与UAM的开发和实现直接或间接相关的技术众多，其中一些已存在于航空和无人机系统（UAS）领域，但仍需调整和等待成熟，以满足UAM的需求。此前对UAM的审查已列出了需要考虑的项目。如前所述，UBER公司在其Elevate文件中指出，电池、交通工具设计和性能，以及空中交通管制是需要评估的关键性高层次技术。文件还提到了与前几项相关的其他项目，即噪音和排放、效率、可靠性和安全性。AIRBUS在其文件“天空蓝图”中指出，自动化、通信和空中交通管制（ATC）是UAM实施进展的关键因素。BOEING在《未来交通白皮书》也将ATC、通信、自主交通工具和交通工具性能确定为关键议题。德国航空航天中心（DLR）则专注于U-Space和空中交通管制问题。KELLERMANN等对有关UAS（Drones）的出版物进行了广泛的回顾，重点聚焦货运和客运。COURTIN等对使能技术进行了总结，提到了短距起飞和着陆（shorttake-offandlanding,STOL）能力、分布式电力推进、电动马达、飞行控制、扬升（机翼空气动力学）和电池。

一、技术元素

1、交通工具配置和VTOL飞行器

垂直起降飞行器应该是UAM服务中最为相关的一种载运工具。直升机可被视为垂直起降飞行器的前身，虽然配置不同，但也具备垂直起降（VTOL）的能力。CAPRI等分析了应急救援直升机的起降机场网络，详细阐述了垂直起降飞行器以及垂直起降机场的设计要求。COURTIN等所提的STOL飞行器也是一种选择，他们提出了一种权衡设计，以权衡跑道长度和交通工具性能。由于分布式推进器的空气动力学效应与STOL能力相关，因此在设计STOL和VTOL飞行器时都需要将其纳入考虑。PRA-DEEP等和KLEINBEKMAN等提出了关于VTOL飞行器的到达运营的概念。两篇论文都讨论了多旋翼VTOL飞行器的几种到达策略的能源效率问题。POLACZYK等对电动垂直起降（eVTOL）交通工具的当前技术和发展进行了总结，列出了已公布的飞行器性能数据，同时描述了未来的挑战。由于提及的很多飞行器正在开发中，因此性能和特性列表并不完整。不同的推进系统在电动飞行器中得到了展现，BRELJE等深入回顾了电池和推进技术，及其对交通工具设计的影响。REN等讨论了UAS的分类，并将任务目的作为一个关键参数。GUPTAS等专注于UAS的军事应用。

2、推进系统

推进技术是获得更安全、更可靠的VTOL飞行器的推动力，与电动交通工具的设计有着紧密而直接的联系。SHAMIYEH等回顾了私人飞行器（per-sonalairvehicle）的概念及其新的推进系统，特别关注了VTOL和个人航空运输系统（PATS）交通工具。SHAMIYEH等进一步扩展了之前所提出的设计 概念，并阐述了分布式电力推进与VTOL飞行器新设计之间的关系KIM等提出了电力推进的概念，描述了对传统以及VTOL飞行器设计的优劣影响。HENDRICKS等提出了一个推进分析工具，旨在 设计适用于UAM飞行器的推进系统，特别是VTOL飞行器。NASA聚焦特定的倾转旋翼飞行器，分析了螺旋桨的设计、电气设置和若干电机和冷却系统的连接，以及热管理系统的燃气涡轮机的热力学分析。COURTIN等对电动STOL飞行器的分析确定了 飞行器在起飞和着陆能力方面的性能。

电力推进需要高效的电池，其他可替代能源表现并不佳，未来氢气航空燃料可能是一个选项。在任何情况下，由于噪音和排放，再加上社会影响，导致电源永远处于人们关注的中心。FREDERICKS等描述了飞行器性能与电动电池规格之间的关系，尽管这项技术在不断进步，但依旧路途漫漫，有待进一步发展。BRELJE等确定了电力电池和电力推进系 统之间的关系。替代燃料是现今航空领域的一个热门研究课题。YIIMAZ等描述了替代燃料的类型，乔金硕等和BRAUN-UNKHOFF等分析了可生产替代燃料的原料生物质（biomass）。考虑到电池技术将足够成熟应用到第一批飞行器，因此UAM设计并未将上述燃料纳入考虑。噪音和排放是这类燃料的主要缺点，因此在评估时并未真正虑及。此外，对于大型交通工具而言，在电力或氢气无法使用后，替代燃料可能将成为早期采用的解决方案。

