無人駕駛航空貨運市場發展勢頭迅猛

格雷厄姆·沃里克

無人駕駛航空貨運飛行器成為無人機領域發展的新寵，一些初創企業已經瞄準增長強勁的電商配送市場。實力雄厚的制造商積極研發貨運無人機，并且進展迅速。

無人駕駛航空貨運初創企業瞄準增長強勁的電商配送市場

在亞馬遜效應的推動下，快速配送電商包裹的需求增長強勁，美國初創企業Elroy Air公司計劃今年推出其無人駕駛貨運飛行器的全尺寸原型機。該機是一種油電混動垂直起降多旋翼飛機，設計指標是搭載500lb貨物飛行480km。

Elroy Air公司正與美國聯邦航空局（ FAA）和潛在客戶合作，希望最早能在2020年開始運營，包括國際市場和美國國內市場。迄今為止，Elroy Air公司已獲得920萬美元的種子基金，計劃于年內進行A輪融資，用于該無人貨機項目投產前的研發投入。

Elroy Air公司目標瞄準的是當前由卡車占領的點對點貨運市場，將快遞的范圍擴大到較小的社區。Elroy Air公司首席執行官戴夫·梅里爾說，“城區范圍內正在享受亞馬遜效應帶來的好處。我們看到的是擴大加急物流配送范圍的機會。”

科爾尼管理咨詢公司分析認為，美國2018年的當日達快遞配送市場規模預計將達到40億美元，在過去不到5年的時間里增長了100倍。Elroy Air公司戰略與業務發展部主管科菲·阿桑特表示：“亞馬遜效應正給其他電商企業帶來縮短配送時間的壓力。通過無人駕駛貨機服務于更小或更偏遠的社區，我們可以讓加急物流變得更加普及。”

這家總部位于舊金山的創業公司在過去1年半里一直在進行1/6比例的小尺寸驗證機的試飛，研究這種串列雙翼飛機的空氣動力學和控制問題，包括遙控飛行和全自主的端到端飛行。全尺寸的“查帕拉”無人機（ Chaparral）長20ft，翼展30fto貨物裝在機腹下的模塊化可分離貨倉內。

該機的油電混動推進系統包括為六個升力螺旋槳提供動力的電池，六個螺旋槳安裝在連接了前后兩個機翼的兩個小機身上，用于垂直飛行。一臺內燃機為推力螺旋槳提供動力用以進行水平飛行，同時為電池充電。戴夫-梅里爾表示，油電混動可提供10倍于純電飛機的航程。他說，這架飛機設計用于在10，00Oft以下的空域自主飛行，配備廣播式自動相關監視系統（ ADS-B），以檢測和避開裝有同類系統的其它飛機，同時還裝備了機載雷達，用以探測和跟蹤沒有裝備此類系統的飛機。

戴夫-梅里爾表示，Elroy Air公司根據美國聯邦骯空局（ FAA）法規第1 07部分中關于小型無人機系統的規則進行了小尺寸驗證機的測試，但在全尺寸飛機上Elroy Air公司必須“更具創造性”。該公司計劃與位于美國西部的美國聯邦航空局無人機集成試點項目（IPP）合作，在政府擁有的土地上空試飛，并為真正的供應商提供貨運服務。“無人機集成試點項目基地是我們發展的催化劑，”科菲-阿桑特說。

“我們在貨物裝卸方面也取得了很大進展，”戴夫-梅里爾說。模塊化吊艙以貨運集裝箱為參考進行設計，旨在提高運營效率。“我們進行裝卸作業的是可分離的模塊化吊艙而非整架無人機。吊艙裝貨完成后放置在停機坪上，無人機無需等待裝卸貨物，”他補充道。無人機著陸后，滑行到指定位置放下送達的吊艙并拾取需要運送的吊艙，所有這些都將自動進行以節省時間。

戴夫-梅里爾說，Elroy Air公司貨物裝卸概念的靈感來自亞馬遜公司使用的倉庫機器人。“這為人員和機器人之間提供了非常清晰的界限。人員負責裝卸貨物，機器人將吊艙拾起并進行運輸。”

