全球最大电动飞机首飞："5美元电费飞上天"的背后，是一本没人细看的账

8 月中旬，大漂亮的纽约州北部的普拉茨堡国际机场，一架支线客机松开刹车，四副巨大的螺旋桨安静地转了起来。

没有喷气机的涡轮啸叫，也听不到老涡桨机那种震得人耳朵发麻的低频轰鸣，它在滑跑了几百米后，机头抬起，离地。

这架飞机叫 Heart X1，来自瑞典初创公司 Heart Aerospace。翼展 32.3 米，首飞起飞重量超过 25,000 磅，差不多是 11.3 吨。

它在空中飞了 27 分钟后落地，四台电动机的峰值输出功率超过了1 兆瓦。

当晚，Y Combinator 放出了专访视频。创始人在镜头前说：

七年前来 YC 的时候手里只有一个巴掌大的 3D 打印模型，今天它成了人类历史上飞起来的最大纯电飞机。

更抓眼球的是随后的几个数字，整趟飞行消耗的电费差不多约 5 美元；电动机只有一个活动部件，几乎不需要过多的维护。

图注：Anders Forslund 手持早期飞机模型。

视频在各大社区疯传，又一个硅谷式的颠覆故事出现了，几节电池干翻百年航空业。

但是真在民航一线干过的人，看完会笑一笑，然后继续翻自己的手册。

民航客运不是简单的敲代码的行业，没有OTA 升级，没有灰度发布，利润也十分微薄，它还被几十部适航法规压着。

那张5美元账单不过是冰山露出水面的一角。

物理账：电动飞机飞不轻，还有 24 倍的能量代差

想具体算出一架飞机到底能飞多远，绕不开一个公式——布雷格航程方程（Breguet Range Equation）。

民航能把飞洲际的机票的价格压到大多数人都能买得起，可以说是靠的是一个巧合，因为航空煤油烧完就没了。

布雷格公式里有一个关键的对数项： ——起飞重量除以落地重量。起飞时越重、落地时越轻，这个比值越大，航程就越远。

飞机在起飞的那一刻是最重的，但是随着航空煤油在巡航中不断消耗掉，飞到后半段，整机重量可能已经减轻了25%到40%。

机身一变轻，维持平飞所需的升力就变小了，诱导阻力也就随之骤降。飞行员可以向空管申请阶梯爬升，顺势上升到空气更稀薄的高空里，就可以用更低的油耗来巡航。

落地的时候，起落架承受的冲击自然就比起飞时轻得多。

但是电动飞机没有这个优势。

传统燃油客机：

起飞（满载煤油） → 巡航燃烧减重 → 降落（轻，阻力小，起落架载荷小）

纯电飞机：

起飞（满载电池） → 电池放电质量不变 → 降落（同样重，起落架和结构承受全额冲击）

电池释放电能，只是电子在正负极之间迁移，飞机的总质量一克都不会变（ ）。

落在工程图纸上，就是两个绕不过去的代价：

• 诱导阻力没有减重优势：传统飞机后半程越飞越轻、阻力越来越小；电动飞机全程扛着同一个重量飞，省不下来。

• 起落架要按满载设计：落地重量几乎等于起飞重量，减震支柱、轮毂、刹车盘都必须要做得更粗且更重。

有人会说："电动机效率高达85%-90%，传统热机只有35%-40%，那么高效率可以弥补电池的劣势呀。"

我们把账推到螺旋桨轴端算一算：

航空煤油（Jet A-1）的质量比能量大约是 11970 Wh/kg。就算现代支线涡桨发动机的热效率只有 38%，每千克燃油在轴端输出的有效机械功，依然还是有4550 瓦时。

那航空电池呢？

当前最顶尖的高镍三元或半固态电芯，单体能量密度大约在350-370 Wh/kg，但这还只是裸电芯而已。

要把这些电芯装进飞机机身，还要通过适航审定中最严格的热失控非扩散测试（DO-311A）。工程师通常会在电芯之间填充隔热材料，外围加上液冷回路、防穿刺壳体、高压配电母排和泄压阀。