3、自主技术

地面自主交通工具已经达到完全示范水平，并已投放市场。关于自主交通工具的研究，PAVONE等讨论了自主小车的引入对整体交通的影响，他描述了无人驾驶和自主交通工具的重要性和影响，还介绍并评估了自动驾驶的一般相关性。GREENNLATT等展示了自主交通工具和ODM的优势及经济影响，以及二者的结合（即ODM使用自主交通工具）对环境的影响。BIMBRAW等对自主交通工具的最新技术和未来趋势进行了全面分析。FAGNANT等描述了该技术可能面临的一些实施障碍。尽管侧重于地面交通，但同样的障碍也可推导至飞行器。与自主飞行器相关的关键技术之一是控制算法，它不仅能实现自主飞行，还能为编队飞行或检测和规避操作提供自主指导。GROCHOLSKY等介绍了去中心式的控制算法，该算法有助于大批量设备和/或交通工具的管理。BALACHANDRAN等开展了超视距（BVLOS）飞行算法的研究，以无人机系统为目标，涵盖了地理围栏、障碍物规避与其他交通工具的碰撞等概念，并尝试将上述概念扩展至客运UAM应用。CHIARAMONT等介绍了编队动力学和控制策略，着重于3种不同类型的编队：领队——僚机、虚拟领队和行为方法。类似于或启发于编队飞行的拥挤城市空域策略，则能够提高安全性并减少空域拥堵。另一项相关技术则与感知/探测与避碰有关，其主要关注安全性，PRATS等对该项技术进行了回顾。

4、通信与导航技术

UAS的实施将为UAM客运带来实质性的问题。通信系统对于无人机的编队飞行尤其重要。协调和共享多种类型数据的需要，加上大量的空域用户，最终形成巨大的宽带需求。众所周知，5G是解决方案之一，其研究涵盖了多种主题：从航空用5G信号的适配，到航空通信5G网络的安全性。有趣的是，在处理5G和UAS时，要强调一种特殊的情况，这种情况可以扩展至UAM飞行器。研究人员指出，UAS和UAM不仅将成为空域用户，还将充当通信中继。使用相同的交通工具作为中继，有助于减弱建筑物的阴影效应。尽管由于其独特的通信要求和信道特性，5G及无线系统以外的无人机通信仍面临大量挑战，但毫无疑问，5G技术已经蓄势待发。

5、空域管理

UAM的实施意味着空域容量的增加。THIPPH-AVONG等准确定义了新场景，以及空域使用的 演变。低空UAS的开放将带来巨大的需求,空中交通管理（ATM）的现有工具和程序将无法应对这种增长，因此各国航空当局（联邦航空局（FAA）、欧洲管制组织、中国民航局（CAAC）等）都在试图定义UTM和U-Space概念。VASCIK等在ATM系统层面进 行了分析，同时考虑了UAM实施的其他相关方面。正在进行的研究还包括自主UAM网络管理和分离服务、出发和到达调度、分离的连续轨迹管理、与传统业务的无缝整合、UTM与机载轨迹管理（ABTM）的扩展、角速度管理、可变分离，同时还包括 短期活动，例如如何改造直升机航线以供UAM使用。在美国和欧洲，引领UAM的实施研究的两项 计划为NASA和EC所资助。最先进的项目位于美国，即所谓的未来空中交通（AAM）长途旅行。AAM的主要支柱之一是自动化，它对ATM产生直接影响,例如欧洲涉及低空空域自主设备整合的CORUS项目。

二、城市基础设施

将涉及UAM运营的主要基础设施元素融入现有城市结构可谓是最大的挑战之一。在这方面，需要考虑起飞和着陆区（TOLA）的定位和尺寸——垂直起飞和着陆（VTOL）的地面空间，以及UAM陆地基础设施与现有交通系统的一致性。对于TOLA的定义，在文献中常见vertistop和vertiport等术语。NASA在《High-DensityAutomatedVertiportConOps》（高密度自动化垂直起降机场运营理念）一文中提出未来智慧机场包括了3种形态：以停放与维护飞行器为主的垂直起降停机库（Vertihub），以起降运营飞行器为主的垂直起降机场（Vertiport），以及短时驻停飞行器为主的垂直起降航路站点（Vertistop）。Uber公司的Elevate项目提出了“MegaSkyport”(空港)的未来城市设计想法，他们建议Vertiport的位置要跨过现有的道路。这些新的空港被设计成拥有大量面积，但在地面上的占地面积很小，因而普遍配置了164。592m高的桥梁设计。Uber的空港空间作为一个“社区连接”，定位在城市中心。德国公司Volocopter提出了对场地空间要求更小的Voloport。Volocopter认为Ver-tiport需要尽可能小地减少地面设施的建设难度，尽可能利用现有楼宇顶层，配合现有的智能电网改造进程，预留出自动充电系统与换乘通道，打造更加亲民的Vertiport模式。关于垂直升降机机场安置问题的研究可参见文献[13,59,66−69]。