“這是最安全的操作方式，”科菲-阿桑特說，他從Uber Freight公司加入這家創業公司，Uber Freight公司是一項讓承運人與托運人相匹配的服務。Elroy Air公司的運營理念以Uber Freight公司的Powerloop為藍本，powerloop讓承運人直接運輸預先裝好的箱式掛車。

Elroy Air公司認為，這也適用于支線貨運市場，FedEx公司和UPS公司等快遞公司現在使用由一名飛行員駕駛的塞斯納208小型飛機將包裹運送到貨運樞紐。在這種業務模型下，飛機飛往城市卸貨，然后等待一整天，重新裝貨完成后，晚上飛回貨運樞紐。

“我們的飛機載貨量不如塞斯納208，但成本較低，一天中可以在當地繼續飛多條航線，擴大該地區的物流配送范圍，然后同樣可以在晚上返回基地，”梅里爾說。“不需要機場或充電基礎設施，”阿桑特補充道。

Elroy Air公司貨運無人機的目標用途還包括人道主義救援，用于向偏遠災區提供緊急救援物資，減少運輸時間并最大程度地降低人員生命危險。無人貨機拆解之后可裝在一個20ft標箱里進行運輸。

全尺寸原型機預計將“在未來幾個月內”實現首飛，飛行包線拓展試飛預計將持續到2020年初。Elroy Air公司計劃在FAA法規第23部分的飛機和第27部分的旋翼機適航性規則下對該機進行適航性認證。目標是聯合美國國內和海外的幾家物流企業在2020年推出第一個航空物流系統。

在Catapult Ventures， LevitateCapital和其他科技投資基金的支持下，Elroy Air考慮成為一家扮演飛機制造商和代表托運人運營飛機的物流企業兩種角色的公司。阿桑特說：“在成熟的公路貨運市場，有物流企業和卡車制造商。在無人航空貨運市場，既沒有運輸公司也沒有設備制造商，因此我們有機會在兩方面都學到些新的東西”。

制造商積極研發貨運無人機

就在幾年前，大型無人貨機看起來還是幾十年后的未來事物。但電商業務的增長和對快速配送的需求促使初創公司開始研發無人貨運飛行器，他們的目標是最早在2020年開始投入使用。

總部位于加利福尼亞州的Elroy Air公司和Natilus公司的小尺寸技術驗證機不久之后即將進行試飛，該州的另一家創業公司Sabrewing Aircraft公司希望今年秋天能夠開始試飛其65%比例的技術驗證機。

2018年10月，中科院試飛了一架載重3，300lb的無人貨機AT200。該機是在新西蘭太平洋航空制造的P-750XL通用渦槳飛機的基礎上改造而成，2018年12月，中國快遞企業順豐速運用TengoenTechnologies公司的TBO01中空無人機進行了應急物流測試，這家年輕的中國飛機制造商已經公布了一種采用8個渦扇/渦槳發動機的無人貨機研發計劃，這種無人機將能夠搭載超過20t貨物飛行7593km。甚至連波音公司也加入了競爭，試飛了一架電動垂直起降貨運無人機的原型機。

這些初創公司正吸引著各方投資。總部位于加州里奇蒙德的Natilus于2018年11月完成了第二輪種子基金的融資，投資者包括航空航天加速器StarburstVentures等。去年12月，總部位于舊金山的Elroy Air公司獲得了由空中交通投資者Levitate Capital領投的460萬美元的種子基金。總部位于卡馬里奧的Sabrewing公司宣布即將完成天使輪融資，由Drone Fund基金領投，金額為“100萬美元差一點”。

以上融資的金額和公司都很小。盡管業界近年來的工作都聚焦在小型的包裹遞送無人機上，并且就在不到5年前，大型貨運無人機看起來還遙不可及，但大型貨運無人機正成為關注重點。

Natilus公司成立于2014年，目標是為跨太平洋，跨大西洋和歐亞航線創造一種新的“介于空運和海運之間的運輸方式”，Natilus公司創始人兼CEO阿列克塞·馬特俞謝夫表示，無人空運很快變成現實但價格昂貴，海運便宜但速度較慢。Natilus公司正在尋求第三種選擇：一種大型貨運無人機，運載量和航程與波音-747相當，但費用只有其一半。這種飛機使用渦槳發動機來降低燃料成本，它的速度會更慢，只有Ma0.4，但仍比船快許多。