在有这身后，成组的有效能量密度会直接打折到200-230 Wh/kg。

就算逆变器和永磁同步电机能保持88%的高效率，每千克电池系统最终传递到轴端的机械功，顶多只有 180-200 瓦时。

哪怕把电机的高效率算到极致，一千克航空煤油能干的活，还是需要 24 kg的航空电池包来顶替。

图注：布拉格机场，一架捷克航空 A310 接受加油。

24 倍的代差，直接引发了航空设计里一个经典的死循环，电池重量螺旋（Battery Weight Spiral）。

想多飞 100 公里，就必须多装几百公斤电池；为了兜住这几百公斤电池，机翼面积就得放大，翼梁结构就要加厚；机体一变大和变重，飞行阻力就成倍地上升；为了克服更大的阻力，又要回过头来加装更多电池。

当电池占到起飞重量的35-40%，这个恶性循环就会把飞机逼进死胡同：

加的电池越多，飞机越重，需要的电池就更多——最后留给乘客和行李的空间被挤得所剩无几。

在当前电池技术水平下，纯电方案只够飞短途，想要飞更远，还是要靠烧化石燃料。

法规账：45 分钟储备，纯电方案的第一道生死线

在 YC 访谈中，Heart Aerospace 的创始人说："公司过去几年遭遇的最大挑战，根本不是电机，也不是电芯，而是备降。"

很多人以为一架标称能飞 200 km的电动飞机，真的能在两个相距 150 km的城市之间来回运送乘客。

只是空中航路不是地面的公路，电动车快没电了可以靠边停下来等拖车，飞机在几千米高空没有这个选项。民航法规对燃油储备有非常严格的硬性要求。

根据漂亮国联邦航空条例（14 CFR 121部），商业航班的签派油量规划必须满足三笔账：

• 飞抵目的地机场所需的燃油；

• 需要备降时，飞抵指定备降机场所需的燃油；

• 此后，以正常巡航燃油消耗率（normal cruising fuel consumption）继续飞行至少 45 分钟的法定储备。

（在天气好的时候，法规其实允许不带备降燃油。但多数航司的签派手册偏保守，实操中几乎都会带。）

第三笔才是关键。传统飞机多带 45 分钟的储备煤油，不过是油箱里多装三四百公斤，几乎不影响什么性能。但是电池不会被消耗，如果为了满足 45 分钟巡航储备，纯电飞机必须额外背一套电池包，这些电池在正常航班中一度电可能都用不到。

Heart 的创始人在 YC 访谈中估计在纯电方案下，大约三分之二的电池需求跟法定储备有关。也就是说，真正用来拉客的电池可能只占总电量的三分之一。

为了运送 30 名旅客和行李，可能总重都不到 3 吨，飞机需要额外背上一大组电池包，其中大部分容量是为了应对可能根本不会发生的备降。

这道储备难题，直接推动了 Heart 在 2022 年放弃最初的 19 座纯电方案（ES-19），转向 30 座混动。

当年的公告就说过，加装备用燃气轮发电机，是为了覆盖法定储备能量，让电池只管飞航程段。

但是 2022 年的方案还是遇到了问题。那个版本是串联增程构型，四台电动机驱动螺旋桨，机身里装两台燃气轮发电机负责发电供能。

不过达到要求的功率等级的航空级轻量化发电机组，市面上并不存在，开发和取证周期遥遥无期。

2024 年 5 月，Heart 宣布了一次重大改版，转向所谓的独立混动（Independent Hybrid）架构，砍掉了机身里的发电机，把外侧两台电动机换成现成的传统涡桨发动机，内侧两台保留为电驱。短途飞电池，长途或需要储备时涡桨发动机直接出力，不再经过燃油→发电→电动机的双重转换损耗，电池包也从机腹移到了后机身。

