自中美贸易冲突以来，美国先后对芯片、半导体、航空发动机等我国产业发展升级的关键技术进行打压与限制，是我国无数的科技工作者不懈努力，创造一个个奇迹，让中国的高端产业走向了全链路自主可控发展之路。实干兴邦、科技强国，今天是5月30日，第九个全国科技工作者日，在这个特殊的日子里，向“矢志创新发展、建设科技强国”的广大科技工作者致以崇高的敬意！低空经济正以蓬勃之势重塑现代交通与产业格局，与人工智能并列为新质生产力，被视作未来经济增长的新蓝海。在无人机领域，我国占据全球领先的地位。然而，在看似广阔的发展前景背后，动力系统、自主导航等核心技术领域的瓶颈，如同隐形屏障，制约着低空经济的安全、健康发展。低空经济领域的技术创新已经进入了“无人区”，部分关键性核心技术或标准外国人也没有成熟，且成为低空经济安全、稳定发展的“拦路虎”，深入剖析这些技术现状、进展与挑战，并为进一步理清技术创新、场景应用和政策配套间的关系，对释放低空经济潜力意义重大。全文内容较长，内容也很干，请静下心来，为您细细梳理。一、动力系统动力系统是低空经济发展的关键，尤其是对于电动垂直起降飞行器（eVTOL）等新型低空航空器而言。在传统航空发动机方面，我国在低空产业的航空发动机技术上对外依存度较高。以民用直升机发动机为例，法国赛峰（Safran）占中国民用直升机发动机份额超50%，其次为美国普惠（Pratt & Whitney）、俄制克里莫夫（主要用于高原地区）。进口发动机最重要的制约之一是成本高，以法国赛峰AC352发动机为例，单价约$120万，占整机成本35%-40%，还面临着“卡脖子”的风险。由中航发自主研制的涡轴-9（WZ-9）、涡轴-10（WZ-10）以军用为主，民用改进版推进缓慢，远水不解近渴。因此，走传统航空发动机的道路，就如同汽车产业走燃油动力之路一样，要追赶并超越欧美国家，相当、十分艰难。而走电动汽车的创新之路，或许能够闯出一片新天地。新能源路线的飞行器，在国内有非常好的新能源汽车产业基础，动力系统的三电技术（电池、电机、电控）相对成熟，并可移接。（一）当前现状及瓶颈（1）电池：能量密度、循环寿命、充放电倍率均有待提升目前，电池技术的局限性严重制约着无人机、eVTOL的发展。下面以eVTOL为主进行分析。主流的锂离子电池能量密度仅在200-300Wh/kg之间，而eVTOL实现商业化运营所需的能量密度基本门槛为400Wh/kg甚至更高，航空燃油的能量密度则高达12000-13000Wh/kg，相比之下，锂离子电池在能量密度上差距悬殊。这导致在储存相同能量时，锂离子电池的重量远远大于航空燃油，极大地限制了eVTOL的载重和航程。同时，电池的循环寿命也是一大问题。对于频繁使用的eVTOL，电池循环寿命直接关系到运营成本。据估算，每天飞行8次的eVTOL在其20年使用寿命内，假设每包电池有1000个周期寿命，可能需要14次更换电池。如此高的更换频率，不仅增加了飞行器的停机时间，降低运营效率，还大幅提高了运营成本。此外，当前eVTOL的充电速度普遍较慢，一次完整充电可能需要数小时，这在繁忙运营时段，造成了极大的时间浪费和运营效率低下。根据航空咨询公司Leeham测算，eVTOL每次飞行成本中电池成本占比达32%。图1：eVTOL单次飞行成本构成电池问题不仅仅制约eVTOL的发展，同样也对无人机产生重大影响，比如某品牌吊运无人机，买无人机须附带多块备用电池、充电器，甚至柴油发动机，以解决电池续航时间短、补能不便的问题。电池不仅仅是能量密度、寿命问题，还涉及到充放电倍率、热失控管理等一系列问题，均对以电池为动力的飞行器的发展造成严重制约。下阶段电池技术发展的目标如下：图2：新能源飞行器的技术发展目标预测—《新能源飞行器发展白皮书(2024)》（2）电机：功率密度有待提升当前主流永磁同步电机功率密度约3-4kW/kg，而eVTOL需求≥5kW/kg（倾转旋翼机型需达8kW/kg）。例如，Joby S4的6台电机总功率450kW，总重达1.2吨，功率密度仅3.75kW/kg。电机在持续高负载（如垂直起降阶段）下，绕组温度可达180℃以上，现有绝缘材料（如云母带）耐温极限仅200℃，导致绝缘老化加速，容易产生热失控风险。