本文来源：中国指导与控制学会《航空工程进展》 

作者：李兢尧，王宝军，李轩，王战玺，罗子彦

无人机在低空经济中属于核心载体和关键驱动力，无人机产业已经逐步成为兼顾新质生产力和产业创新协同发展的战略性新兴产业。本文结合我国低空无人机发展现状，分析了当前低空无人机产业规模和管理分类。通过分析低空无人机大规模商业化应用的主要技术瓶颈，总结未来行业发展需聚焦无人机动力能源、5G卫星融合通讯和空域智能管理三大战略性技术领域，围绕低空经济环境飞行器动力解决方案、无人机通信与数据处理技术、低空空域管理与安全技术展开讨论，综述了技术突破与产业升级间的协同效应，可以有效赋能构建智能化、高效化的低空经济产业，是解锁低空经济巨大潜力和保障其安全可靠运行的关键所在。

随着无人机技术、城市空中交通（UAM）和先进空中交通（AAM）等领域的兴起 ，学术界、产业界和政府部门在讨论低空领域经济活动时逐步提炼出“低空经济”这一术语。2023年底中央经济工作会议首次强调低空经济作为新质生产力的代表，是三个需要重点发展的战略性新兴产业之一，目前我国的无人机技术在包含军事、政府、商业和个人用途在内的各类产业要素已具备一定规模 。在全球范围来看，低空经济产业延续了通用航空时代的繁荣，欧美和日本等主要发达经济体具备一定的技术先发优势 。

自1903年莱特兄弟发明飞机以来，欧美主要发达国家发展航空业的历史已超过百年，通航产业相关积累雄厚。截至2022年，美国拥有通航机场4700余座（加上私人机场将超过 2 万座）、通航飞机21. 3万 架 ，是我国在册通航机场的10倍以上，在册通航飞机的 65 倍以上，我国仍处于追赶阶段。在无人机出现并大规模应用后，世界各国的普遍发展思路是将无人机的监管应用纳入通航产业体系。2016年，美国航空航天局（NASA）与美国联邦航空管理局（FAA）合作推进美国UTM（无人机交通管理系统）建设 。同年，欧洲单一天空空中交通管理研究院（SESAR）提出发展U-Space的概念 ，该项目旨在将无人机以合适接口纳入有人机空中交通管制，实现安全的无人机交通管理。近年来，多国陆续提出考虑了时域非平稳性和任意eVTOL（电动垂直起降飞行器）轨迹的非平稳几何通信链路随机信道模型，有针对性地优化了eVTOL在有人通航产业体系下的通信能力 。

低空经济是一个综合性的经济形态，其范畴包含并且远大于像通航产业、无人机产业这样单一产业的概念。近年来，我国低空空域改革初见成效，相关配套政策不断完善，正式开启我国低空空域管理改革进程。此后历经三轮改革实践，海南、湖南、江西、安徽、四川等地先后试点成功，分别成立了由省政府牵头组成的军、地、民三方低空域协同管理机构和运行管理中心。

综上，发达国家主要将低空商业无人机作为通航产业体系的补充，作为一种新的经济形态广泛激发了技术革新效应。然而由于产业结构的差异化，国外发达国家经验难以为我国低空经济发展提供借鉴和参考。本文将主要面向我国低空无人机动力、通信、空域管理技术等方面阐述我国低空经济赋能高质量发展过程中的技术突破与产业影响。

2022年，国家低空经济融合创新研究中心首次明确低空经济概念，即“低空经济是以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引，辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态” 。其中，低空是指根据2010年国务院、中央军委发布的《关于深化我国低空空域管理改革的意见》，垂直范围原则为高度1000m以下。随着低空应用的深入发展，管理部门和业内普遍将低空概念的高度上限提高至3000m。由于通航飞机需要跑道、机场的特点，在城市等人口密集区域的应用存在天然劣势，因此，美欧等国启动了电动垂起航空器（eVTOL）的研制应用 。英国和美国在内的多国以eVTOL为载体的空中出租车和空中货运试运行业务 ，虽然eVTOL可实现无人化飞行，但出于安全应急角度考虑，每架eVTOL上均配备了安全员。美国joby作为全球第一家投入商业运行的eVTOL企业，发展速度较快 。FAA  2023 年文件明确2028年将实现AAM规模化运营，涵盖基础设施、适航认证和社区参与等核心要素 。低空无人机自20世纪初发展以来，主要历经四个阶段，如图1所示。