图注：2022 年公布的 ES-30 设计效果图。当时的方案以四台电动机驱动螺旋桨，并用两台涡轮发电机提供储备能量。

图注：2024 年改版后的 ES-30 设计效果图。该版本采用独立混动思路；它与首飞的四电机 X1 验证机不是同一构型。

需要说明的是，2026 年 8 月首飞的 X1 验证机是纯电构型（四台电动机），混动系统将在后续的 X2 上测试。

航空分析师 Bjorn Fehrm（前瑞典空军工程背景，Leeham News）指出了一个不管哪种混动方案都绕不开的结构性代价，两套动力系统的重量。

电池、逆变器、电动机一套，涡桨发动机、减速箱、燃油管路又一套，全部都要装上。

整架飞机的空重占比被推得很高。最大起飞重量是封顶的，空重一上去，留给高温高原起降和大逆风的余量就很小了。

财务账："5 美元电费"只是橱窗里最漂亮的那个数字

回到那句最引人注目的口号："飞行一次电费不到 5 美元。"

这句口号传播效果是拉满的，我们普通人一听就联想到家里充电动车花几块钱，觉得这是机票价格要雪崩的信号。

但航司干过的人一看就知道，这是只挑了最好看的一个数字亮给我们看而已。

The Air Current分析总监 Courtney Miller（庞巴迪出身，他自己也飞过支线）说过这个问题：

300 海里以内的短途航线上，燃油/能源只占直接运营成本（DOC）的 15-25%。

就算电费直接归零，剩下 75-85% 的运营开支，包含机组工资、飞机租金、航路费、维修储备金等等，这些是一分钱都省不下来的。

而且那张5 美元账单还漏掉了一笔大开支：电池折旧。

电池不是资产，是消耗品

家里的电动车可能开上十年八年都不用换电池。但是商业支线客机一天要飞好几个航段，充放电频率远高于我们平时的家用。从经济性质上看，动力电池在账上跟起落架刹车片、轮胎更像，算是昂贵的高频消耗品了。

高利用率意味着快充和高倍率放电，短航段反复充放，电池内部的损耗累积的很快。行业普遍把80%SOH（State of Health，即电池剩余容量占出厂容量的比例）当作健康基准。

容量衰减到这条线以下，飞机可能就没法满足飞行手册要求的爬升梯度和备降航程了。不过目前法规还没有相应的硬性报废条款，具体的退役界限由各机型制造商在《持续适航文件》（ICA）里定。

但不管各家制造商具体决定怎么定，电池折旧这笔钱是省不掉的，学术界已经算过了。

图注：Heart 的电池实验室。

算一算真正的动力成本

贝加莫大学的 Avogadro 和 Redondi 在 2024 年做过一项同行评审研究（发表在Transportation Research Part D）。

他们以电池包成本 $100/kWh、1000 次等效全循环为建模基准，给第一代电动支线客机算了一笔总账：

就算往好了算，第一代 30 座级电动客机的总运营成本也比传统燃油支线机高出约 20%（需注意该研究建模对象是特定短途纯电概念，不完全等同于当前混动 ES-30）。电池折旧是其中最大的变量。

每次起飞电费确实只花了几美元，只是电池包每飞一个航段就磨损一点，折旧在慢慢累积。把这笔钱加进直接运营成本之后，电动客机的动力总成本，跟已经成熟了几十年的涡桨发动机比，并没有什么性价比了。

30 座飞机的机组成本困局

电池折旧抵消了省油的优势。但是 30 座飞机面对的麻烦不止这一个，机组成本的问题更大。

一个非常现实的问题，在过去二十年里，30 座级涡桨机（巴航工业 EMB-120、萨博 340、多尼尔 328）几乎从大漂亮支线航司的机队里消失了。为什么？

第一道门槛：121 部空乘分水岭。19 座以下的飞机可以不配空乘；但座位数到了 20 座以上（ES-30 正好 30 座），至少配 1 名持证的空乘。从 19 座跳到 30 座，机组成本硬生生多出一个人的全额工资、飞行津贴、差旅酒店与保险福利这些。

第二道门槛：1500 小时。2009 年科尔根航空 3407 空难之后，漂亮国国会立法，FAA 于 2013 年发布规则：商业客机副驾驶必须持有 ATP 执照，飞行时间门槛提高到 1500 小时（军方和航空院校毕业生有减免路径）。结果是支线航空出现了严重的飞行员荒，飞行员工资近几年翻了倍。

两道门槛一叠加，我们拿 ES-30 跟它的直接竞争对手，48 座 ATR 42-600，算一笔座航程机组成本账。两型飞机在漂亮国 121 部运行下的机组配置完全一样，都是2 名飞行员 + 1 名空乘。

