电动垂直起降飞机或空中德士近年十分火热，一场未来空中交通革命正在酝酿中，新加坡正处在革命的前沿。
我们经常会在媒体上读到巨星或富豪乘搭私人直升机到处飞的报道。使用直升机通勤非常昂贵，不是一般人消费得起。然而，在不久的将来，一般民众坐飞机通勤或不是那么遥不可及。电动垂直起降（electric vertical takeoff and landing，简称eVTOL）飞机或“空中德士”近年十分火热，越来越多传统飞机制造商和初创公司加入研发行列，一场未来空中交通革命正在酝酿中，新加坡正处在革命的前沿。
提供空中德士服务
德国eVTOL飞机制造商Volocopter 7月宣布，将于2024年在滨海湾经营VoloCity空中德士服务，让游客从空中鸟瞰滨海湾金沙、滨海堤坝和体育城等景点。Volocopter是全球唯一获得欧盟航空安全局（EASA）设计组织批准（DOA）和生产组织批准（POA）的eVTOL公司。VoloCity是Volocopter首款商用电动垂直起降飞机，有两个座位和18个旋翼，最长飞行距离约35公里。除了滨海湾，Volocopter未来也有意推出从新加坡飞往马来西亚及印度尼西亚的跨国空中德士服务。
Volocopter亚太区主管朱汉龙（34岁）接受《联合早报》专访时说，新加坡是进军亚太其他市场的最佳跳板。“新加坡政府具前瞻性，为科技创新营造有利环境。新加坡民航局（CAAS）也与EASA达成协议，双方会对eVTOL飞机同步认证，一旦VoloCity取得EASA安全认证，我们可以很快在本地推出服务。新加坡民航局的监管框架在亚太地区备受推崇，让eVTOL业者可以安全、有序地推出服务，也方便我们打入其他市场。”
空中德士产业一半在亚太
劳斯莱斯的市场调查报告，全球在2050年估计会有16万1000架商用eVTOL飞机，每年营业额高达369亿美元（509亿新元）。其中一半（约8万2500架）的飞机会在亚太地区运营，另外33%在美洲，11%在欧洲。这份报告清楚显示，亚太地区将是空中德士产业发展的重要引擎。
南洋理工大学看准这股强劲的发展势头，在2019年成立电动垂直起降研究创新中心，邀请王明教授担任主任。王明在2011年带领意大利直升机公司AgustaWestland团队，发明了全球第一架电动垂直起降飞机Project Zero，并于两年后在巴黎航空展上亮相。他在2019年受邀加入南大机械与航天工程学院，负责eVTOL的研究与发展，希望能让新加坡在eVTOL产业占有一席之地。
王明受访时说，他的团队研究的焦点在四个方面：
●飞机的系统工程和建造；
●马达和变频器（inverter）设计；
●航空材料与结构；
●飞航控制和自动导航系统。
记者好奇为何没把焦点放在飞机电池。王明回答：“电池研究需要很大的经费，而且目前很多公司在做，技术变化也很快，我们不需要跟中国竞争。”
安全和成本的挑战
王明说，eVTOL产业要起飞必须先解决一些挑战，第一个挑战是飞机安全性。“eVTOL飞机必须达到跟民航机同样的安全水准。核心零件发生故障的概率须达到十亿分之一，不然美国航空管理局、新加坡民航局、欧盟航空安全局不会发飞航许可证。”
另一个挑战是降低生产成本。王明说：“eVTOL飞机材料要轻又强，生产过程需快和自动化，像制造汽车，生产量大才能降低成本。eVTOL飞机不可能卖得比直升机贵，顶多一两百万美元。我估计到2040年，一架eVTOL飞机甚至可能低于100万美元（约140万新元）。”
王明透露，直升机一小时的直接营运成本平均为1000美元（约1400新元），他希望把eVTOL飞机的直接营运成本降到三分一。“直升机目前乘客英里（passenger miles）费用是14美元（20新元）；美国普通德士每乘客英里费用是2.5美元（3.5新元）。eVTOL飞机在2025年开始启用时，估计乘客英里费用是6美元（8新元），到2030年后希望能达到3美元（4新元），跟普通德士差不多。”
问及VoloCity票价，朱汉龙说目前无法给出明确价格，只说公司目标是把票价降至豪华德士水平。“这可能需要五六年的时间。交通运输竞争非常激烈，顾客对价钱很敏感，我们肯定会尽量降低营运成本。”据悉，Volocopter于2020年在德国预售1000张空中德士机票，每张机票是300欧元（423新元），一周内被民众抢购一空，本地空中德士的价格或许也在这个价位。
取得民众支持
