要。國際民航組織對飛機失事分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，飛機失事的人為因素占80.5%，其中機組人員因素占62%，操作程序占15%，維修不當占3.5%。隨著航空科技的飛躍進展，航空事故的特性也在慢慢改變，硬件的益發(fā)精良，相對反映出人的因素的關鍵。有人機在遭遇緊急情況時需按手冊進行緊急事故處理，而大型無人貨機只需按照預設算法處理。大型無人貨機不需人為操控，只需雷達監(jiān)視飛行位置，其將按照預先設計好的航路在巡航狀態(tài)下實現(xiàn)貨物運輸。由于剔除了飛機在飛行過程中的人員操作因素，無人貨機將會在一定程度上提升飛機的安全性能。
目前我國大型無人貨機都是用有人機改裝的，利用成熟的飛控系統(tǒng)，能形成移植性比較強或通用性比較強的飛控系統(tǒng)。其機體結構，氣動方面已經(jīng)完全滿足適航要求，并不需要額外的試航審定。大型無人貨機還可采用新的消防技術，因其無需駕駛艙和增壓艙，用機載設備產(chǎn)生惰性氣體（氮氣）填充飛機上的貨物區(qū)域和空隙，能避免艙內(nèi)火災事故的發(fā)生。
（二）經(jīng)濟性
1.基礎設施建設方面
與修建高速公路等相比，大型無人貨機所需機場建設費用低廉，由運5改裝的FM-15大型無人貨機在1B級機場即可起降，能大大降低我國在基礎設施建設上的費用。以我國川西北地區(qū)為例，這里高原山地較多，高速公路網(wǎng)絡不發(fā)達，物流效率低下。從成都到甘孜走318國道共800公里左右，耗時11小時。若修建高速公路，將面臨高原凍土、惡劣環(huán)境等風險，而且費用高昂。而大型無人貨機具備高高原起降能力，只需修建200米的跑道即可完成從成都到甘孜的貨物運輸，不僅能夠省去修建高速公路的昂貴費用，而且還可帶動當?shù)刎浳镞\輸業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
此外，不同于使用萬米級高空空域的貨運飛機，大型無人貨機的性能與升限使其可以使用隔離空域，并在通用機場起降。據(jù)調(diào)查顯示，除新疆、東北兩省外，其余省份（自治區(qū)）通用機場利用率極低。以河北省為例，其通用機場大多處于閑置狀態(tài)，利用率不高，業(yè)務主要集中于觀光、飛行訓練，通用機場資源浪費、虧損情況嚴重。大型無人貨機可充分利用現(xiàn)有通用機場資源，提高通用機場的利用率，實現(xiàn)社會資源的有效利用，帶動通用航空業(yè)的整體發(fā)展。
2.運營成本方面
根據(jù)筆者調(diào)研，順豐航空的飛行員成本占其總運行成本的30%左右。一架貨運飛機平均需要配備2—3名機組人員，年均人員總成本達到200萬元。根據(jù)民航局的規(guī)定，正常飛行員的飛行時間每年不得超過1000小時，一個月不得超過90小時。飛行員培訓周期長，平均學習時間為三年。目前我國飛行員缺口已達2萬名，而每年培訓的飛行員不足百名，無法滿足航空運輸?shù)氖袌鲂枨螅⑶椅覈钟猩陶盏娘w行員大都傾向于飛民航客機。而大型無人貨機的操作人員相較于飛行員、機組人員的人員成本低，培訓周期短，未來一名操作人員可通過控制器同時控制多架無人貨機。大型無人貨機的應用將避免需要飛行員駕駛這一行業(yè)發(fā)展制約因素，降低在運輸過程中飛行員及機組成員的運營成本。
四、大型無人貨機面臨的挑戰(zhàn)
（一）適航性
商用飛機投入市場必須有型號合格證（TC）、生產(chǎn)許可證（PC）、適航證（AC）。目前，雖然大型無人貨機的原型機運5、P750XL已滿足國際的試航標準要求，但是由于我國并沒有出臺關于商用大型無人貨機相關的適航標準，也就意味著目前的大型無人貨機雖在未來容易通過試航審定，但就現(xiàn)階段來說只能處于研制開發(fā)階段，暫時還不能夠投入大批量生產(chǎn)。
目前測試的大型無人貨機雖然有相對優(yōu)秀的飛行穩(wěn)定性，但是在實際工作環(huán)境中，復雜地形、惡劣天氣等眾多不安全因素都會給大型無人貨機的飛行安全帶來不小的挑戰(zhàn)。例如實際飛行中無線電控制鏈路是否穩(wěn)定、操作人員面對突發(fā)事件的相關管理和培訓制度是否完善、大型無人貨機起降的機場之間能否形成良好的航線通訊網(wǎng)絡等都是值得考慮的問題。
