日前，旋翼飞行器制造业创新中心公众号发布的一条题为《探索氢能航空新路径｜大载重氢动力多旋翼无人机完成典型状态试飞验证》 的新闻悄悄在电动航空行业里荡起一圈涟漪：一架总重400公斤的氢动力多旋翼，载荷100公斤，设计航时1小时，完成了典型状态试飞。
圈外人看了这条新闻可能就划过去了，但电动航空的圈内人看了，很多人会瞪大了眼睛，再看一遍。为什么呢？
首先，发新闻的这家机构“旋翼飞行器制造业创新中心”不是一个平凡的机构，它是旋翼类飞行器国字号里主力军——中国直升机所牵头创办的国家级创新中心。根据该机构官网信息，这个创新中心由中国直升机设计研究所牵头，联合了包括北京航空航天大学、西北工业大学、南京航空航天大学、航空工业昌飞、航空工业哈飞等在内的150余家高校、科研院所及企业，共同组成“新能源垂直起降飞行器创新共同体”。它发布的这条新闻，代表了作为一家最专业的旋翼类飞行器机构所关注和研究的方向。
其次，这家机构为什么研究氢电呢？看看文章开头那几个简单的数字就是答案。在电动多旋翼飞行器里，同等体量的大载重多旋翼工业机，一般满载才飞行12分钟；同等体量的某型号载人多旋翼，载人实际飞行时间大约15分钟。而国家队的研究院所出手果真不凡，换上氢电，载100公斤直接干到了1小时！
虽然这架飞机目前不是载人，只是科研或运载用途，但令业内人士震惊的是，大载重和长航时竟能同时实现，而这正是氢电！
了解这个行业的人知道，今天如日中天发展的eVTOL公司，好多估值已经上了几十亿、上百亿，但航时也不过就是1小时。他们的发展历程应该从2003年NASA引入“个人飞行器”（PAV, Personal Air Vehicle）这个概念说起，eVTOL可以算是PAV的第二代。
Personal Air Vehicle (PAV) 这个术语最早由美国国家航空航天局（NASA）在2003年正式提出并使用。当时，NASA在其“飞行器系统计划”下设立了个人空中交通工具部门项目，旨在系统地研究未来按需航空服务的可能性。这个概念的提出者是NASA兰利研究中心的Mark D. Moore。他在2003年的一篇技术论文中，明确阐述了PAV应具备的五大核心特征：
2007年NASA主导的“个人空中交通工具挑战赛”和2011年的“绿色飞行挑战赛”（Green Flight Challenge），直接推动了高效电动飞行的探索。锂电池技术的进步，助力了最初一波以锂电多旋翼为主的飞行器的出现。
然而，锂电池能量密度的局限，使得那个时代的载人多旋翼大多只能飞行短短的十几分钟，大大限制了这类飞行器的发展。后来，为了追求更长的航时，先从工业巡检无人机中演化出了复合翼构型的eVTOL，也就是一个多旋翼加一个固定翼融合在一起的新型飞机。之后这种飞机又演化出了倾转旋翼、倾转翼等多种近似构型。然而，在工业巡检无人机中行得通的“多旋翼+固定翼”模式，在载人、载物情况下未必是个好的设计。一般吨级的多旋翼和载人固定翼，各自的载荷比都在1/3左右，而把两者融合在一起之后，虽然有一些结构件共用的省重措施，但多旋翼中较重的电机等部件无法节省，两种飞机都相当于不但要解决人这个载荷的问题，还要背负能载人的一架固定翼（或多旋翼）上天，有效载荷比被生生降到了1/9左右。或者说，为了解决载两三个人的问题，eVTOL一般比同载荷能力的固定翼或多旋翼都要大出2-3倍——无论重量、耗能还是成本都大了2-3倍。此前PAV要求的易用性、高效性、优异的起降性能可能都不复存在了，翼展动不动就要干到十几米，重量动不动干到2-3吨，一般场地根本无法起降，只有专用场地才可以。