作為第一步，該公司已經制造了一個起飛重量2200lb，翼展30ft小尺寸技術驗證機，現正準備在舊金山北部的圣巴勃羅灣進行試飛。Natilus公司最初的想法是讓它的無人貨機在水上起降，在海上飛行，這會使得認證更容易。“當我們開始時，監管環境并不像現在這么好，但在過去的一年半里，FAA已經邁出了巨大的一步，”阿列克塞-馬特俞謝夫說。通用原子航空系統公司正在認證其“捕食者”無人機，Natilus公司將會跟進。

目前，原型機是水上飛機有一些優點。“FAA的試飛機場太貴了。在水上起降讓我們能擁有自己的試飛空間，”阿列克塞-馬特俞謝夫說。

原型機由一臺“Rotax 912”活塞發動機提供動力。對于更大尺寸的飛機，該公司考慮的選項包括渦槳發動機或渦扇發動機。雖然Elroy Air公司和Sabrewing公司將使用油電混動系統，但Natilus公司不會使用電推進技術。“我們不認為電推進技術適合大型貨機，”他說。

Natilus公司的下一種飛機是一種地面起降的翼身融合飛翼。電商貨運量的增長意味著貨機在達到其重量限制之前通常會先耗盡貨倉空間，翼身融合飛翼提供的貨倉空間將增加30%。”該公司的最終目標是擁有1 00架波音-747/777大小、載重100 - 120t的跨太平洋無人貨機。他們也在考慮制造一種同波音-767大小、載重40t的無人貨機。但他們的首個產品將是起飛重量20，OOOlb，載貨3.5 - 4.5t的中小型支線貨運無人機，由普·惠集團加拿大公司的PT6A發動機提供動力。這種飛機可以通過FAA修訂后的第23部分規則進行認證，他說。

該公司正在開發自己的自動駕駛儀。初期的原型機將采用遠程遙控飛行，后續可逐步添加自主飛行功能。最終的目標是讓一名地面飛行員管理多達5架無人機。大型無人貨機將比商業航班飛得更低更慢，但仍將分享空域，因此必須配備能夠觀察和避免碰撞的設備。

馬特俞謝夫期待看到大型無人貨機在主要貨運樞紐運營，比如阿拉斯加的安克雷奇機場等，貨運航班在這里占絕大多數。他認為，初期的空中交通管制問題可以按現有流程進行。他指出，空管部門為了使“全球鷹”無人機能夠進行遠程飛行專門制定了相關規則。Natilus公司計劃在2020年試飛中小型支線無人貨機，并在3-5年內獲得FAA認證。種子基金將支付原型機的研發費用，并計劃在數月內進行A輪融資。“我們的資金狀況良好，”他說。

Elroy Air公司成立于2016年11月，起初瞄準的是電動垂直起降空中出租車市場。“但我們逐漸意識到載客的無人機通過認證需要的時間很長，因此我們決定從制造類似尺寸的貨運無人機人手，這樣可以更快地進入市場，”Elroy Air公司聯合創始人兼CEO大衛·梅里爾說。

Elroy Air公司的貨運無人機采用串列雙翼設計，機腹下有一個貨運吊艙，六個升力螺旋槳用于垂直起降飛行，還有一個用于向前飛行的推進螺旋槳。這款無人機有著150lb的貨物運載能力，并采用可放大尺寸的設計。該公司的目標是政府客戶及物流企業“這需要150lb的有效載荷和約241km的飛行半徑。這樣的參數覆蓋了需求文氏圖的重合區，能滿足這兩類客戶的使用需求，”他說。

例如，“那些由于地形因素使得卡車無法到達，或著卡車路線效率低下的地方”，大衛-梅里爾說。他舉了一個距離161km從倉庫到客戶的路線作為例子，沿途幾乎沒有其他站點。一輛卡車花半天的時間開車去一個物流點，卸下幾十個個包裹，裝上要運回的包裹然后返回。這不僅耗費大量時間，而且從物流點回來的時候車子基本是空跑。”

