近年来，广州已在全球低空经济领域孕育出众多“王牌”——诞生了全球首家“四证”齐全的eVTOL企业亿航智能，着力打造全球首个飞行汽车基地的小鹏汇天，农业无人机设备覆盖57国的极飞科技等企业。
记者近期采访时发现，广州这片低空经济热土又涌现出不少“新干将”：载重达到300公斤的工业无人机，可续航200公里、搭载4名乘客的大型飞行汽车，以氢能为能源、可在极寒和高温下运行的巡检无人机。这些新型无人机背后蕴藏着哪些科技密码？本期《科技周刊》，我们前往一探究竟。
空中“大力士”凭啥多拉100公斤？碳纤维占比超92%！
载重小一直是电动飞行器产业发展的瓶颈，目前，用于农业、工业等应用场景的低空飞行器载重量多数为八九十公斤，一旦来到高原地区，因为空气稀薄，升力减少，载重能力还会下降。
今年6月，广州无人机企业升辉领航推出了一款可载重300公斤稳定飞行的工业级无人机，与其他相同大小的无人机相比，它一次能多拉100公斤货，可谓实打实的“空中牛马”。
实现大载重，材料是关键。来到公司位于黄埔区华南新材料创新园的总部，记者看到多个全身黝黑的“庞然大物”，这些无人机一个个“腰大十围”，8个旋翼和机身几乎纯黑，仅在部件的关键连接处采用太空铝等极少轻质、坚硬金属。
大载重工业无人机
“你看到这些黝黑的部分，用的都是我们自研的碳纤维材料。”公司创始人陈刚告诉记者，为减少机体自重，提高载货量，碳纤维是不可或缺的新材料。目前，国内大部分低空飞行器都使用了碳纤维材料，但使用比例只占30%—60%，“我们的机型能占92%—95%，因此我们机身质量更轻，能多拉更多货物。”
“相比钢、铝等常见金属，碳纤维的密度要低很多，同时硬度很高。但一般的碳纤维材料比较脆、韧性不足，必须改良材料，才能应用到低空经济领域。”陈刚介绍，目前，碳纤维材料主要源自石油副产品，公司早在2012年就开启了碳纤维材料的全链路研发生产，从石化工业的源头开始，直到碳纤维材料的改性、再到一体化成型技术，都实现了技术的自主可控。“我们公司与吉林大学、吉林化工大学等高校合作，参与多项国家级技术项目攻关，让碳纤维材料具有坚固、轻质的优点，同时，韧性也大大增强。2022年，随着低空经济的兴起，我们将掌握的碳纤维技术投入到无人机产业。”
陈刚介绍，利用自研的碳纤维材料，公司无人机比市场同等大小的无人机减重35%。此外，该碳纤维材料的强度是普通钢材的7倍，寿命为铝合金的10倍。同时，碳纤维轻质、耐腐蚀的性能，也让设备维护成本降低60%。
“十多年前，碳纤维材料几乎依靠进口，价格高昂，主要应用在高端自行车、跑车、羽毛球拍上。如今，我们实现了全链路技术自主可控，碳纤维材料不光应用在我们的产品上，还向其他低空飞行器企业供货，助力整体低空经济的发展。”陈刚说。
大载重飞行器有哪些应用场景？
海洋牧场投喂
在海洋牧场的深海网箱养殖领域，以往需要小艇来回为鱼群投放饵料。有渔业企业前来咨询时表示，喂饵小艇每年在海上的柴油费就高达150万元，若改用大型飞行器空中抛撒投喂，可使效率提升5倍，同时大大减少能源消耗。
无人岛、人工岛建设
以往，在海洋无人岛或人工岛建设中，需要把大船开到附近深水处，再由小艇运送到岛屿上，之后岛屿上的工人还要把建材运送到工地。有了空中“大力士”的帮助，可直接将钢筋、水泥等建材从船上运到工地，原本需要3天的搬运，时间可压缩到4小时。
山地大型设备运输
在山地大型设备运输中，空中“大力士”优势凸显。不久前，湖南有几位驴友驾驶摩托车上山，因个人原因无法下山，报警求助后，警方出动了这一空中“大力士”。其将摩托车吊起，从山上运送到平地。
小型矿场运输
目前，这一空中“大力士”正在新疆负责拉矿，“我们正与当地矿产企业合作，利用无人机载荷大的优势，将矿区挖的矿运送到指定地点。我们主要的应用场景是小型矿。针对这类矿，如果企业专门修一条路来运输，往往成本高、耗时长、回报低。利用飞行器可以免去修路的时间成本和资金投入，还可以减少对环境的影响。”
高海拔地区运输
