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電動垂直起降(eVTOL)用于醫(yī)療救援(世界主要醫(yī)療用無人機)

14年前,發(fā)生在汶川的地震牽動了全國人民的心,隨后國內的直升機產業(yè)受到重視,開始了高速發(fā)展。今天,eVTOL飛行器風頭正勁,這個行業(yè)已步入高速發(fā)展的階段。與傳統(tǒng)直升機不同,在eVTOL領域中,國內企業(yè)并不落后,因此開展eVTOL飛行器的應用場景建設是需要盡快進行的。其中,緊急醫(yī)療救援是eVTOL可以大力參與的領域,國內企業(yè)也應該盡快開展相關的調研工作。

電動垂直起降(eVTOL)飛行器具有很多優(yōu)勢,可以覆蓋多種應用場景。經過近年來的積極探索,這種飛行器已經從早期的技術演示驗證,發(fā)展到原型機研制及認證的過程中,該行業(yè)對其關注的重點也從早期單純的技術創(chuàng)新逐步擴展到供應鏈管理、產品試驗,以及運營場景設計等方面。

在eVTOL的各種運營場景中,相對常見的有城市客運、貨運、空中觀光、個人飛行器、緊急醫(yī)療救援等。這些在國內也是多年前通用航空領域的重要發(fā)展著力點,近年也有很多無人機企業(yè)參與部分細分領域的爭奪。因此,如果eVTOL飛行器能夠作為新生力量而順利突圍,可能將會是整個航空作業(yè)領域的變革。

當然,對于eVTOL的啟動市場,除了呼聲最高的城市客運或空中游覽以外,緊急醫(yī)療救援(EMS)也是可能性很高的一個領域。對于國內通航市場,由于在可預期的時間內將以公共服務等任務作為主要發(fā)展方向,因此緊急醫(yī)療救援反而是eVTOL更有可能首先得到應用的領域;而國際上也有多家開發(fā)eVTOL飛行器公司把目光瞄準了緊急醫(yī)療救援,希望與直升機形成互補甚至競爭的關系。

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eVTOL參與醫(yī)療救援的理論研究德國ADACLuftrettung目前是歐洲最大、最專業(yè)的空中救援組織之一,該公司曾在2020年公布了與多家eVTOL公司共同合作開展的一項研究結果,即eVTOL在緊急醫(yī)療服務領域的應用前景。
這份報告名為《救援服務中的多旋翼飛行器——在緊急醫(yī)護人員運輸中多旋翼飛行器潛力的可行性研究》(Multicopter in the Rescue Service——Feasibility Study On The Application Potential Of Multicopters As Emergency Doctor Shuttles),研究時間點為未來2~4年的技術能力。此項研究表明,eVTOL飛行器確實在改善醫(yī)療資源管理和降低響應時間方面具有潛力,特別是在農村地區(qū),但要充分實現(xiàn)這種新型運輸工具的優(yōu)點,則需要相對較大的飛行器,較小的、乘員只有兩人的eVTOL飛行器可能無法滿足EMS應用的實際需求。

ACDC主持研究的《救援服務中的多旋翼飛行器——在緊急醫(yī)護人員運輸中多旋翼飛行器潛力的可行性研究》報告。

報告指出,從傷病患者撥打電話到將他們送到醫(yī)院的總時間長短是核心要素,但所謂醫(yī)護人員首次抵達現(xiàn)場的“初始響應時間”也是病人得救的關鍵,因為醫(yī)生在抵達現(xiàn)場后才能進行有效的治療或呼叫進一步的救援。在德國,醫(yī)護人員在接警后抵達現(xiàn)場主要是利用地面車輛,在他們見到傷病人員后再根據病情需求決定是否呼叫直升機,只有在一些很極端的情況下,醫(yī)護人員才會直接乘坐直升機抵達現(xiàn)場。
而德國醫(yī)護人員的“初始響應時間”平均水平在過去20年里不斷延長,這主要是由于德國人口越來越集中,在大面積的人口稀少的鄉(xiāng)村車輛運輸不得不行駛更遠的距離。對此,如果采用eVTOL飛行器來替代部分車輛來運送醫(yī)護人員,則可以大大縮短醫(yī)護人員抵達現(xiàn)場的時間,或者在同樣的時間內抵達更遠的傷病現(xiàn)場。
因此,ADAC基于德國的情況所得出的結論是,使用eVTOL飛行器的目的不是完全取代現(xiàn)有的直升機或救護車,而是優(yōu)化整個救援系統(tǒng),通過在德國建設多達250個的eVTOL起飛點就可以覆蓋全境。