近年来，中国低空无人机呈现出蓬勃发展的良好势头。根据工业和信息化部赛迪研究院发布的《中国低空经济发展研究报告（2024）》测算，如图2所示，2023年中国低空经济规模达到5059. 5亿元，增速达到33. 8% 。截至2023年底，中国无人机设计制造单位约2000 家 ，国内注册无人机126. 7 万架，同比增长 32. 2%。2023年中国民用无人机产业规模达1 174. 3亿元 ，稳居全球首位 。《2024年中国eVTOL产业发展报告》指出截至2024年第一季度，中国15家头部载人eVTOL企业中，已有12家完成单轮超5亿元融资，行业总融资规模突破200亿元人民币，其中峰飞航空、亿航智能等企业单轮融资额超10亿元 。在适航证认证方面 ，截至2024年11月 ，我国目前有2款 eV⁃TOL取得适航证，另外有9家企业通过民航局的适航受理。

在无人机民用消费级层面，大疆创新在全球范围内都占据优势市场地位；民用工业级层面，我国各类农林植保无人机、巡检无人机、物流运输无人机不断涌现；军用无人机层面，以兵器爱生无人机、中航无人机、航天无人机等为代表的央企军工集团和腾盾科技、纵横股份等为代表的民营企业均有各自优势产品，虽然军用无人机无法直接从事低空经济相关活动，但通过军技民用，上述军用无人机企业均有能力快速形成适宜产品，参与低空经济的发展中。目前，我国拥有无人机运营企业15000余家，各类通航机场近400座，飞行总时长超过120万小时，实现营收总额超过6300亿元。2024年是低空经济作为独立产业发展的元年，但我国低空经济的各类产业要素已具备一定规模。

截至2022年底，我国共有低空经济相关上市企业19家，新三板挂牌企业20家，营收总额超过400亿元 。在低空经济市场应用最具发展潜力的物流运输领域，顺丰、京东、美团等行业头部企业始终高度重视物流无人机的开发和应用，瞄准低空无人机前端基础材料与零部件、中端产品及载荷、末端应用场景此外，低空经济的相关新业态如综合巡检、无人测绘等也更加普及，农林植保无人机的应用在农村基层已大规模铺开，如图3所示。

在低空无人机基础资源方面，我国低空空域改革已初见成效，成立了由省政府牵头组成的军地民三方协同的低空空域管理机构和运行管理中心，将原低空空域由军民航分块管理逐步转变为军、地、民三方协同管理。随着2023年11月《中华人民共和国空域管理条例（征求意见稿）》的发布，空域管理权已转移至空中交通管理机构。

具体到无人机，《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》已于2024年1月1日起正式生效实施，从飞行器类型、性能指标、飞行资质等方面明确了民用无人机分类和不同类型无人机的飞行条件，如表1所示。

无人机、eVTOL 类航空器作为低空经济的关键载体，具有以下特性：安全可靠、清洁环保、低噪音、低成本、智能化。目前低空无人机的续航能力、通信带宽和延迟、自主感知和决策能力（数据处理）、以及成熟可靠的空域管理框架，是限制低空无人机大规模商业化应用的主要瓶颈 ，它们的协同发展与突破是解锁低空经济巨大潜力和保障其安全可靠运行的关键所在。因此本文主要围绕低空经济环境飞行器动力解决方案、无人机通信与数据处理技术、低空空域管理与安全技术展开讨论。

近年来，动力电池在能量密度、制造成本及循环寿命等方面取得较大的技术突破，已经搭载在各类低空飞行器 。当前主流动力方案可分为四类：纯电推进、混合动力、氢动力和太阳能 ，如图4所示，其技术特性与应用场景如下文详述。

1）纯电推进

低空飞行器对动力电池平均功率需求是同等重量汽车的30~40倍，峰值功率需求是同等重量汽车的5~10倍 。低空飞行器对电池安全性、轻量性、快充能力等要求也远超常规电池 。近年来基于硅碳负极与 Ni、Co、Mn 三元正极的匹配设计越来越得到行业内企业的重视，引用宁德时代2024 年公开数据 ，该方案在 eVTOL 平台实现质量能量密度512 Wh/kg，循环寿命可达2000 次后可用容量 80%SOC，能够初步满足小载重商用无人机的动力电需求。此外丰田、QuantumScape、空客等企业正在加速固态电池商业化布局和锂硫电池的技术研发。

2）混合动力

低空飞行器航程、航时受当前动力电池能量密度低的制约，混合动力通过融合电池技术及其他能源形式可实现发动机与螺旋桨之间的解耦，螺旋桨完全由电动机驱动，实现动力的精确矢量控制 。