要突破材料及冷却系统瓶颈，如高性能钕铁硼磁体（N52级）依赖进口，国产磁体磁能积低15%（N48级），且高温退磁率＞5%/℃；传统风冷无法满足高功率密度需求，液冷系统增加重量（如Beta Technologies液冷管路使电机增重18%）。功率密度低产生的直接影响有两点：一是限制eVTOL航程与有效载荷，仅能覆盖短途接驳场景；二是推高维护成本（电机更换费用占整机维护成本40%）。（二）最新成果及未来展望即使当前电动垂直直降飞行器、无人机面临的动力系统的问题，但按照低空经济的“先货后人、先农村后城市”的发展路径，科技人员创新地发展了氢能、油电混动、氢电混动等多种技术路线，目前也正在技术与商业探索阶段，并取得一定成效。不同技术路线各有千秋，本文不展开阐述，从未来发展看，有几个突破口：（1）固态电池：国内多家电池企业均在大力发展固态电池，如宁德时代计划2027年实现全固态电池小规模量产，其开发的凝聚态电池能量密度最高可达450Wh/kg，已进入航空级测试流程；国轩高科的全固态电池中试线实现贯通，中试样品的电芯能量密度达到350Wh/kg。（2）液氢燃料电池：液氢燃料电池具有高能量密度、零排放、无噪声等优点，以天目山实验室为代表的绿色航空科研团队正在逐步推动科研成果的商业化进程。（3）电机：中国航发J250ST001电机实现125kW功率密度（4.2kW/kg），重量＜30kg，通过耐高温陶瓷基复合材料（SiC）提升绕组耐温至250℃，技术指标达到国内领先水平，部分性能优于国际同类产品（如赛峰Arriel 2系列）。（4）航空发动机：在传统航空发动机领域，除中航发自主研制的涡轴-9（WZ-9）、涡轴-10（WZ-10）军改民推进外，东风汽车自主研发的马赫动力1.5TD高性能发动机，已于2025年4月顺利完成某型航空器的地面大功率联调试验，即将进入试飞阶段，这为未来低空飞行器动力解决方案奠定了技术基础。（三）存在挑战固态电池虽前景良好，但制造成本较高，制备工艺尚不完善，且固态电解质与电极材料的界面接触不良，导致界面阻抗高，影响电池性能。锂金属电池由于金属锂负极活性极强，安全性面临更大挑战，制备工艺也相对复杂，成本较高，限制了大规模应用。液氢燃料电池面临液氢制备、储存和运输成本高的问题，且加氢基础设施严重缺乏，目前加氢站数量远远少于加油站和充电桩，极大地限制了eVTOL的运营范围。对于东风汽车的航空发动机，后续试飞能否成功以及何时实现大规模应用仍存在不确定性。二、自主导航自主导航系统如同低空飞行器的“眼睛”和“大脑”，对其安全性和可靠性至关重要。（一）当前现状及瓶颈（1）复杂环境感知缺陷目前，在复杂环境下，自主导航面临诸多挑战。激光雷达在雨雾天气点云密度下降40-60%（能见度<100mm/h时），有效探测距离从150m降至50m。而视觉传感器在低光照（＜10lux）场景下，目标识别率从98%降至40%，在高温测试中，强光眩光导致特征点丢失率>50%，这使得飞行器在这些特定复杂环境中难以准确感知周围环境。（2）多机协同效率低下在多机协同场景中，传统RRT*算法百机编队路径规划延迟800ms，而动态避障要求≤200ms（IEEE无人机系统会议2024）。集中式控制架构下，100架无人机通信带宽需求>1Gbps，远超现有5G承载能力。同时，由于无人机机载算力普遍较低，如 Pixhawk6C仅2TOPS，难以支撑轻量化神经网络（如YOLOv8n参数量1.5M）的实时推理，影响无人机的临场自主发挥。（3）导航信号可靠性不足经深圳福田CBD实测，由于城市峡谷效应，北斗/GPS信号遮蔽率>40%，RTK定位失效概率25%。经北航惯性技术实验室测试数据来看，MEMS陀螺仪零偏稳定性>0.3°/h，1小时航时累积位置误差>100m，严重影响导航精度。（二）最新成果及未来展望（1）多传感器融合突破大疆发布Matrice 350 RTK，集成三激光雷达+双视觉+红外传感器，大大提升了环境感知能力，在城市峡谷定位精度达±0.2m，雨雾环境检测距离提升至150m。图3：传感器技术方案、代表产品及性能提升（2）智能算法创新清华大学研究团队提出Hybrid - SLAM算法，结合符号地图与神经网络，将算力需求降至1TOPS，动态障碍物检测延迟＜50ms。