图注：ATR 官方发布的 ORC 航空 ATR 42-600 实机照片。该架飞机采用 48 座客舱布局

以 200 海里（约 370 公里）的典型短途航段为例，漂亮国支线航司的机组全包成本（工资、津贴、差旅、保险、训练分摊）约 $580/小时（根据 DOT Form 41 数据和 2022 年涨薪后的区域航司集体合同）：

• 48 座 ATR 42-600：航段速度约 265 英里/小时 → 每小时产生 12744 座英里 → 机组 CASM 约 4.6¢/座英里。

• 30 座 ES-30：航段速度约 250 英里/小时 → 每小时产生 7500 座英里 → 机组 CASM 约 7.7¢/座英里。

同样的 3 个人坐在前面，ES-30 每座英里的机组成本比 ATR 42 高出约3¢，主要就是因为座位少、分摊不开。这还没算干线大飞机（A320 级别 160 座）的规模效应，那边的机组 CASM 只有1-2美分。

Courtney Miller 在The Air Current的分析中指出过这个结构性困境：燃油只占短途支线 DOC 的 20-25%，就算电能完全免费了，小型飞机在机组成本上的劣势也足以吃掉大部分能源节省。

值得注意的是Heart 的产品页把投入运营时单驾驶员运行列为设计目标。

如果未来真的获批，机组的成本账会好看很多了。就是漂亮国现行 121 部还是要求两名驾驶员，这个目标什么时候能落地，没有具体的时间。

基建与气象账：地面充不上电，天上飞不够远

偏远小机场的充电难题

宣传视频里说，这架飞机最适合用来连接夏威夷各岛、挪威峡湾小镇或者偏远地区。

现实情况是要实现 30 分钟过站快充，把 1.5 MWh 的电量充入机身，算上地面整流逆变和冷却损耗，单台充电桩的输出功率要维持在 3.0 兆瓦左右。

3 兆瓦是什么概念？差不多相当于 2000 台家用壁挂空调同时满功率运转。

这个功率等级需要用到SAE J3271 兆瓦级充电系统（MCS）标准，工作电压超过 1000 伏，电流 3000 安培。

电缆内部必须走液冷回路防止过热，整根线缆每米重好几公斤。地勤没法像拉加油枪那样徒手来操作，需要靠移动机械臂或者是吊车来辅助插拔。

但是这些偏远支线机场的基础设施是撑不住的。一条简易跑道加一个几百平米候机室的小机场，日常全场用电峰值（助航灯、空调、塔台）最多也就300-800 kW。

图注：挪威 Sandane 机场的地面设施与周边山地。

早晚高峰 3 架 ES-30 同时充电： 兆 瓦

机场用电负荷一下就会翻 10 倍以上，相当于一座万人小镇在夏天正午同时开空调。

NREL（漂亮国国家可再生能源实验室）2021 年的研究报告（NREL/TP-6A20-80220）把影响也分了几档：

• 2-10 MW（几架飞机同时充）：可能影响机场与电力公司的接口，需要评估配电容量；

• 20 MW 以上（高频多机位运行）：可能触及输电层级（69-115 kV），需要新建专用变电站，投入可达千万美元。

还有一笔隐性开支——需量电费。电力公司按机场一个月内出现过的最高功率峰值收费，哪怕那个峰值只出现过一次。NREL 建议用场内储能削峰、光伏发电或错峰充电来缓解，但是每一项都意味着更多的额外前期投入。

过站时间也是个问题，以现有大容量锂电池的行业经验来看，高强度放电后电芯温度很高，直接大电流充电有热失控风险，通常需要先冷却再充电，充完还要均压静置。

传统涡桨客机过站周转（TAT）大约20 分钟。电动客机由于充电和热管理流程，过站时间很可能被拉长到两倍以上，一天能飞的航段会明显减少，资产利用率也会大打折扣。

北欧严冬：电池怕冷，防冰全靠用电

Heart Aerospace 起步于瑞典，首要目标市场就是挪威和加拿大，但是这些地方冬季气温动不动就-10°C 到 -25°C。

传统喷气和涡桨客机不怕这种低温，反倒是低温空气密度大，发动机推力反而更足。

防冰除冰和座舱供暖也有现成方案，发动机压气机引出的高温高压气体温度高达200-400°C，扭开气阀就能冲刷机翼前缘，顺便给客舱增压保温。这股热量是发动机运转时顺带产生的废热，也几乎不需要额外消耗。