氢燃料电池+锂电池混合动力在兼顾能量密度的同时能显著降低碳排放，现代Supernal S-A2以及国内牧羽天航空AT1280 均采取该方案，其中AT-1280航程超过1000 km。油电混合动力具有补能方便、低油耗的特点，例如 Skyfront Perimeter  8超长航时测绘无人机采用的四冲程发动机+双电机技术路线实现了比纯油动无人机省油45%，此外新一代系统支持航空煤油、氢气、可持续航空燃料（SAF）混烧技术，进一步提升了油电混合系统补能效率。

3）氢动力

氢动力系统借助氢燃料电池的高功率密度和强环境适应性，使飞行器在续航时间、起飞质量上较常规动力得到极大提升 ，液氢能量密度达12 000Wh/kg，是锂电池的40倍，可应用于大型无人驾驶航空器，用于长时间侦查、线路巡检、航测、物流运输及火灾预警等恶劣场景 。中国商飞CR929配套的Type IV复合材料储罐 ，经NASA  Glenn研究中心泄漏模型验证 ，日蒸发率≤0. 3%（传统金属罐≥1. 2%），数据显示该储氢系统密度可达 5. 8wt%（70 MPa，-253 ℃），紧急泄压响应时间小于50 ms，具备较好的储能密度和稳定性。

4）太阳能

太阳能飞行器是以太阳辐射作为推进能源的飞行器，其动力系统由太阳能电池组、直流电动机、减速器、螺旋桨和控制装置组成 。西北工业大学团队针对太阳能飞机螺旋桨/机翼干扰下气动力计算分析，指出分布式螺旋桨滑流对太阳能无人机升阻比会产生不利影响 。

综上所述，纯电推进和氢动力具有较好的发展前景。纯电推进技术综合其成本与成熟度，是目前大多数eVTOL厂商采用的主流技术方案 。未来硅碳负极、全固态电池及锂硫/锂空气电池等前沿技术的突破，可显著提高eVTOL续航里程。氢能驱动能量密度优势显著，同时依托国家氢能战略具有长期发展前景，目前亟待解决的问题主要集中在氢电功率密度不足以及液氢基础设施瓶颈等方面，一旦突破该技术有望主导超长途和重型运输市场。

在无人系统的低空经济产业应用中，相关通信技术可有效保障低空网络覆盖、实时传输、组网互联。高空平台（HAP）通信技术虽面向平流层，但其信道模型对低空复杂环境的通信优化具有借鉴意义。针对HAP通信系统，国外学者提出基于非平稳三维几何的随机模型（GBSM） ，通过大容量多输入多输出（MIMO）空间和大带宽毫米波（mmWave）频段配置下的信道特性，揭示HAP和地 面终端的运动本质 。 开发适用于无人机（UAV）环境下空地通信的三维多输入多输出（MI⁃MO）信道模型为下一代无人机MIMO通信系统的性能评估提供了一种新的、实用的方法 。同时，5G技术以其显著的带宽提升和低延迟特性，为低空飞行器实现高速数据传输提供了强大支持，尤其在复杂和动态环境中，对于实时监控和控制尤为关键 。

中国正在进行低轨卫星（又称中国星网）的建设，在偏远地区或广域应用的环境中，卫星通信能够提供长时间、长距离的覆盖能力［33-34］，通过低地轨道（LEO）卫星实现上下行遥控/遥测数据稳定的信号连接，填补地面网络的盲区。

通信与导航深度融合已成为低空无人机自主导航的核心技术。通信的结合形成了一个互补的低空经济应用网络架构 ，如图5所示，5G提供高效通信服务，在偏远地区则通过卫星通信保障信号覆盖，这种灵活的网络组合确保了低空飞行器在各种环境中都能获得可靠的通信支持 ，进而有效提升低空网络的覆盖范围和通信质量 ，推动低空济的快速发展，以满足日益增长的市场需求。通过设计支持5GNR（n258 频段）与Ka波段卫星通信的可重构射频前端，采用GaN HEMT功率放大器（PAE=38%@28GHz）。银河航天实测数据 ，该架构使数据处理时延降低至23ms（基准系统：38 ms），误码率 <10⁻⁶。Tong 等 提出的联合北斗三号B2b信号与5G NR信号的紧组合定位算法，定位误差可达 0. 5 m。6G太赫兹频段与低轨卫星导航的深度融合将突破空天地一体化瓶颈 。

在高可靠性通信技术方面，Chintareddy 等 通过频谱感知和机器学习算法（如深度 Q 网络）实现动态频谱分配，提升频谱利用率。例如基于联邦学习的分布式频谱决策框架可降低跨频段干扰。在链路层安全增强领域，Khor等 对于有限的计算资源和数据容量的无人机网络提出基于Mavlink 协议保护无敏感信息的本地模型更新的完整性。