這種路線使用貨運無人機就很有意義，特別是結合使用Elroy Air公司計劃推出的用于貨物裝卸的地面機器人的時候。飛機將自動拾取裝好貨物的吊艙，執行飛行任務，在目的地將貨物吊艙放下，并拾取需要取回的吊艙。“我們不需要很多人參與其中，”梅里爾說。與Natilus的概念一樣，Elroy Air公司的計劃也是一名飛行員負責多架貨運無人機。

Elroy Air公司正在制造一個小尺寸技術驗證機來驗證空氣動力學和控制設計。但該公司已經在舊金山南部半月灣機場的一個安裝在卡車上的測試平臺上測試了全尺寸的升力系統“鋁制獵鷹”一包含螺旋槳，電機和控制器。這讓他們能夠測量升力和噪聲，后者非常重要，因為該機預計將在城市地區飛行。單個螺旋槳達到了預期升力，噪聲僅比環境噪聲“高出幾個分貝”。螺旋槳是變距槳。這能夠實現更大的直徑，因此它們可以轉得更慢，這降低了噪聲。“而且，最重要的是，這為我們在供應鏈方面提供了更多關于電機的選擇，”梅里爾說，“采用定距槳的電動垂直起降飛行器需要“非常強勁”的電機。

小尺寸驗證機的地面測試將于3月初開始，Elroy Air公司希望在3月底之前進行首飛。全尺寸飛機將在2019年夏末推出。基于監管環境考慮，Elroy Air公司首先瞄準國內政府客戶，然后是海外客戶，然后是國內商業貨運客戶。“樂觀地預計，我們將在2021年開始為政府客戶服務，”Elroy Air公司聯合創始人兼工程副總裁克林特·柯普說，但給海外客戶的交付可以更早開始。

Sabrewing公司正采取不同的方式進入市場。第一步，他們正在建造“Draco-2”無人機，這是一種65%尺寸的技術驗證機，設計航程可達9300km，將參加太平洋無人機挑戰賽。為了獲勝，這架30ft翼展的無人機必須從日本東北部的仙臺飛往硅谷的莫菲特機場，直飛8300km.中途不降落不補充燃料。日本的iRobotics是另一家參賽者。

“Draco-2”也是Sabrewing公司計劃開發的全尺寸無人貨機“Wyvern”的技術驗證機。Sabrewing公司首席執行官埃德·迪·雷耶斯說，該機在尺寸，成本和速度方面與“塞斯納208”和Quest“科迪亞克”相似，但有效載荷幾乎是其2倍。“Wyvern”將采用油電混動系統，2臺汽油機驅動發電機，為四個涵道中的八個風扇提供動力。

全尺寸飛機將是垂直起降的（Draco-2不是）。“這是我們打算占領市場的方式，”迪·雷耶斯說。“Draco-2”將以重載狀態進行超短距離起飛，然后垂直降落在目的地。它將服務于與“塞斯納208”和Quest“科迪亞克”相同的市場，飛行400 -1500km.在偏遠村序降落。”

Sabrewing公司參賽的“Draco-2”無人機有1 8個贊助商，他們為“Draco-2”提供了各種材料和設備。其中包括贊助復合材料的Tencate，贊助衛星通信的Cobham公司和Inmarsat公司，贊助自動駕駛儀的Cloud CapTechnology公司和贊助激光雷達傳感器的Attollo Engineering公司，還有為防撞系統提供贊助的，包括lris Automation公司的攝像系統和uAvionix公司的自廣播式自動相關監視（ADS-B）系統。

“除了主要的贊助資源外，我們有制造飛行器所需的一切，”德·雷耶斯說。Sabrewing公司正在制造一個風洞模型，即“Draco-1”，之后將開始制造參賽飛機。初步測試計劃在俄勒岡州溫泉市進行。航程測試將在阿拉斯加的荷蘭港到俄勒岡州的蒂拉穆克之間進行，這兩個地方都是泛太平洋無人機系統測試場綜合體的一部分。該公司預計將在2019年秋末用“Draco-2”無人機嘗試跨太平洋挑戰飛行。

（李韻編譯自AW@ST，2019-2-11）