引言：低空经济的安全基石
近年来，以无人机（UAV）和城市空中交通（UAM）为代表的低空经济核心组成部分正经历快速发展。UAV凭借其灵活性和多功能性，在军事、物流、农业等领域广泛应用；而UAM，特别是以电动垂直起降飞行器（eVTOL）为主要载具的新型交通模式，被视为解决城市交通拥堵的革命性方案。低空经济蕴含巨大发展潜力，我国已将其纳入国家战略层面推动。
然而，无论是UAV的广泛应用，还是UAM的商业运营，其规模化发展都高度依赖于核心要素——安全。安全是UAV和UAM的生命线，是公众接受的前提，更是行业健康发展的基石。构建全面、系统、高效的安全保障体系至关重要。本研究旨在深入分析UAV与UAM的安全保障体系，梳理核心风险与挑战，探讨关键技术、管理运营手段及法规标准，为我国低空经济的安全、健康、可持续发展提供参考。
UAV与UAM概述
无人机 (UAV)：天空之眼的演进与应用
定义：无人机（UAV）指不搭载操作人员，利用无线电遥控设备和自备程序控制装置操纵，或自主操作的航空器。
发展与现状：UAV概念源于一战，最初用于军事训练。21世纪以来，技术进步推动民用无人机市场爆发式增长。目前，UAV广泛应用于军事侦察、精确打击，以及民用航拍、测绘、物流、农业植保、应急救援等领域。全球UAV产业市场规模持续扩大。
城市空中交通 (UAM)：三维交通的未来图景
定义：城市空中交通（UAM）是一种新兴交通模式，利用新型航空器（尤其是eVTOL）在城市内部及周边提供安全、高效的人员和货物运输服务，运行空域通常在1000米以下低空。
核心载具eVTOL：电动垂直起降飞行器（eVTOL）是实现UAM的关键。特点包括电力驱动、垂直起降、环保、低噪音、高度自动化等。
发展驱动与应用场景：受城市化、交通拥堵、技术进步等因素驱动。应用场景包括城市通勤、机场接驳、应急救援、医疗急救、旅游观光、短途物流等。全球UAM市场预计将实现指数级增长。
核心安全风险与挑战
UAV面临的主要安全风险
- 技术故障因素：飞控系统失效、动力系统故障（含电池问题）、通信链路中断、导航信号丢失/欺骗。
- 人为操作因素：操作失误、违规飞行（“黑飞”）、缺乏专业培训。
- 环境因素：恶劣天气、复杂电磁环境干扰、障碍物碰撞。
- 网络安全威胁：数据泄露、系统入侵与恶意控制。
UAM面临的独特且更严峻的安全挑战
- 飞行器本身安全性：eVTOL新技术、新构型的可靠性与安全性待充分验证，电池系统安全（热失控）、多旋翼失效模式、结构完整性、飞控复杂性是核心关切。
- 高密度、高复杂度运行环境：城市低空障碍物多，飞行冲突风险高。
- 空域管理与整合难题：需要专门的UAM交通管理（UTM/U-Space）系统。
- 地面基础设施安全：垂直起降场（Vertiport）的选址、设计、运营安全及网络安全。
- 人为因素复杂性：飞行员/远程操作员资质、地面保障人员专业性、乘客安全意识。
- 公众接受度与社会影响：坠落风险、噪音、隐私泄露担忧等。
典型安全事故案例警示
提及了加拿大无人机与轻型飞机相撞（2017）、伦敦盖特威克机场无人机干扰（2018）、Vertical Aerospace VX4原型机迫降（2023）、贝尔APT物流无人机事故（2022）等案例，揭示了设计制造、运行管理、人员操作等环节的潜在薄弱点。
现代安全理论在UAV与UAM安全保障体系中的应用
单一的安全理论难以全面应对UAV及UAM面临的复杂、动态和系统性的安全挑战。未来低空安全保障体系的构建，必然依赖于多种现代安全理论的融合应用与优势互补。
核心思想：从设计源头消除或显著降低系统固有危害，而非依赖附加安全装置或复杂操作规程。原则包括最小化、替代、缓和与简化。
UAV/UAM应用：在飞行器（如电池、结构、动力系统）和基础设施（如Vertiport）设计初期应用至关重要，可从根本上提升安全水平。
Safety-I：将安全定义为“事故和事件的缺失”，关注“什么是错的”，通过分析事故原因、消除故障来避免事故。方法包括RCA, FTA, FMEA等。
Safety-II：将安全定义为“系统在预期和非预期条件下成功运行的能力”，关注“什么是对的”，通过理解系统正常运行中的适应性和成功实践来提升整体安全水平。方法包括FRAM, 从日常工作变异性中学习。
