1介绍想象一下，从旧金山港区开车到圣何塞市中心通常需要近两个小时，如果只需要的话 15 分钟，会发生什么从圣保罗市中心到坎皮纳斯郊区的往返旅程可以节省近四个小时。会怎么样？从古尔冈到新德里市中心的办公室，通勤车需要走走停停 90 多分钟，如果缩减为只需六分钟，会怎么样？2世界各地的人每天都在路上浪费数千万小时。去年，旧金山市民平均花费 230 往返于办公室和办公室的小时家之间，1相当于每天的损失 50 10000小时的生产力。在洛杉矶和悉尼，市民每年花费7英镑 1 个工作周的在交通堵塞中浪费了两周的时间，没有任何好处。2在全球许多大城市，问题更加严重:孟买平均通勤时间3超过 90 分钟，令人震惊。对每个人来说，这意味着我们和家人在一起的时间减少和改善经济状况的工作时间减少，但在汽车燃料上花费更多的钱，这也显著增加了我们面临的压力：例如，《
美国预防医学杂志》 一项调查发现，通勤距离超过 10 英里人患高血压的几率更高4。按需飞机（“空中出租车”） 有望从根本上改善城市交通，挽回人们在日常通勤中失去的时间。优步深刻理解世界各地的城市居民所遭遇的通勤之苦。帮助人们解决这个问题是我们最核心的使命，也是我们对优步乘客人的承诺。就像摩天大楼可以更有效地利用有限的城市土地一样，城市空中交通将利用三维空间缓解地面交通拥堵。电动飞机由小型垂直起降(因其垂直起飞和着陆而称为)“VTOL 飞机”，正确发音为 [veetol]）构成的网络将能够在郊区和城市之间实现快速可靠的交通。与公路、铁路、桥梁、隧道等大型基础设施相比，建设支持城市 VTOL 网络基础设施可能有显著的成就这一优势。已有人提出将停车场屋顶、现有直升机停机坪甚至立交桥周围未使用的土地善加利用，可广泛建设分布式“垂直起落场”（VTOL 枢纽有多个起飞着陆平台和充电设施)或单机“垂直起落站”（单个 VTOL 起落平台，几乎没有其他设施)网络奠定了基础。随着传统基础设施成本的增加加，5这些新设施以其低成本和更好的灵活性，可能成为世界各地城市和国家更具吸引力的选择择。此外，VTOL 不需要依靠固定的路线。无论是火车、公共汽车还是汽车，它们都沿着几条特殊路线将人们放在几条特殊路线上们从 A 地送往 B 在这种情况下，只要路线中有一个被阻断，就会给旅行者带来严重的延误。 VTOL但不受特定路线限制，可自由到达目的地，避免路线拥堵。近年来，技术的发展使这种新型的建设成为可能 VTOL 飞机变得切实可行。十几家公司提出了许多不同的设计方案，充满激情的将军 VTOL 成为现实。目前最接近的技术是直升机，但噪音大，效率低，污染环而且大规模使用成本高。VTOL 飞机将采用电动驱动系统，因此在飞行中排放为零；6它的噪音很小，在城市飞行时不会干扰附近的人。在飞行高度，地面上的人几乎听不到这种先进的电动飞机发出的声音。即使在起飞和着陆时，其噪声也不会超过周围环境中的背景噪声。 VTOL与现有直升机相比，设计现有直升机，因此 VTOL 不依赖某个部件在空中飞行，最终会引入自动驾驶技术大大减少了人为操作失误。我们希望城市 VTOL 首先用于拥堵严重的城市和郊区的日常远距离通勤以及现有基础设施已无法满足需求的路线。这是出于两个因素的考虑。第一，行程越长，就越省钱、省时，因此，VTOL 对那些通勤距离较长、用时较多的人最具吸引力。第二，尽管在城市中心（例如，在屋顶和停车场）建设密集的降落设施1在一年的 50 个工作周中，旧金山（邮编：94109）的平均单程通勤时间为 27.6 分钟，洛杉矶（邮编：90017）的平均单程通勤2仅受困于交通堵塞中的时间 (http://inrix.com/scorecard/)，不包括所有的车内行程时间3 印度时报4 Cooper Center Longitudinal Study，2012 年。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3360418/5 例如，英国提出了 2 号高速铁路计划，这条往返于伦敦和伯明翰之间的直线线路工期为九年，将花费纳税人 270 亿英镑（330 亿美元），每英里的成本将近 2.8 亿美元，这一数⫿预计还会继续增加。请参阅 http://www.bbc.com/news/business-36376837。我们只是用这个项目来做例子，我们想要表达的是，新技术可以提供成本低得多的交通基础设施选择。6 “运营排放”指的是交通工具在运营过程中的排放，这只是交通工具在整个生命周期中的部分排放。“实现零运营排放意义重大：请参阅“交通工具：排放”部分，查看我们对该主题的深入讨论。3需要一些时日，但只需少量的垂直起落场就可以满足大量远距离通勤者的需求，毕竟“最后一英里”的地面交通路程与更长的通勤距离相比是微不足道的。我们还相信，从长远来看，VTOL 将成为一种价格实惠的大众化日常交通方式，甚至比购买一辆汽车的成本还低。通常人们将飞行视为一种昂贵的、不常用的出行方式，但这在很大程度上是由于目前的飞机产量不高造成的。7尽管小型飞机和直升机无论从大小、重量还是复杂度来说都与汽车类似，但它们的购置成本约是汽车的 20 多倍8。最终，如果 VTOL 能够很好地（安静、快捷、清洁、高效和安全地）承担“空中出租车”的角色，服务于城市交通运输，无疑就提供了一个增加飞机产量（一种型号每年至少生产数千架）的契机，从而使 VTOL 的成本显著低于汽车成本。届时，VTOL 制造经济将会更类似于汽车而不是飞机。当然，起初 VTOL 飞机大概会非常昂贵，但通过拼机模式可以有效地帮助人们分摊付费行程的交通成本，高成本不应该成为阻止我们做出新尝试的理由。一旦拼机服务兴起，正反馈循环一定会最终降低成本，从而降低每个用户的使用价格，也就是说，随着总用户人数的增加，飞机的利用率会随之提高。从逻辑上说，这会进一步促进拼机的增加，从而达到更高的飞机载客率，即较低的价格反过来推动需求的增加。这将提高飞机需求量，接着又会促进飞机制造成本下降。除了制造的学习曲线改进之外（这点在汽车的拼车模式中并没有体现），这个过程在很大程度上与优步在地面交通中的发展过程类似：高成本的高级轿车产品转变为低成本因此更多人选用的优选轿车和优步拼车产品。市场可行性壁垒上述愿景虽然显得雄心勃勃，但我们相信如果 VTOL 生态系统中的所有关键参与者（监管者、VTOL 飞机设计师、社区、城市和网络运营商）能够有效协作，这一愿景也不是不能实现。为了将按需城市空中交通服务投入市场，以下是我们认为最需解决的关键挑战。● 认证流程。无论在哪一个国家运营，VTOL 都必须先符合主管航空安全的航空管理机构的规定。其中美国联邦航空管理局 (FAA) 和欧洲航空安全局 (EASA) 分别管理着 50% 和 30% 世界航空活动，因此需要获得这两个机构的认证。