目前，用于eVTOL飞机垂直升降机机场的发展仅表现为孤立案例（达拉斯行政机场，2021）或概念设计模型。建设新基础设施的关键在于空间的可用性，具有高吸引力的场所往往位于城市区域中央，可能面临空间不足的问题。此外，最关键的问题依旧是安全，因为需要在城市区域中央进行运营。除了新基础设施要素外，建筑物的屋顶、浮动的驳船和码头、高速公路空地以及现有土地基础设施的顶部，均被视为垂直起降作业的潜在场地。当前的直升机停机坪和直升机场也有可能成为未来垂直机场网络的一部分。

三、社会公众接受度

UAM的一个重要方面在于其对人与环境的影响。安全、噪音、排放、隐私、土地使用和视觉干扰等都是UAM服务最重要的社会与环境问题，涉及到社区并严重影响到接受度。根据EASA关于欧洲社会对UAM接受度的最新广泛调查，安全、噪音和安全是最关注的问题之一。毋庸置疑，安全是要UAM实现的首要目标。在低空空域和高密度地区的空中作业，使得安全问题成为最重要的问题。自动驾驶，以及ATM和通信等技术将为城市环境提供更高的安全水平。噪音的产生是UAM发展的一个突出限制，当UAM实现全面运行时，这一问题可能尤为突出。ANTCLIFF等与EIßFELDT等都强调了噪声作 为最相关的UAM外部因素之一的重要性，而其中一些人还提出了减少噪声的建议和程序。到目前为止，只有少数研究评估了VTOL飞机的环境可持续性，大多是将其外部影响与乘用车进行比较。可以 预见，使用新能源（如电动、氢气和太阳能）作为动力，将可能成为确保城市航空零排放和超静音设计的有力保障。除上述因素外，社会公平和将UAM扩展为大众服务的机会则取决于UAM服务的合理价格。如果这项服务被视为精英服务，那么提高公众接受度并实现与其他交通方式的真正竞争将成为一项重大挑战。CHEN等指出能左右出行方式选择的3类重要因素：社会人口、建筑环境（如密度、多样性、设计和距离衰减效应）和出行相关因素（如出行目的、出行时间和成本，或可靠性）。

因此，与UAM相关的接受度和态度研究，有望随着其服务的进一步发展而得到更多探索。预计UAM的接受度取决于大量不同性质的因素（即社会人口学、心理学、产品和技术相关的因素等）影响，但也受许多其他新兴或改进的现有交通服务（如共享交通服务、出行即服务概念、自主交通工具、高速列车等）演变的影响。

四、政策因素

与其他颠覆性技术一样，UAM在安全和隐私方面引起了新的关注，这对现有的监管框架提出了更高的要求，涉及从适航性、运营商认证到基础设施标准等方面。SERRAO等对影响UAM的法规和认证标准进行了全面概述，涉及英国、爱尔兰、新西兰和加拿大等国家，并重点介绍了发布UAS和UAM实施条例的美国。美国联邦航空管理局（FAA）、欧洲航空安全局（EASA）和中国民用航空局（CAAC）均为全球航空安全的参考机构，负责建立UAM不同方面的法规，以建立并增强公众对新解决方案的信心。VTOL飞机和相关的地面基础设施与目前的飞机技术和地面解决方案有一些相似之处，特别是直升机和直升机场，这意味着现有的很大一部分法规和标准适用于垂直升降机机场的基础设施。尽管如此，仍需针对VTOL飞机的独特特征（推进手段和计划的自主程度方面）紧急制定准则或更严格的认证。除了对自主和共享交通工具的期望外，对空域结构的监管和组织也至关重要。新法规不仅需要确保在低空和不同密度空域中的运行，还需要确保与有人驾驶的航空、空中交通管理（ATM）和空中导航服务提供商（ANSP）的对接。CORUS项目作为在SESAR2020第一波计划的背景下建立的探索性研究项目，可作为现有的一个典型案例。该项目旨在建立并明确描述欧洲层面上无人机在非管制空域（U-space）以及管制或保护空域（如机场）内和周围的运营概念。