UAV/UAM应用：Safety-I用于事故调查、合规性审核。Safety-II指导从成功飞行经验中学习，改进操作规程和培训，提升系统韧性，对UAV/UAM运营数据分析和应急处置有指导意义。
核心概念：关注系统在面对预期和非预期扰动时，监测、响应、预期和学习（MARL模型）的能力，以维持核心功能的正常运作。
UAV/UAM应用：提升UAV/UAM应对突发传感器失效、通信中断、极端天气、网络攻击等场景的系统设计和应急预案制定，增强系统在真实运行环境中的安全性和可靠性。
核心观点：事故源于系统中控制和约束的不足，导致不安全的系统行为。STPA通过构建控制结构、识别不安全控制行为（UCA）及其原因，系统分析复杂系统风险。
UAV/UAM应用：是分析UAV/UAM整体架构（飞行器-地面站-UTM-Vertiport）安全、评估自主飞行系统和空管系统功能安全、识别潜在设计缺陷的有力工具。
核心观点：强调技术系统与社会组织环境的不可分割性，主张在系统设计和运营中综合考虑技术、人、任务、组织和环境等要素的动态交互，实现共同优化。
UAV/UAM应用：为UAV/UAM的安全法规制定、公众接受度管理、多利益相关方协同的安全治理框架构建、以及人因工程设计提供重要指导。
安全保障体系：技术支柱
确保UAV和UAM的运行安全，离不开坚实的技术支撑，共同构筑抵御风险的“空中盾牌”。
飞行器本体安全设计强化
UAV：结构强度优化、关键部件可靠性提升、防撞结构设计。
UAM/eVTOL：要求更为严苛，核心是冗余设计（多套动力单元、多路飞控与传感器、多组电池包、冗余通信链路）和失效安全/容错机制（故障自动诊断与隔离、系统重构、应急降落程序如整机降落伞）。
飞控与导航系统的高可靠性与高精度
UAV：成熟飞控算法、多模定位、电子围栏技术。
UAM/eVTOL：高安全完整性飞控系统（按DO-178C/DO-254开发）、多源融合导航（GNSS、INS、视觉、雷达/激光雷达SLAM）、抗GNSS欺骗与干扰、精密进近与着陆引导。
动力与能源系统的安全保障
UAV：智能电池管理系统（BMS）、电机及电调可靠性设计。
UAM/eVTOL：高能量密度电池的安全性（热管理、结构保护）、多电池包独立供电、高效电机与电控的故障预测与健康管理（PHM）。
通信、数据链与网络安全防护
通信链路加密与认证（如AES加密）、抗干扰与链路冗余（跳频、扩频、主备链路）、网络安全（机载系统、地面控制站、云平台安全，遵循“安全设计”和“零信任”原则）。
先进感知与避障技术 (DAA)
UAV：主要依赖视觉、超声波进行近距离避障。
UAM/eVTOL：要求远距离、全向、全天候感知与避障。采用多传感器融合（激光雷达、毫米波雷达、光学摄像头、红外热成像）和AI赋能的智能决策（探测、识别、分类、轨迹预测、自主避让）。
安全保障体系：管理与运营支撑
精细化的管理和规范化的运营是确保技术有效发挥作用、将安全理念落到实处的软件支撑。
UAV：低空空域分类划设、飞行计划申报审批、地理围栏技术应用。
UAM：构建城市空中交通管理系统（UTM/U-Space），提供飞行计划管理、空域动态信息、交通态势感知、冲突探测与解脱等服务；规划低空公共航路；开发先进轨迹预测与冲突解脱算法。
运营许可（OC）审核；人员培训与考核（飞行员/操作员、维修人员、签派员等）；完善的维护维修与持续适航体系。
UAM垂直起降场（Vertiport）：科学选址规划、标准化设计、安全运营规范。
能源补给设施安全：充电设施、加氢设施安全标准。
通信、导航、监视（CNS）保障设施：确保质量、覆盖和可靠性。
制定应急预案并定期演练；建立独立、专业、权威的事故调查机制；建立信息共享与经验反馈系统。
全球UAV与UAM安全法规与标准体系
主要国家和地区的监管框架
| 国家/地区 | 监管机构 | UAV监管核心特点 | UAM/eVTOL监管核心特点与进展 |
|---|---|---|---|
| 中国 | CAAC | 《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》为核心，实名登记，基于运行风险分类管理，严格空域管控。 | 积极探索eVTOL适航审定，已为亿航EH216-S颁发型号合格证(TC)和标准适航证(AC)，全球领先。推动低空经济发展。 |