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多家公司希望進軍醫(yī)療救援領域很多eVTOL飛行器的研發(fā)公司都將EMS領域作為主要應用方向之一,他們對這項新技術如何更好的與現(xiàn)有解決方案掛鉤都有不同的觀點。
1.瑞士
瑞士的Dufour Aerospace公司希望其開發(fā)的Aero3飛行器可以進軍EMS市場,甚至還希望這款飛行器能夠在一定程度上取代H125、H145、貝爾407和貝爾429等在EMS領域應用廣泛的直升機。這在其Aero3飛行器的設計思想中就可以體現(xiàn)出來。
Dufour開發(fā)的Aero3是一款較大型的eVTOL飛行器,最大起飛重量達2800千克,其空間足夠容納8名乘客。飛行器采用傾轉旋翼設計和混合動力裝置,飛行速度350千米/小時,航程最遠達1100千米;而如果僅使用電池飛行時,其飛行速度降為225千米/小時,航程也降為250千米,仍是較為可觀的數(shù)字。
該飛行器采用300千瓦的渦輪發(fā)動機,但不需要減速器,這將使飛行器的運營成本將低至渦軸單發(fā)直升機的1/3、雙發(fā)直升機的1/10。EMS是Aero3最初就計劃進入的市場,在設計期間Dufour增加了Aero3的尺寸,希望與在EMS領域中更大的雙發(fā)渦軸直升機進行競爭。
Dufour公司的目標是在2025年底前這款飛行器可獲得認證。
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Dufour公司的Aero3飛行器
2.以色列
以色列的UrbanAero公司在eVTOL領域研發(fā)多年,早在2015年就開發(fā)了一款可飛行的全尺寸演示樣機。
此前,UrbanAero的子公司Tactical Robotics一直在開發(fā)用于軍隊傷員后送任務的無人機,現(xiàn)在相關技術可以用于改進CityHawk,以希望該飛行器可以進軍EMS領域。
目前UrbanAero公司正在籌集資金開發(fā)氫燃料電池驅動的CityHawk飛行器,同時也在開發(fā)CityHawk飛行器的渦軸動力版本。CityHawk是一款有人駕駛的4座eVTOL飛行器,長度為7.7米,寬度為2.5米,最大起飛重量為1930千克,設計航程為150千米,巡航速度240千米/小時。如果采用氫燃料電池,飛行器將裝有兩個700kW的燃料電池為兩臺電機提供動力。
當然,可能在近期投入使用的CityHawk是渦軸動力版本,2021年UrbanAero宣布獲得EMS運營商HatzolahAir公司訂購的4架采用渦軸版CityHawks,未來用于在紐約執(zhí)行EMS任務。UrbanAero目標是在2024年試飛第一批原型機,渦軸版的CityHawk將按FAR27部認證,目標是在2026年取證,氫燃料電池版本將在2030年取證。
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UrbanAero的CityHawk飛行器
3.澳大利亞
澳大利亞創(chuàng)初創(chuàng)公司AMSL Aero開發(fā)了一種名為Vertiia的eVTOL飛行器,澳大利亞航空醫(yī)療公司CareFlight作為其合作伙伴之一,這可以看出該飛行器將EMS作為主要應用領域之一。Vertiia的飛行速度可達300千米/小時的速度,采用純電動力時航程為250千米,而未來在使用氫燃料系統(tǒng)時,航程可達800千米。
CareFlight公司表示到2023年將Vertiia用作空中醫(yī)療轉運飛行器,旨在為沒有任何簡易機場的偏遠地區(qū)提供便捷、低成本的交通方式。Vertiia已經處于原型機建造階段,目前正在AMSL公司的機場制造,不久后就將開始試飛。
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AMSL Aero公司的Vertiia飛行器