华为NeuroPilot模型压缩技术，YOLOv8n数量压缩70%（由1.5M降低至0.45M），精度损失<2%。浙大团队提出SwarmRL算法实现500架无人机编队，路径规划延迟<100ms（采用强化学习+分布式计算）。通过智能算法的创新，降低对无人机的算力要求。（3）新型导航技术中科大提出基于NV色心的量子陀螺仪，零偏稳定性<0.001°/h，目前处于实验室阶段。航天科工提出基于地磁匹配导航的GeoSense系统，在无卫星信号时，城市峡谷定位误差<5m。（三）存在挑战虽然取得了上述进展，但距离满足低空经济大规模、多样化应用的需求仍有差距。对于复杂环境下的传感器性能提升，还需要在硬件设计、材料研发等方面取得更大突破，以进一步提高传感器的抗干扰能力和环境适应性。在算法优化方面，如何在不同场景下实现更高效、更精准的路径规划和决策，仍然是一个亟待解决的问题。此外，如何将新的算法和技术更好地集成到现有的飞行器系统中，实现低成本、高可靠性的自主导航解决方案，也是面临的挑战之一。三、低空通信低空通信对于实现飞行器的远程控制、实时数据传输以及多机协同等功能不可或缺。（一）当前现状及瓶颈（1）网络覆盖结构性缺陷据工信部统计，全国仅45%的5G基站支持300m以上空域覆盖，山区1000m高度及以下的信号覆盖率仅28%。顺丰物流无人机实测，超视距飞行中断率，平原地区为12%，山区/海域35%。卫星通信也存在明显的短板，如下表所示：图4：卫星通信现状（2）频谱资源争夺白热化在频谱资源方面，1.4GHz-5.8GHz频段内，无人机通信与广播电视、卫星测控等14类业务存在频率重叠，据工信部统计，2024年干扰事件3176起，其中68%源于频谱重叠。传统静态频谱分配效率仅30%-40% ，在动态场景下（如应急救援）资源利用率更是骤降至15% ，频谱资源的碎片化严重影响了低空通信的质量和效率。（二）最新成果及未来展望中国移动在长三角部署5G-A通感一体基站，实现500m高度以下时延18ms、定位精度8cm 。华为推出低空频谱感知系统，基于强化学习实现频谱动态分配，效率提升至65% 。这些技术的应用在局部地区和特定场景下改善了低空通信状况。图5：通讯技术发展方向、代表性成果及性能指标（三）存在挑战要实现全国范围内低空通信的高质量覆盖，需要大规模的基站建设和网络优化，涉及高昂的成本和复杂的工程实施。例如：单个5G-A通感一体基站造价约48万元（含雷达模块），较普通基站高300%，若按全国低空网络全覆盖需新增12万座基站计算，总投资超576亿元。在频谱管理方面，虽然有了动态分配技术，但如何在全国范围内建立统一、高效的频谱管理机制，协调不同地区、不同业务之间的频谱需求，仍然面临诸多政策、技术和利益协调方面的挑战。此外，随着低空经济的发展，对通信带宽、实时性和可靠性的要求会不断提高，现有的通信技术和基础设施需要持续升级和创新才能满足未来需求。四、复合材料复合材料对于减轻飞行器重量、提高性能和燃油效率至关重要。对飞行器的每一点滴瘦身，均体现在运力增加上。（一）当前现状及瓶颈目前，我国在低空核心零部件及关键材料的研发能力、产能不足。例如：在碳纤维方面，T800级以上高强碳纤维90%依赖日本东丽（Toray T1100G）、美国赫氏（Hexcel IM10），国产T800级产能仅占全球8%，以中复神鹰、光威复材为主，合计年产量7000吨。在特种树脂方面，航空级环氧树脂（如Hexcel 8552）进口依存度超70%，耐高温聚酰亚胺（PI）树脂100%依赖索尔维、杜邦。不仅增加了成本，还限制了我国低空经济的自主创新能力和发展速度。（二）最新成果及未来展望国内一些企业和科研机构在复合材料研发上取得了一定成果，开发出了一些具有更高强度重量比的新型复合材料，在航空航天领域开始逐步应用。比如在碳纤维方面：图6：碳纤维材料创新情况在热塑性复合材料创新方面，南京聚隆PA6+碳纤维预浸带的冲击韧性>180kJ/m²，熔融成型周期<3分钟，应用于峰飞航空 V1500M eVTOL机翼，减重25%。（三）存在挑战虽然有了新的复合材料研发成果，但从实验室到大规模产业化应用还存在诸多障碍。一方面，新型复合材料的制备工艺复杂，成本较高，难以在市场上形成价格优势，限制了其大规模推广。