从认证角度来说，VTOL 飞机是全新的概念，尽管认证流程正不断改变，能够大幅提高速度，但就以往来看，全新飞机概念的认证流程都十分缓慢。我们会在“飞机：认证”部分深入探讨此问题。● 电池技术。电力推进的众多出色特性，使之成为更适合本文介绍的 VTOL 飞机的推进方案，而电池无疑是理想的能量来源。然而，现今电池的比能量（单位质量的电池提供的能量大小，最终影响飞机的总重）不足以支持远程通勤。另外，现今电池的充电率（电池能够基本恢复到满电状态的速率，决定了工作闲置时间）也过于缓慢，难以支持高频率的拼机运营。循环寿命（在电池容量小于原始容量 80% 之前可维持的充电/放电循环数量，可影响电池的更换频率）和单位千瓦时成本（决定了电池总成本）也对电动飞机的经济可行性至关重要。我们会在“飞机性能：速度和航程”部分讨7 二战期间，飞机实现了大批量生产，并在此后持续了多年。此外，在 20 世纪 70 年代，通用航空飞机的销量达到了约 20,000 台/年，但自 20 世纪 80 年代初以来，销量每年只有几千台。8 飞机和直升机不仅比汽车昂贵许多，而且这种交通工具中使用的部件也更加昂贵。通用汽车公司出品的 430 马力 Corvette LS36.2 升 Crate 引擎的制造商建议零售价为 7911 美元(http://www.chevrolet.com/performance/crate-engines/ls3.html) 比飞机引擎复杂得多，如制造商建议零售价为 46,585 美元的 Continental IO-550C 300 马力引擎(http://www.continentalmotors.aero/Engine_Details/Stock_Engines/ )。有关详情，请参阅“经济意义”部分。4论电池技术发展的现状，以及未来几年内可能出现的有前景的进步，也是实现在 VTOL 中应用的必要条件。● 飞机效率。直升机是目前与本文中讨论的 VTOL 最接近的飞机[A1]，但直升机的能效过低，从经济角度考虑远不能满足大规模运营的要求。直升机的设计使之适合需要垂直飞行、高度灵活的任务。而对于拼机这种限制性更强的情况，需要更加注重任务优化的飞机，例如采用分布式电力推进(DEP) 技术。 9效率大幅改善可能会实现，因为 DEP 能够使固定翼 VTOL 飞机克服直升机依靠旋翼倾角飞行的根本性局限，并且机翼提供的上升力效率比旋翼更高。但至今还并未有飞机制造商证实 DEP 飞机的商业可行性，因此这其中是有风险的。我们会在“经济：飞机效率/能源使用”部分探讨此问题。● 飞机性能和可靠性。节约时间是 VTOL 的一个重要价值主张。对于拼机，我们会衡量并尽力缩短从预约到下机所经过的总时间。而这一时间受飞机性能（尤其是巡航速度以及起飞和降落时间）和系统可靠性（按从预约到下机所经过的时间衡量）的影响。在这种情况下，要解决的关键问题是，设计的飞机具备每小时 150-200 英里的巡航速度、起飞和降落时间最多不超过一分钟，10同时还要解决在不同天气状况下飞机的稳定性问题（否则随时可能在某一区域造成大部分航班停飞）。“基础设施和运营”部分，以及“运营：行程可靠性”和“天气”部分介绍了这些难题以及这些领域中令人信服的技术进步。● 空中交通管制 (ATC)。城市空域目前实际上已投入商用，借助同样的 ATC 系统，VTOL 服务也可以进入市场，甚至扩展到数百架飞机的规模。例如，圣保罗每天已经有数百架直升飞机在飞行。使用目视飞行规则 (VFR)，飞行员可以在没有空中交通管制的情况下飞行，而且必要时可采用利用了现有 ATC 系统的仪表飞行规则 (IFR)。然而，成功运营的按需城市 VTOL 服务需要大幅提高在都市区运营的飞机的使用频率和领空密度。为了应对这种复杂程度呈指数级增长的情况，我们需要新的 ATC 系统。我们设想，低空业务通过一个类似服务器预约的系统进行管理，理顺全球的交通；同时允许 UAV 和 VTOL 根据类似 VFR 的规则自主分辨各地潜在的冲突（包括恶劣天气下的应对）。目前有一些计划正在酝酿中，这些计划前景光明，但是完成计划还需要很多年，而它们的制定速度最终也可能会制约发展。“运营：空中交通”部分对此中问题做出了进一步论述，并总结了当前的 ATC 计划。● 成本和支付能力。如上所述，直升机是与本文中设想的 VTOL 最接近的代表性产品，但若将直升机投入大规模交通服务中，高昂的价格让人生畏。直升机能效不高，维护成本非常昂贵，再加上噪音过大，在城市中的使用受到了极大限制。因此，人们对直升机的需求不高，这也就导致了产量低下：当前全球民用旋翼机的年产量大约仅为 1,000 台，不足以形成重要的规模经济。于是，人们提出利用数⫿控制代替复杂的机械，设计出更简单、安静且运营高效的飞机。11我们希望这一转变能形成上文所述的降低成本与价格的良性循环。我们的“飞机”和“经济模式”部分详细介绍了通过经济型飞机和运营赢得大众市场的进化途径。9 http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2016-392010 我们的经济建模显示，这些性能数⫿对于可行的长距离通勤 VTOL 服务而言必不可少。较短的行程距离可以使用速度较低的飞机，但会以降低飞机生产率为代价。11如今的直升机有无数个部件构成，这些部件属于单一故障的飞行关键组件，因此需要对这些部件的生产质量进行严格监控，而且严苛的高振动运行环境也会造成部件发生磨损和产生偏差，因而需要频繁进行维护检查。5● 安全性。根据每乘客英里的死亡人数数据，我们认为 VTOL 飞机需要比驾驶汽车更安全。《联邦航空条例》 (FAR) 第 135 部表明，运营的飞机（通勤飞机和按需飞机） 12的致死率平均是私人驾驶车辆的两倍，但我们相信 VTOL 飞机可将该比率至少降至第 135 部中所述平均值的四分之一，因此 VTOL 的安全性将提高到驾车的两倍。DEP 和半自动驾驶（飞行员协助）是实现这一安全目标的关键部分，这些内容会在“飞机：安全性”部分详细讨论。● 飞机噪音。随着城市航空交通的兴起，飞机必须得到社会的认可，而这其中飞机噪音是一个重要因素。我们的目标是尽可能降低噪音等级，使飞机的噪音可以有效融入背景噪音中；我们相信VTOL 噪音的最终音量应是中型卡车经过房前时音量的一半。这就是说，为了更恰当地描述飞机音量对社区的影响，我们需要更加精密的“噪音”测量方式。电力推进对实现这一目标也至关重要：无论是引擎噪音还是推进器推进噪音，都需要超静音设计。“飞机：噪音”部分探讨了这一问题。● 排放。