4.意大利
Avionord是一家航空醫(yī)療救援領域的意大利公司,目前該公司正在與Manta Aircraft公司合作開發(fā)可用于EMS領域的混合動力eVTOL飛行器。
兩家公司的合作將使Manta可生產多達15架飛行器用于醫(yī)療服務,預計將于2026年開始交付。這款飛行器名為ANN2,其目標航程為600千米,巡航速度為300千米/小時,將在2023年開始認證工作。Avionord公司的CEO表示,如果這款混合動力eVTOL飛行器的性能達標,那么它就能快速將醫(yī)療設備、病人,甚至要移殖的人體器官轉運到所需的地方。
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Manta公司的ANN2飛行器
5.中國
相比于國外的企業(yè),國內企業(yè)在eVTOL方面也有相應的研究。例如在2021年珠海航展期間,航空工業(yè)通飛就展示了名為AG-EX的eVTOL飛行器物理樣機。AG-EX將用于未來城市內和近距離城市間的空中飛行,適用于城市通勤、短途物流、應急消防、醫(yī)療救援等場景。
AG-EX設計載客為4~5人,最大航程200千米,采用傾轉翼設計,機翼設計有12臺電機驅動的分布式風扇,可以實現(xiàn)短距和垂直起降。據了解,航空工業(yè)通飛在2020年5月啟動eVTOL飛行器技術項目研究,在2021年已完成1/6縮比模型首飛,并制造了全尺寸物理樣機,計劃將在近年完成整機裝配調試并交付。
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在珠海航展上展出的AG-EX飛行器的物理樣機

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eVTOL飛行器所面對的挑戰(zhàn)結合上述ADAC的報告和多家公司的飛行器性能指標,可以看出EMS領域對于eVTOL飛行器本身的性能要求還是很高的。例如ADAC的報告認為飛行器的速度要達到150~180千米/小時,航程至少要達到150千米,而且要保證足夠的載荷(飛行員+病人+醫(yī)護人員+必要設備)和可用性,飛行器也必須能夠在惡劣天氣下24小時運行;而上述公司為EMS領域開發(fā)的eVTOL飛行器也均為較大的規(guī)格,甚至需要采用基于渦軸發(fā)動機的混合動力系統(tǒng),以滿足對性能的需求。
對于純電動的飛行器而言,電池充電時間相比于補充燃料來說更長,表面上并不適合EMS領域需要的快速響應能力,但實際上這種飛行器并不是設計成在0~100%的電量范圍內運行,而是在運行中其電量保持在60%~80%之間。這樣有利于保障飛行安全、減少電池的損耗,同時新型電池在完成20%的充電區(qū)間只需要5分鐘左右,因此也可實現(xiàn)快速響應。
在成本方面,雖然飛行器的成本遠高于救護車,但考慮到縮短響應時間或擴大響應區(qū)域,這在社會收益方面的提升將是顯著的,而且eVTOL飛行器的成本仍遠遠低于傳統(tǒng)直升機。
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與直升機相比,eVTOL飛行器使用上更為靈活,可以大大擴展航空醫(yī)療救援的范圍

當然,由于eVTOL飛行器是新事物,因此很多流程和設備都需要重新設計和優(yōu)化,例如醫(yī)生在搭乘飛行器時可能會更快抵達傷病現(xiàn)場,因此相對于救護車,飛行器上就可以減少一些急救設備。而在技術因素以外,相比于直升機eVTOL飛行器在監(jiān)管規(guī)則、市場運營、基礎設施建設、甚至公眾接受程度等方面都存在全新的挑戰(zhàn)。
因此,至少在近期內,在一些諸如要將病人送至更遠的醫(yī)院的任務仍需傳統(tǒng)直升機來執(zhí)行,而eVTOL飛行器將與救護車和直升機為基礎的現(xiàn)有體系形成互補而非競爭。

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