另一方面，如何确保新型复合材料在不同环境和使用条件下的长期可靠性和稳定性，还需要大量的实验验证和技术改进。此外，在复合材料的回收和再利用方面，也缺乏成熟的技术和产业体系，不利于可持续发展。五、空域管理（一）当前现状及瓶颈空域管理是低空经济发展的重要保障，既是管理问题，也是技术问题。现有空域划设以100m垂直间隔分层，无法适配无人机（5 - 50m）、eVTOL（100 - 500m）等多高度层需求，重点区域空域利用率仅25% 。跨区域飞行审批平均耗时4.2小时，长三角地区高峰期等待超60分钟，严重影响了低空飞行的效率。在有人机与无人机混合交通管理方面，冲突检测依赖人工干预，缺乏有效的协同管理机制。在实时监测方面，ADS-B系统更新率仅1Hz，无人机捕捉能力速度<30m/s，难以捕捉无人机（速度＞50m/s）的动态，误报率达18%。传统雷达更新率为4Hz，RCS>0.1㎡，误报率达25%，而光电跟踪仅限于视距内。（二）最新成果及未来展望深圳启用SILAS 2.0系统，通过数字孪生实现空域资源动态切片，通行效率提升至45架次/小时。北斗三号短报文增强服务实现低空全域厘米级定位，更新率提升至10Hz，为更精准的空域管理提供了技术支持。图7：空域管控技术动向（三）存在挑战要在全国范围内推广高效的空域管理系统，需要建立统一的数字底座和协同管理平台，涉及不同地区、不同部门之间的利益协调和数据共享，实施难度较大。在技术方面，虽然有了数字孪生等先进技术，但如何进一步提高系统的实时性、可靠性和智能化水平，以应对日益复杂的低空飞行场景，仍然需要持续研发和创新。此外，随着低空经济的快速发展，对空域管理的灵活性和适应性提出了更高要求，现有的管理模式和技术手段需要不断优化和升级，并形成全国一张网（标准要统一，目前尚无标准）。六、安全监管（一）当前现状及瓶颈安全监管是低空经济健康发展的基石。从适航认证方面来看，目前，eVTOL适航审定周期平均36个月（传统通航飞机为24个月） ，电池热失控测试标准尚未统一（FAA与EASA存在差异） 。自动驾驶仪（如L3级）故障注入测试覆盖率＜70%，导致AI飞控系统缺陷发现滞后。在反制技术方面，传统电磁干扰对微型无人机（＜250g）有效距离＜300m，误击率＞15% 。据相关部门统计，2024年黑飞事件年增长率42%，达到12.7万起（含未造成后果的违规飞行），但低空安防系统渗透率仅28%（中小城市），安全监管手段和技术亟待加强。（二）最新成果及未来展望在适航认证方面，民航局发布《eVTOL适航管理暂行办法》，引入虚拟试飞（如腾讯空幻引擎仿真平台），认证周期压缩至24个月 。成都部署分布式相控阵雷达网，实现5km半径内0.05kg级无人机实时追踪，响应时间＜10秒。这些举措在一定程度上提升了安全监管能力。公安部联合华为研发并应用AI溯源反制系统，飞手身份识别准确率>95%，黑飞破案率显著提升。无人机电子围栏3.0：接入全国4500个敏感设施地理围栏，误触发率<0.1%。蜂群反制激光阵列：中国电科38所研发，单设备管控半径3km，处置时间<3秒。（三）存在挑战虽然有了新的适航管理办法和安全监管技术，但在实际执行过程中，如何确保标准的严格落实和技术的有效运行，仍然面临挑战。在适航认证方面，对于新兴技术和新型飞行器，需要不断完善认证标准和流程，以适应技术的快速发展。在反制技术方面，需要进一步提高技术的精准性和可靠性，扩大有效作用范围，降低误击率，同时加强对黑飞等违规行为的打击力度，提高低空安防系统的覆盖率和智能化水平。七、总结技术创新是推动低空经济发展的核心动力。只有不断突破动力系统、自主导航、低空通信、复合材料、空域管理和安全监管等关键技术的瓶颈，才能为低空经济的各类应用场景提供坚实的技术支撑。低空经济的征途是“无人区”，更是“创新区”。每一次电池能量密度的跃升、每一颗量子陀螺仪的精度突破、每一行代码对复杂环境的驯服，都烙印着科技工作者 “板凳甘坐十年冷”的坚守 与 “敢教日月换新天”的豪情。在第九个全国科技工作者日，我们致敬所有 “将论文写在云端” 的奋斗者：是你们让中国低空经济从“跟跑”到“并跑”，终将实现“领跑”！未来已来——唯创新者强，唯实干者胜！注：由于低空经济的专业跨度大，文中如有不足之处，请批评指正。