除了要克服安全和成本挑战，eVTOL也必须说服民众接受新空中交通工具。王明说：“旧金山和巴黎等城市不准直升机在市区升降，因为民众会嫌吵。eVTOL飞机虽然不采用喷射引擎，但旋翼还是会产生噪音，我们希望可以设计更安静的飞机，适合在市内起飞和降落。就算解决噪音问题，民众愿不愿意整天看到头上有空中德士飞来飞去？我觉得大家可能要大约10年才能接受。”
Volocopter知道取得民众支持的重要性，虽然离推出服务还有两年，却已开始在本地展开公众教育。Volocopter今年8月起在工艺教育中区学院的航空中心展示VoloCity飞机模型，让公众亲身试坐，了解这项先进空中交通科技。展览为期一年，公众可上网报名参观。
朱汉龙说：“我们计划在推出空中德士服务前做各种飞行测试，建立民航局和公众对VoloCity的信心。民众可以看见VoloCity在天空飞行，也会发现飞机噪音没那么大。我们已在巴黎做数次噪音测试，发现飞机在巡航高度时，民众在地面听不到噪音。”
虽然VoloCity可以自主飞行，为“安抚”民心，Volocopter决定在初期阶段让机师驾驶飞机。朱汉龙说：“VoloCity配备自动导航和自动避障系统，能够避开飞行路径中的障碍物。不过，我们觉得如果一开始让飞机完全自主飞行，公众和民航局会无法接受，因此我们会先让机师驾驶，证明飞机安全可靠后，才推出全自动化飞行。”
朱汉龙强调，eVTOL飞机未来不会取代现有交通工具，而是扮演辅助角色。“我们为消费者提供多一个快捷又环保的交通选择。希望以后乘搭eVTOL飞机变得非常普遍，垂直升降飞机场跟停车场一样，在各组屋区到处可见，完全融入大家的生活中。”
王明说，全球目前有大约400家公司在研发eVTOL飞机，整个产业朝气蓬勃，给年轻航空工程师带来很多实现理想抱负的机会。“希望新加坡能在2030年前研发和生产eVTOL飞机。以后去旅行时，能在不同国家看到我们设计的eVTOL飞机。”
VoloCity为市区短距离通勤
VoloCity的滨海湾飞行路线长约12公里，将在100至150公尺的高度飞行，全程约15分钟。除了滨海湾，Volocopter也考虑在圣淘沙推出类似的观光空中德士服务。新加坡旅游市场庞大，2019年的游客人数约2000万，空中德士是很有吸引力的观光工具，预料将带动本地旅游业发展。Volocopter预计空中德士到了2030年，可为新加坡带来41.8亿新元的累计经济效应，并创造多达1300个就业机会。
王明认为，VoloCity当观光工具不错，但无法成为真正的空中德士或运输工具，“因为飞机飞不了太久，飞行速度又慢，且只能载两个人。”
对此，朱汉龙回应：“VoloCity专为短距离市内通勤而设计。我们调查全球50条机场至市中心路线，发现VoloCity能满足九成的使用情况。由于有18个旋翼，VoloCity能取得跟民航机一样的安全水准。”
朱汉龙透露，公司目前正研发一款远距离eVTOL飞机“VoloConnect”，主要用于连接郊区与城市交通，VoloConnect采用混合升降和推动设计，有六个旋翼和两个推进器，能以180公里的时速运送四名乘客飞行100公里。“我们还在策划本地航线，估计会用来提供跨国空中德士服务。”
此外，王明也认为现在称eVTOL飞机为“空中德士”不恰当：“eVTOL飞机无法像普通德士来我家接我去其他地方，要达到这样的情况需要最少20年。我觉得eVTOL飞机比较像‘空中捷运’，你要到一个起降地点去乘搭，飞到另外一个起降地点。”
朱汉龙同意王明的看法，说eVTOL飞机现阶段需要基础设施才能运行。Volocopter计划在2030年前在本地和东南亚建造四至六个垂直升降飞机场“VoloPort”，考虑的地点包括滨海湾南部、圣淘沙和樟宜等。
三种eVTOL设计
1.多旋翼型（Multicopters）：
飞机有多个旋翼，没有机翼或有短机翼，巡航时只能依靠旋翼提供全部或部分升力。多旋翼构型是目前市场上最成熟的动力布局，其设计较为简单，但飞行速度慢，载荷小，航程短，仅适用城市内短距离空运。
2.矢量推力型（Tilt-X）：
采用可倾转的推进装置，不同飞行阶段用不同推进方式，兼顾垂直起降和巡航。好处是一套系统提供多维度动力，可实现更高飞行速度和更远航程，但倾转结构往往较为复杂，有更高的故障率。
3.升力与巡航复合型（Lift+Cruise）：
融合固定翼和旋翼飞机的特征，升力和巡航用的装置是独立的，分别实现垂直起降和巡航。机翼设计有利于提升航程，总体性能介于多旋翼型和矢量推进型之间。
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