VTOL 代表一种潜在的、全新的城市大规模交通模式，因此，它们需要肩负起环保责任且具有可持续性。如果将直升机作为对比基点，VTOL 为减少排放创造了重大机遇。我们会考虑 VTOL的运营排放和生命周期排放前者指 VTOL 在运营期间产生的排放；后者表示与这种交通方式相关的整个能源生命周期，包括（如果是电动飞机）为 VTOL 电池充电的电力生产。零运营排放是电力推进设计的众多优势之一，这使发电（现今仍主要以煤、天然气和石油类燃料发电） 13及其相关排放成为首要问题。“交通工具：排放”部分中将探讨此话题。● 城市中的垂直起落场/垂直起落站基础设施。在城市中部署 VTOL 机队的最大运营障碍是缺少安置起落场的充足场地。即使 VTOL 现在获得批准，城市里也没有必需的起飞和降落站点供 VTOL以机队规模运行。少数城市已建立多个直升飞机场，可能有足够的空间提供有限的初始 VTOL 服务，前提是这些机场位置合适，容易从街道进出，并有可用空间增设充电站。但是，如果 VTOL想要发挥全部潜力，则需要增加基础设施。“基础设施和运营”部分将更深入地探讨此问题，并提供模拟结果，确定最佳的垂直起落场/垂直起落站选址方案。● 飞行员培训。根据 FAR 第 135 部的规定，培训商用飞行员是一个十分耗时的课题，需要 500小时的 VFR 机长经验和 1200 小时的 IFR 经验。考虑到按需 VTOL 服务的规模，对飞行员的需求将快速增加，而这些培训要求很可能会造成合格飞行员短缺，从而严重影响发展速度。理论上来说，飞行员辅助技术会在很大程度上减少对飞行员技能的要求，从而相对缩短培训时间。请参阅“飞机：飞行员培训”部分了解更多相关信息。市场可行性壁垒的行业评估NASA 和 FAA 最近牵头举办了一系列按需出行 (ODM) 研讨会，将 VTOL 生态系统（新兴的 VTOL 飞机制造商、联邦机构、私人投资者、专业学会、大学和国际航空组织）聚在一起，14共同找出推行按需 VTOL服务的壁垒。ODM 研讨会小组所确定的壁垒（见以下图表）与我们前述评估中确定的难题一致。12 http://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?tpl=/ecfrbrowse/Title14/14cfr135_main_02.tpl13 http://www.tsp-data-portal.org/Breakdown-of-Electricity-Generation-by-Energy-Source#tspQvChart14 http://www.nianet.org/ODM/roadmap.htm6本文剩余部分探讨了成功建立 VTOL 市场所要面临的这些难题，重点着眼于尽快克服这些难题，以及我们对乘客体验要求的看法。我们的目的是为处于初期但在不断发展的 VTOL 生态系统做出贡献，并为帮助加速本行业发展而承担起应尽责任。我们不会自行生产 VTOL 硬件，而是期望与飞机开发商、监管机构、城市和国家政府及其他社区利益相关者合作，同时为大家打造一个由满怀希望的消费者、清晰的飞机与运营计划所组成的广阔市场。本文结尾介绍了我们即将举办的峰会，参会者包括飞机开发领域的企业家、监管机构和城市代表，希望能帮助推动讨论与协作，真正将按需城市空中交通服务融入人们的生活。我们欢迎所有形式的反馈，请将反馈发送至 elevate@uber.com。7供稿人Uber Elevate 团队在此对参与此白皮书撰写和制作的所有人员表示感谢，您可通过 elevate@uber.com联系我们。
| 作者Jeff Holden |
优步科技 | 首席产品官 |
| Nikhil Goel |
优步科技 | 产品经理、Uber Elevate 和高级项目 |
供稿人和审稿人
| Betsy Masiello |
优步科技 | 政策和通信主管 |
| Jamie Epifano |
优步高级技术中心 | 战略与业务运营 |
| Justin Ho |
优步高级技术中心 | 战略主管 |
| Jon Petersen |
优步科技 | 高级数据科学家 |
| JR New |
优步科技 | 数据科学家 |
| Zac Vawter |
Ottomoto（优步科技） | 工程部 |
| Mark Moore |
美国国家航空航天局兰利研究中心 | 按需出行首席技术专家 |
| David Josephson |
声学/噪音顾问 |
| Deran Garabedian |
Nesta | 高级顾问 |
| Alexandra Hall |
航空顾问 |
| Ricarda Bennett |
直升飞机场顾问 | 首席执行官兼律师 |
| Mike Hirschberg |
美国直升机协会 (AHS) 国际 | 执行董事 |
| Brian German 博士 |
佐治亚理工学院航空航天工程学院 | 副教授 |
| Gregory Bowles |
AirCertGlobal, LLC | 总裁 |
| Parimal Kopardekar 博士 |
美国国家航空和航天局，NextGen-Airspace | 项目组负责人 |
| Parker Vascik |
麻省理工学院国际航空运输中心 | 研究员 |
| Ken Goodrich |
美国国家航空航天局兰利研究中心 | 高级研究工程师 |
| 插图和图解Christopher D’eramo |
优步高级技术中心 | 设计师 |
| Prakash Nair |
优步科技 | 设计师 |
| Erik Klimczak |
优步科技 | 设计师 |
| Didier Hilhorst |
优步科技| 设计总监 |