“在西藏、青海、新疆这些高海拔地区，空气稀薄，飞行器所能获得的升力有时仅为广州这些沿海地区的1/2左右。不少飞行器因为自重过大，根本无法起飞，连自重都无法拉起。而我们的产品因为自重轻，在高海拔地区，依然可以拉起百公斤以上的货物。”陈刚说。
林区喷洒农药
在林业领域，这类飞行器每天可以完成1000亩以上林区的喷洒。“我们采用的是一种半固态电池，它能够在-30℃启动运作，适合在东北林区和高海拔、高寒地区使用。”
未来方向
进一步降低机身自重
陈刚介绍，目前，公司在大载重工业无人机领域独树一帜，“其他同类型的无人机载荷主要在80公斤—150公斤，更多应用于低海拔地区的农业领域。我们深耕大载荷领域，已有500公斤载荷的无人机产品的技术储备，只要市场有需求，就可以投入生产。我们还在研发新的碳纤维组接件，让其性能替代机身使用的太空铝组接件，进一步降低机身自重。”
无人机的自重主要由电池和其他部件构成。陈刚介绍，团队正与相关电池企业共同合作，推进全固态电池使用落地。“全固态电池的能量密度更大，也更加安全可靠，能在更小体积和重量的前提下，提供更大能量。”
复合翼飞行汽车GOVY（高域）AirJet，尾部有两个涵道推进器，让水平飞行速度更快、更平稳。广汽供图
空中出租车
复合翼飞行汽车可载4人飞200公里
来到广汽集团，一款“庞然大物”——复合翼飞行汽车GOVY（高域）AirJet映入记者眼帘。相比其他垂直起降电动飞行器，这一飞行汽车不仅有8个旋翼，尾部还有2个涵道推进器。飞行汽车垂直起飞后，涵道推进器还能提供水平推力，让水平飞行速度更快、更平稳，相当于飞行汽车的“后驱”。
广汽高域相关负责人李淑韩介绍，目前，GOVYAirJet创新采用“1+1+X”座椅布局，一次可搭乘3至4名乘客，为了尽可能地减重，GOVYAirJet大范围采用碳纤维材料，比例超过90%。目前，GOVYAirJet最高续航速度可达250公里/小时，纯电续航里程超200公里，其搭载的超快充电池支持30分钟快速补能。
李淑韩介绍：“这台飞行汽车将助力打造大湾区40分钟快速出行圈，后续还可能应用在应急医疗领域，我们的座椅可拆卸，可放置医疗救援设备。目前，我们的主要应用方向还是文旅观光及大湾区内的出行需求。”
“未来，预计大家只需要支付双倍的出租车价格，就可以乘坐空中出租车。”李淑韩说，今年，广汽计划在广州黄埔区建设第一个示范运营站点，计划GOVYAirJet明年开始量产。目前，GOVYAirJet已完成超200架次飞行，并于8月21日正式获得中国民用航空中南地区管理局颁发的民用无人驾驶航空器特许飞行证。
“我们在适航审定的阶段，已经在3月开始受理，计划在明年下半年可以‘四证齐全’，实现量产交付。目前已经收获约1000架次订单，主要在B端和G端，境内外都有，今年7月已交付了首台样机。”李淑韩说。
氢能无人机燃料电池上方有一个“能量胶囊”，储存着高度压缩的氢气，保障长时间巡航需求。
“冰火全能手”
氢能无人机-40℃至50℃都能飞
电池重量大，也会成为无人机的飞行负担。在广州，有企业利用氢气作为能源生产出氢能无人机。在南方电网广东广州供电局，记者见到了“氢旋”“氢蜓”两款无人机。研发团队技术负责人谭皓文告诉记者，这两款无人机拥有公司自主研发的氢燃料电池系统，相当于无人机的动力心脏，让氢气、氧气在电池内部发生化学反应，产生电能，驱动无人机飞行。记者看到，氢燃料电池系统下方有一根软管，在飞行过程中把唯一产物水排出来，没有任何污染。
记者观察到，燃料电池上方安放有一个“能量胶囊”，储存着高度压缩的氢气，尽管内部的氢气只有几十克，却拥有很高的能量密度，从而保证氢能无人机有90分钟的超长续航。
“我们的无人机可以在-40℃至50℃的温度下稳定工作，在极端高低温环境或海拔较高的环境，氢能无人机也能稳定执行巡检任务。”谭皓文说，这两种无人机还具备强大的抗干扰能力，通过轻量化内生抗干扰设计，使机器人可在500千伏场强下无防护稳定运行。
文/广州日报新花城记者：武威
图/广州日报新花城记者：王维宣（除署名外）
视频/广州日报新花城记者：武威、王维宣