但电动飞机是无引气架构。电动机的工作温度只有几十度，没有多余的高温气体可以利用。

冬季在结冰空域飞行时：

• 32 米长的平直机翼前缘需要电热除冰，持续功率达数十 kW 级别；

• 座舱制热也要持续消耗电能；

• 一趟 45 分钟的冬季短途，光防冰和取暖就要占掉很大一部分电量。

图注：NASA 结冰风洞中的旋翼试验模型前缘积冰。

另一边，锂电池自身也怕冷。低温会导致电解液黏度增大、内阻显著上升，大电流放电时出现明显的电压跌落。没有经过预热的电池，可用容量也会大幅缩水。

开过电动车的朋友应该有体会，特别是在东北过冬，零下二十度出门，表显续航直接缩水三成甚至是更多。飞机上的电池面对的是同一个物理问题，而且更严苛。

电池本身容量缩水，防冰和制热又在持续耗电，这两头一挤，ES-30 在北欧严冬的实际全电航程会比标称的 200 公里短很多了。

（补充一句：传统客机的引气防冰也不是真的零代价，压气机引气会损失一部分推力和增加油耗。只是对烧油的飞机来说，这点代价远没有电动飞机那么伤。）

航程裕度只要不够，机组在起飞前就需要启动外侧那两台涡桨发动机全程出力。在冰雪漫天的北欧峡湾，这架标榜绿色的飞机，最终可能还是靠烧油把乘客安全送达。

终局：取证要烧多少钱，航司的订单又值几分

算完上面这些账，绕不开一个问题：

"既然物理账、法规账和财务账都这么难看，那美联航、加拿大航空这些老牌航司，为什么还签了几百架的采购协议，还真金白银入了股？"

要看清这场当代航空业的精妙博弈，不能单纯从工程图纸上找线索，还要看航司的财务报表和华尔街的会议室。

适航取证的死亡之谷

民航客机制造领域，造一架能飞的验证机，跟造一架能合法商业载客的量产机，中间隔着的资金量完全不是一个级别。

过去二十年，FAA 25 部全新构型客机的取证记录，每一个都是用几十亿上百亿美元烧出来的：

• 空客 A220（原庞巴迪 C Series）：庞巴迪本身有深厚的支线客机制造底蕴和一流的研发团队，但把这款全新客机推过适航审定，从项目启动到取证就花了将近 8 年，烧掉了超过 60 亿美元。巨额研发债务把庞巴迪商用飞机部门压垮了。2017 年以零现金割让 50.01% 控股权给空客，还要承担最多 7 亿美元的后续注资。2020 年庞巴迪彻底退出时拿回了 5.91 亿美元，但整个商用飞机部门已经没了。

• 三菱 SpaceJet（MRJ）：三菱重工加上小日子支持，历时了 15 年，烧掉约 1 万亿日元（约 90-100 亿美元），在大漂亮完成了近 3900 小时试飞。但是航电布线的物理隔离问题就拖了好几年，又碰上漂亮国支线航司的范围条款，起飞重量超标进不了大漂亮的支线市场。取证复杂度远超预期，加上资源枯竭和后疫情市场萎缩，2023 年 2 月宣布停止开发，2024 年相关资产公司进入特别清算。

FAA 已经为锂电池系统安装给出了初步的符合性路径（AC 20-184），但 Heart 这套混合动力推进架构具体怎么取证，至今没有公开。

Heart Aerospace 至今融资约 1.5 亿美元，却要在 2031 年完成 ES-30 这样一款集成多电机、高压母线、大容量电池包与全新自研电传飞控系统的 25 部商业客机适航取证。

参照 A220 和 SpaceJet 的前车之鉴，从验证机到量产取证，传统构型客机已经需要数十亿美元级投入。电动混动构型的不确定性只会更多，不会更少。

图注：2013 年 9 月 16 日，庞巴迪 CS100 试验机 FTV1 完成首飞。

航司的"低风险看涨期权"