| 美国 | FAA | 小型UAV商业运营依据Part 107规则，LAANC系统实现部分空域授权自动化。 | eVTOL归类为“动力升力”航空器，采用Part 21.17(b)“特殊类别”审定。发布UAM运营概念(ConOps)，Innovate28计划目标2028年整合AAM。 |
| 欧盟 | EASA | 基于风险的统一监管框架，法规(EU)2019/945和(EU)2019/947。UAS运行分开放类、特定类、审定类。 | eVTOL定义为VCA，发布全面政策规定(EU)2024/1111。使用专用条件SC-VTOL作为eVTOL适航审定基础。提出IAM概念。 |
| 日本 | JCAB | 逐步完善无人机飞行规则，包括注册登记、空域限制、操作员技能要求等。 | 积极推动AAM发展，制定详细路线图，计划2025年大阪世博会实现eVTOL商业演示。 |
| 韩国 | MOLIT | 建立UAV飞行安全管理制度，包括飞行审批、操作员资格等。 | 发布K-UAM路线图，力争2025年前实现eVTOL初步商业化。政府支持Vertiport等基础设施建设。 |
适航认证与运行规则
适航认证：确保飞行器安全性的门槛。UAV适航根据风险等级不同要求不一；UAM/eVTOL适航标准更为严格，参照传统载人航空器标准并制定大量专用条件。CAAC、FAA、EASA等主要适航当局在eVTOL适航认证路径与标准上各有特点，但核心目标一致，并趋向协调统一。
运行规则：规范空中行为，包括空域划分与使用、飞行申报与许可、驾驶员/操作员资质等。
国际协调：统一或互认的法规与标准是全球市场互通的基石，面临各国监管思路差异、技术发展不平衡等挑战。需加强国际合作，推动关键技术标准协调和适航互认。
UAV与UAM安全保障体系的协同、展望与挑战
共性与差异化需求
共性需求：可靠的飞行器平台、安全的空域环境、合格的人员、有效的管理机制。
差异化需求（UAM/eVTOL更高要求）：安全冗余与可靠性等级、适航审定标准、空域管理精度与复杂度、地面基础设施（Vertiport）的复杂性与标准化、应急处置能力、公众敏感度与社会影响。
构建一体化、智能化的低空安全管理体系
推动技术融合与标准统一；建立数据协同与态势共享平台；实现空域协同管理与动态调度。
未来安全技术发展趋势
- 自主化与智能化水平提升（AI赋能的感知、决策、控制）。
- 全天候、全场景精准导航与定位（多源融合）。
- 先进能源系统与安全管理（如固态电池、智能BMS）。
- 网络安全与系统韧性（入侵检测、主动防御、快速恢复）。
- 数字孪生与仿真验证。
亟待突破的挑战与政策建言
- 核心技术瓶颈攻关：加大对电池安全、DAA系统、高安全完整性飞控、抗干扰通信导航等研发投入。
- 法规标准体系完善与动态更新：加快制定适应性法规，兼顾安全与创新，建立动态更新机制。
- 低空基础设施规划与建设：将Vertiport网络、监视通信网络等纳入新基建，统一标准，合理布局。
- 专业人才队伍培养：建立多层次、跨学科的人才培养体系。
- 公众认知与信任构建：通过科普宣传、透明化管理、成功试点等建立公众信任。
结论：安全护航，低空经济行稳致远
安全是UAV和UAM产业赖以生存和发展的基石与生命线。构建全面、高效、智能的安全保障体系，涉及技术创新、法规完善、管理精细化、基础设施配套、人才培养和国际合作等多个维度，是一项复杂而艰巨的系统工程。
从飞行器本体的冗余设计，到飞控导航的高可靠性；从通信链路的加密防护，到先进的感知避障；从科学的空域管理，到严格的运行标准和人员资质；从健全的应急响应，到与国际接轨的法规标准——每一个环节都至关重要。UAV的技术积累为UAM提供了借鉴，而UAM的严苛安全要求又将反过来推动整个低空技术的进步。
展望未来，随着人工智能、大数据、5G/6G通信、新材料、新能源等前沿技术的深度融合与突破，UAV与UAM的安全保障技术和管理水平必将持续提升。只要始终将安全放在首位，坚持技术创新与制度创新双轮驱动，低空经济必将插上安全的翅膀，深刻改变未来的社会生产和生活方式，为经济社会发展注入强劲的新动能。