外部图片已获使用许可且/或归其出处所有8目录介绍....................................................................................................................................... 1市场可行性壁垒 3市场可行性壁垒的行业评估 ............................................................................................................................................................... 5供稿人................................................................................................................................... 7作者 7供稿人和审稿人 7插图和图解 7目录....................................................................................................................................... 8VTOL 的入市之路 ............................................................................................................... 11车辆..................................................................................................................................... 12安全 14确立安全目标...........................................................................................................................................................................................14提高 VTOL 的安全性.............................................................................................................................................................................15
VTOL 噪音的量化目标 .........................................................................................................................................................................191) 飞机的噪音目标 192) 长期干扰 203) 短期干扰 204) 站点级分析和定制 21飞机设计 ....................................................................................................................................................................................................23
巡航与悬停效率......................................................................................................................................................................................30速度和航程................................................................................................................................................................................................31电池要求 329有效载荷 ....................................................................................................................................................................................................32自动驾驶 ....................................................................................................................................................................................................33认证 36加快认证速度...........................................................................................................................................................................................37运营商认证................................................................................................................................................................................................38飞行员培训................................................................................................................................................................................................39基础设施和运营 ................................................................................................................ 40城市基础设施 41垂直起落场和垂直起落站的开发....................................................................................................................................................41垂直起落场和垂直起落站的设计 41VTOL 的拼机基础设施 44垂直起落场和垂直起落站的选址....................................................................................................................................................47机场和飞机维护中心 ............................................................................................................................................................................47规划路线 ....................................................................................................................................................................................................48基础设施模拟 49设想 ..............................................................................................................................................................................................................49车辆型号 ....................................................................................................................................................................................................50分析与讨论................................................................................................................................................................................................51需求聚集和多模式优势 52服务水平低下的路线 53节省时间 54
空中交通 ....................................................................................................................................................................................................561) 高流量无声空中交通管制交互 562) 延伸至 500 英尺高度的类 UTM 管理 563) 与机场和航站楼区域的无缝集成 574) 以自动驾驶为目标的建筑基础设施 58行程可靠性................................................................................................................................................................................................59天气 ..............................................................................................................................................................................................................59密度高度 60ICE 专车 60可见性 60阵风 61安全 ..............................................................................................................................................................................................................62采纳公众意见...........................................................................................................................................................................................6310乘客体验............................................................................................................................. 65预约体验 66登机体验 66旅途体验 66经济意义........................................
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