低空无人机的发展离不开完善的空域规划与管理机制，这是确保飞行器安全飞行及高效利用空域资源的关键所在，我国飞行器空域结构如图 6所示。FAA2023 年发布的纲领性文件，系统规划了城市空中交通（UAM）与先进空中交通（AAM）的协同框架，提出无人机与载人飞行器共享空域的优先级调度算法和安全标准 。Dolan等根据低空经济发展的需求，提出空域结构规划，包括航路网、飞行情报区、管制区等特殊空域的划分。合理规划各类空域的覆盖范围和使用规则，确保空域资源的有效利用和飞行安全。

余莎莎等 提出的空域动态管理理论指出，需考虑低空飞行器的飞行任务需求、天气条件等实际情况，以及飞行流量、飞行高度、飞行速度等参数，利用AI和机器学习算法进行实施冲突检测，路径规划，动态调整空域的使用权限和飞行路线。确保空域资源的高效利用和飞行安全。区块链技术，分布式账本技术用于飞行数据记录、身份认证和权限管理，确保无人机操作的可追溯性和安全性，防止数据篡改和非法操作。

NASA主导的下一代空管系统（NextGen）中，专门章节论述了低空空域数字化管理技术，包括无人机动态路径规划算法和高密度空域冲突预测模型 。推行基于UTMISS/UAM的数字化审批和动态监控，完善在线服务平台，支持用户自助提交飞行申请。

为增强低空无人机在0~300m飞行高度范围内应对低空气象条件突变、机械故障等多种安全风险的能力，需要对低空无人机感知飞行器周边态势能力进行针对性设计，结合新一代传感器技术及通信技术，可从以下方面提升低空无人机的安全监测与预警能力。

加强飞行安全管理：健全飞行安全监管体系，加强对低空飞行器的安全监管和风险评估，推动低空飞行器的适航审定和飞行人员资质管理，确保飞行安全。

构建低空飞行实时监测系统：利用先进的传感器和数据分析技术，实时监测飞行器的各项性能指标，如速度、高度、姿态等。通过数据分析，及时发现飞行器的异常状态，如发动机故障、燃油泄漏等，为维修人员提供及时的维修建议。

监测外部环境：利用气象雷达、卫星云图等技术手段，实时监测飞行路径上的气象条件，如风速、风向、降水等。同时，关注空域内的其他飞行活动，避免飞行冲突和碰撞事故的发生。近年来，数字地理围栏和 5G 通感一体技术，通过 GNSS 和GIS 技术设置虚拟围栏，限制无人机进入敏感地区，并根据需要，实时调整围栏范围。建立低空运行预警系统与应急处置机制：结合实时监测数据和历史飞行数据，建立预警模型，预测潜在的安全风险。

本文从产业规划与技术研发两个维度梳理了国内外低空经济领域的研究进展与发展方向，揭示了低空无人机在物流运输、应急救援等应用场景的战略价值，分析论证了构建双向技术转化体系对优化低空经济产业结构的必要性，总结了涵盖政策体系、空域管理和基础设施建设的系统性发展路径。技术层面聚焦无人机动力能源、5G-卫星融合通讯和空域智能管理三大战略性技术领域。研究表明，这些技术突破与产业升级存在显著协同效应，其产业化应用将推动低空经济从单一设备制造向"智能装备+数字服务"的产业体系演进，为构建现代化低空经济生态系统提供关键支撑。

1）未来动力技术突破将聚焦硅碳负极、全固态等电池技术迭代，推动纯电系统能量密度突破500Wh/kg；氢动力需攻克储氢密度提升与液氢基建设施瓶颈。动力系统的轻量化与高功率密度创新将成为产业升级关键，助推低空飞行器向长续航、大载荷方向演进。

2）通过5G卫星融合架构构建低空立体网络实现低时延传输，但偏远地区覆盖与动态干扰抑制仍存挑战。未来技术将整合星地协同组网与通感一体化基站。推进低轨卫星部署加速，构建全域无缝覆盖的智能通信网络，同时边缘计算与数字孪生技术将强化实时数据处理能力，为低空经济提供全天候通信保障。

3）低空空域管理与安全技术呈现两大融合趋势：第一，技术融合：AI、量子通信等技术与传统航空技术深度结合；其次，空域融合：无人机空域从“ 隔离使用 ”转向“ 共享协同 ”，形成立体化交通网络。