我国也在进行类似的工作。目前的监管框架包括《民用航空法》、《ATM条例》（飞行通则）、《中国民用航空局通用航空规则ATM条例》（CCAR）等。2015年，民航局发布了《轻型和小型无人机运行暂行规定》（UAS运行规定），对无人机系统（UAS）的运行作出了一系列要求，包括最大空重116kg或以下，或最大起飞总重150kg或以下，以及修正空速不超过100km/h。质量为1。5kg或以下的无人机系统通常无需遵守该规则。

总体而言，所有当局仍然对拥挤或城市地区的飞越有所限制，尽管随着技术的进一步发展，这一情况预计会有所改变。目前主要关注的是货运无人机系统的运营，尚未考虑客运。而在处理客运问题时，为了满足高水平的安全要求，一些适用于无人机的现有或未来的规则可能会更加严格。

世界各地已经成功开发了许多基于直升机的出租车应用，其中欧洲和美国是主要市场。这些应用是最近出现的按需服务（on-demandservice）交通概念的前身。AirbusVoom在世界最拥挤的大都市地区（圣保罗、墨西哥城和旧金山）提供了首个上市的直升机预订平台，随后推出的UBERCopter则利用其便捷的3段式旅程，实现了下曼哈顿与肯尼迪国际机场的连接。现有直升机公司的商业模式包括结合按需服务与传统交通模式（即出租车），以提供无缝、可靠和个性化（即适合用途）的交通服务。如此一来，按需直升机服务将为价格相对缺乏弹性的商务旅行者提供一种可行的选择，此类乘客寻求一种能够代替拥挤道路交通的便捷替代品，而且他们愿意为这种服务支付更多费用。VASCIK将ODM运输服务确定为一种可行的商业模式，该模式从当前仍然存在的几个成功地面ODM商业模式转化为航空社区的商业模式。例如，UBER引入了共享出行的概念，为乘客提供了共享航班的可能性，从而节省了乘坐成本。在客户界面方面，客户通常使用智能手机上的应用程序预订行程、指定接机地点、座位数量和首选行程。

尽管空中出租车直升机服务的价值毋庸置疑，但这种商业模式的可持续性仍然存在疑问。主要缺点在于端到端旅程节省的总时间可能并不符合客户的期望，从而促使其选择其他交通方式。RAJENDER-AN调查了2000年代末在美国各地运营的不同空 中出租车初创公司的运营特点和成本结构，这些公司使用的是现有的飞机技术（即单引擎活塞飞机、双涡轮风扇飞机等）。这些飞机类型的低负载率、低利用率、高燃料/能源成本和高总运营成本构成了可持续发展的主要障碍。这些问题可通过部署电力推进器作为颠覆性技术手段加以克服。鉴于最近 完全eVTOL飞行器领域的发展，空中出租车服务可以在未来提供更快、更可靠的运输方式，从根本上改变约束当前飞机设计和运营概念的桎梏和目标功能。

尽管仍存在诸多遏制UAM成功实施的挑战和多学科限制，但UAM在改变市场规则方面具有巨大潜力。虽然技术推动因素已经存在，但仍须对社会接受度、成本以及其他缺点进行仔细分析并妥善解决。除了社会接受度和技术障碍外，还存在若干其他质疑该概念可行性的重要问题。其中最重要的问题涉及环境可持续性、监管限制、保险和责任任命、运营安全、可负担性，以及移动和城市化模式的变化。此外，在城市交通活动和多式联运战略的背景下，还应该思考UAM新兴交通方式与其他现有交通选择方式的特定或完整的整合程度。凭借其创新的商业模式，UAM可能将成为高速交通和用户导向服务的合适解决方案。

虽然目前全世界范围内正在试飞或试运营的飞行汽车大多不具备地面侧功能，当前的技术与应用场景更优先支持飞行汽车的空中飞行功能属性、突出飞行模式优势。但随着汽车和航空电气化、智能化技术的跨界渗透与融合发展，智能交通设施的不断发展与完善，未来飞行汽车的地面行驶属性将得到实现和强化。未来空地载人飞行汽车将逐渐由封闭或半封闭的应用场景过渡到城市的开放场景中，完全实现空中载客运输的智能驾驶以及城市开放道路下的自主起降，逐步与地面道路交通形成互补和联动，形成空地一体的新型城市综合交通体系。