以下这组对比数据，可以直观地看到这一代价有多大：
注：固定翼数据参考自万丰钻石飞机公开规格；eVTOL数据基于行业多份公开技术报告及典型3座级设计方案估算，不同构型间存在差异。表格旨在说明：eVTOL为兼顾垂直起降，在尺寸、重量、能耗上均显著放大，相较传统固定翼牺牲了大部分经济性。
电动航空行业里讳莫如深的另一个秘密是，锂电池作为单一飞行动力，还有一些与航空要求的可靠性难以克服的缺点。众所周知，锂电池其实是一个靠可逆化学反应来发电的储能装置。化学反应的速率受反应物浓度和温度的影响——反应物浓度越低、温度越低，反应速率越慢。翻译过来，锂电池的功率表现就是这个电化学反应的速率，在低SOC时，锂电池相当于用于发电的反应物浓度降低，输出功率的能力也跟着降低；如果再遇上低温，到底能输出多少功率有很大的不确定性。某些型号的锂电大载重无人机炸机频发，主要就是由锂电池闯的祸。除此之外，锂电池低SOC时输出电压降低10-15%，同功率下电流相应增大10-15%，各部件发热增加20%以上，进一步造成电池隐患和电调电机过热的隐患。从长远看，这一基础性化学问题几乎无法从根本上解决，在载人、载物的应用上，锂电作为单一航空动力的可靠性，可能会面临严峻挑战。
细数了这些电动航空的细节，不难理解为什么该创新中心会把精力聚焦到氢动力上。氢电虽然也叫电池，但实际上是个电化学发电机。氢气不靠可逆反应放出，而是直接从高压储氢瓶中释放出来，最后一克氢的功率都不会衰减，电压平台也稳定，完全没有锂电低SOC下的可靠性风险。在当下高压储氢技术下，航空用氢瓶已高达1200 Wh/kg的能量密度，即便加上氢电池，在当前多旋翼上能量密度也高于锂电池3倍以上。所以，它是长航时和可靠性的结合，难怪国字号领军院所会向这个方向探索。氢电系统的另一个特点是，功率与能量是两个分开的系统在提供——越是飞行效率高的飞行器，越节省功率部分的重量，提供给能量系统的重量预算就越多，航时优势便更加明显。
那么，大家自然而然会去探寻：谁是这架飞机的氢动力的提供商呢？其实，顺着往日的新闻线索不难发现，他们主导过的XR-20、MR-20、MR-40、AR-E300A等氢动力无人机，一直都在和一家公司长期合作——浙江氢航科技有限公司。这次M-400里的氢动力，正是氢航科技采用其SMART FC技术的60 kW风冷氢燃料电池阵列。但在报道里，这家公司十分低调，不事声张，默默陪跑助力国字号一系列重大研发项目多年。搜索一下该公司历史也不难发现，原来隐藏在大疆生态圈的首家氢动力企业也是他；奥地利钻石飞机、上飞零号车间、中航通飞等知名企业的第一架氢动力验证机，也都是采用该公司的动力系统。该公司把大疆FC100改装氢电后，已经拿到大疆的PSDK量产认证，最新型号已能够带载50公斤飞行40分钟或带载40公斤飞行1小时以上。
所以，这一条静悄悄的公众号文章，信息量极大。在未来的PAV发展道路上，可以想见，旋翼构型的新型飞行器是否将要携手先进的氢电，掀起又一次构型和动力的创新？大载重无人机是否因此变得更加轻小、易用、低成本？在国外，eVTOL的全球领军企业Joby早已收购了氢电企业H2FLY并成功试飞了其液氢版eVTOL。PAV 3.0时代是否将要被氢电揭开新的序幕？电动载人飞机这个行业里，一声春雷，正唤醒新花万朵。
本文部分参考来源于“旋翼飞行器制造业创新中心”公众号，并在此基础上进行独立分析与补充。