此外，我國現(xiàn)有的大型無人貨機都由有人機改裝而來，改裝的無人貨機受到小艙門設計的限制，貨物的裝卸都需要人力來完成。而未來將會需要更大的艙門或以開鼻門等方式實現(xiàn)貨物的全自動裝卸搬運，這就要求企業(yè)進行大型無人貨機的整體研發(fā)與設計，制造出能夠?qū)又悄苎b卸搬運設備的無人貨機。大型無人貨機的系統(tǒng)組成包括飛行系統(tǒng)（動力系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)）、任務載荷系統(tǒng)（云臺、相機、各類傳感器等）和地面控制系統(tǒng)（無線電控制、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、輔助設備）三大部分，其系統(tǒng)的復雜程度要遠遠高于傳統(tǒng)的有人飛行器，各系統(tǒng)之間的兼容性等問題將成為無人貨機開發(fā)公司的嚴峻挑戰(zhàn)。
（二）空域政策
目前我國尚未形成完備的低空空域法律體系,“空域批文”仍是大型無人貨機商業(yè)化發(fā)展面前難以逾越的鴻溝。國內(nèi)組織實施低空飛行的主要依據(jù)是《中華人民共和國飛行基本規(guī)則》和《通用航空飛行管制條例》，但這兩部法規(guī)均缺少對低空空域管理使用和低空飛行活動的具體規(guī)范和實施細則，每次通航飛行活動必須向民航管理局和軍航報批，一次通航活動審批時長至少13個工作日，至少需要協(xié)調(diào)4個管制單位。多級別的飛行申報程序、涉及眾多單位的放飛審批，大大降低了各類飛行活動審批效率。
（三）機場體系
大型無人貨機的發(fā)展不僅需要修建新的機場跑道，還需不斷完善能為大型無人貨機提供服務的通用機場體系，這不僅是無人運輸發(fā)展的前提，還是解決大型無人貨機“落地難”的關鍵舉措。雖然近年來我國通用機場數(shù)量逐年增加，但在中西部地區(qū)可直接供大型無人貨機起降的通用機場數(shù)量還無法滿足客觀需求。
（四）社會輿論
近幾年隨著小型無人機的大規(guī)模普及，各種小型無人機“黑飛”事件頻發(fā)，對人民的生命財產(chǎn)和公共安全造生了巨大的隱患，無人機飛行備受公眾譴責。所以大型無人貨機進軍運輸市場，這種貨運模式能否被所服務區(qū)域及航線空域下的人們接受仍是一個未知數(shù)。
五、對策建議
（一）增加技術研發(fā)投入，滿足無人機適航性
大型無人貨機的研制開發(fā)，不能只是進行簡單的產(chǎn)品改裝，還需要研發(fā)企業(yè)不斷進行技術革新，提高各子系統(tǒng)之間的兼容性，以滿足大型無人貨機面對各類突發(fā)復雜事件的適航性能。大型無人貨機在進入市場前還應收集大量的飛行數(shù)據(jù)，為將來無人貨機系統(tǒng)的調(diào)試和整體運營提供有力的數(shù)據(jù)支持。政府部門也應填補在大型無人貨機適航規(guī)則審核方面的空白，使無人貨機的適航審定有規(guī)可循。
（二）逐步開放低空領域，簡化飛行申報程序
政府在保證低空飛行安全的前提下，應逐漸摘掉大型無人貨機發(fā)展的“緊箍咒”,逐步開放低空空域，建立起高效、便捷的低空空域管理機制，引入各種現(xiàn)代化先進手段改進、簡化飛行申報程序，縮短審批時間，以滿足日益增長的低空飛行需求。
（三）加強基礎設施建設，完善通用機場體系
各地方應充分考慮自身的經(jīng)濟基礎、地理位置、貨運規(guī)模等因素，合理配置資源，加大對大型無人貨機發(fā)展的支持力度，鼓勵通用機場的建設，建全機場配套設施，加強通用機場的經(jīng)營性運輸功能審批，構建起能使大型無人貨機起降的通用機場體系。還應保證無人貨機油料及配件的供應、加強維修保障基礎設施建設和無人貨機專業(yè)維修人員的培訓。
（四）積極引導社會輿論，建立安全監(jiān)管制度
企業(yè)應高度重視大型無人貨機的安全性能，不斷進行試飛工作，加大力度宣傳無人貨機的安全性與經(jīng)濟性，消除人們的恐慌心理。通過媒體宣傳，普及大型無人貨機的相關知識，加強航空文化建設，為無人貨機的發(fā)展營造積極的媒體生態(tài)。政府部門應盡快建立無人貨機的設計、生產(chǎn)標準，建立建全無人貨機的安全監(jiān)管制度，確保人民的生命財產(chǎn)安全。
對我國大型無人貨機的發(fā)展來說，完成首飛只是走完長征的第一步。大型無人貨機系統(tǒng)還應在兩個安全方面進行完善，一是當前熱議的賽博安全能力，即防止信息入侵的安全防護能力；二是飛機態(tài)勢感知能力，包括更全面的信息獲取能力、危險環(huán)境下的感知能力、低能見度的運行能力。未來，隨著大型無人貨機技術的不斷提高和我國法律法規(guī)政策的逐步完善，大型無人貨機將成為智慧物流體系中不可或缺的一種智能運輸設備，并替代有人機進行農(nóng)林作業(yè)等通用航空活動。
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