明白了取证有多烧钱，再看航司接下来的行为就清楚多了。

美联航投在 Heart 上的那几百万美元创投资金，对一家年营收超过 500 亿美元的航司来说就是个零头。但如果靠这笔小钱，高管们可以在气候峰会、ESG 投资者日和财报电话会上，展示采购数百架零排放机队的计划，低成本对冲公众对碳排放的质疑。

至于那份签了上百架的购机意向书，翻开各家航司的公开披露，措辞耐人寻味：

• 美联航官方声明："conditionally agreed to purchase 100 aircraft, once the aircraft meets United's safety, business and operating requirements"——飞机必须满足美联航的安全、商业和运营要求。

• 加拿大航空签了 30 架采购协议和 500 万美元入股，但是其当前公司介绍中承认，采购受包括设计与规格在内的条件约束。

• Mesa Air 的 SEC 证券文件说得更有意思："The company's obligation to purchase the aircraft is subject to Mesa and Heart first agreeing in the future to a number of terms and conditions, which may or may not be met."——这些条件可能满足，也可能不满足。这不是打太极吗，学到了。

总的来说这些订单在结构上更像一份看涨期权，当然这只是我打的比方。

Heart 要是真把飞机造出来并且通过取证，航司用几百万美元锁定了最早的交付批次；要是项目在试飞、电池或取证环节停下来了，航司的损失可控。Mesa 在 2024 年初把持有的 Heart 股权转让给美联航，用来抵偿 1260 万美元债务，确认了 720 万美元的投资收益——这笔交易本身就很能说明问题。

天空中容不下敏捷开发

在 YC 的介绍最后，镜头给到了洛杉矶厂房里的倒计时看板。白板上写满了技术攻关清单。硅谷式的激情扑面而来，用快速迭代颠覆传统工业。

不过问题不在迭代本身，而在于商业承诺跑在了验证前面。

这种激情让人敬佩，从莱特兄弟在小鹰镇起飞那天起，航空史就是一帮不信邪的人闯出来的，没有想象力，人类也飞不起来。

只是在这个行业待久了就知道，在万米高空上从来不讲人情世故。

在软件行业，代码崩了可以回滚，服务器宕了可以灰度发布，用户就是小白鼠。但在民航，轮子离开跑道的那一刻没有回车键。等在那里的是纳维-斯托克斯方程、能量守恒定律，和稀薄低气压下随时可能发生的电弧击穿。

物理法则从来不听创业公司的估值故事，公关稿写得再漂亮也改不了一个公式。

Heart X1 在纽约州普拉茨堡完成了 27 分钟首飞，这是实实在在的技术验证。

图注：完成首飞后，X1 回到普拉茨堡试飞基地。

其实电气化在飞机上早就在发生了，只不过方向不是替代发动机，而是用电机驱动刹车、取代部分液压子系统。波音 787 的全电刹车就是一个已经走通的例子。

但所有为这 5 美元电费叫好的人都该明白，从一架能飞 27 分钟的技术验证机，到真正承载满舱旅客的生命、在狂风暴雪中安稳切入盲降下滑道的商业客机，中间隔着的不只是钱，还有整整一代人的工程积累。

参考资料

1. Heart Aerospace 官方首飞公告（heartaerospace.com/newsroom）

2. 14 CFR § 121.639 — 美国联邦航空条例：燃油储备要求（ecfr.gov）

3. FAA AC20-184可充电锂电池系统安装指南（faa.gov/documentLibrary）

4. Avogadro, N. & Redondi, R. (2024). 电动支线客机运营成本建模. Transportation Research Part D , doi.org/10.1016/j.trd.2024.104191

5. NREL (2021). 机场电动飞机充电对配电网的影响研究. 报告编号 NREL/TP-6A20-80220（nrel.gov）

6. Bjorn Fehrm, Leeham News — ES-30 双动力系统重量分析系列（leehamnews.com）

7. Courtney Miller, The Air Current — 支线航空直接运营成本拆解（theaircurrent.com）

8. Mesa Air Group SEC 交易公告（2024-01）及 10-Q 季报（sec.gov）