NASA航空這一年

王元元

NASA 被廣泛認為是世界范圍內航空航天機構的領頭羊。在航空研究方面，NASA有著光榮的歷史和優良的傳統，它的前身NACA（國家航空咨詢委員會）就是為了避免美國航空技術落后于歐洲而于1915年3月由國會批準成立的。此后，NASA專門成立了以“建成更安全、更高效、更環保的航空運輸系統”為目標的航空研究任務事務部，在基礎航空、航空安全、空域系統和航空試驗4大方面開展研究工作。

隨著NASA百年誕辰紀念日的臨近，我們也借此機會回憶一下2014年NASA在航空研究領域取得的成就。而這些成就都是建立在NASA長期以來對未來航空技術的不斷探索所獲得的經驗和知識基礎之上的。

可將天氣延誤最小化的軟件工具獲得進展

2014年，NASA的科學家在應對航班延誤方面取得了一項重要進展。他們開發了一款新的軟件工具，能夠幫助航空公司的簽派員在惡劣天氣環境下，比如雷暴（影響國家空域系統航班延誤的主要原因）等，識別和安排更加有效的航線。

這款軟件工具被稱為動態天氣路徑（DWR），它被用來不間斷分析整個國家空域系統的交通情況，以及足以需要航空公司做出改變航線決定的天氣變化情況。當DWR工具發現能夠有更佳的飛行路徑，也就是在同風暴保持一定的安全距離的同時能夠節省時間和成本的機會時，計算機會向航空公司調度人員發出提醒警報。2014年9月，NASA局長查理·博爾登和其他管理人員，以及來自FAA、美國航空公司和達拉斯/沃斯堡國際機場的代表參觀了位于德克薩斯州的一些DWR應用的基礎設施，DWR正在這里進行評估和優化。

飛行測試驗證噴氣生物燃料的環保性

2014年夏天，NASA的科研人員采用DC-8飛機進行了噴氣生物燃料的污染物排放和尾跡云形成測試，在DC-8后還有一架跟蹤飛行負責數據取樣的飛機，這已經是NASA第二年開展類似的工作。這個試驗是NASA“替代燃油對尾跡和排放影響研究”項目（ACCESS II）的一部分。2013年，NASA已經開展了ACCESS I的飛行測試，而2014年ACCESS II的試驗結果完全驗證了ACCESS I所得的結論——在ACCESS I試驗中，采用混合燃料的DC-8飛機相比采用單獨航空煤油的DC-8，煙塵排放至少降低了50%。希望這項研究能夠有助于設計更加環境友好的飛機，這在如今全球航空運輸量迅速增長的大背景下顯得尤為重要。

向FAA交付新型空中間隔工具

2014年7月，NASA向FAA交付了用于下一代空中交通運輸系統的“終端排序和間距（TSS）”工具。TSS是用來幫助機場調度人員確定飛機在進近時在何處開始排序、保持多大的飛行速度并以連續的軌跡下降以保持較高的效率。TSS是對NASA 20多年來為FAA研發的多種空管工具的重要補充，將為更好地管理國家空中交通控制系統服務。

在試驗機上測試空中交通管理軟件

2014年12月，NASA的工程師在波音公司的787生態驗證試驗機上完成了“機載終端到達航線間隔（ASTAR）”軟件的飛行測試。這種軟件設計用來向飛行員提供特定速度信息和引導以使飛機能夠更加精確的保持間隔，使飛行員能夠按照“跟隨領隊”進近方式到達目標機場。這種進近方式將最小化飛行路徑偏離、允許更高效地利用現有空域，并可能降低機場附近的噪聲，所有的這些優勢都將減少商用航班飛行的延誤。

開展主動柔性后緣襟翼（ACTE）飛行測試

2014年夏天，NASA的研究人員在一架灣流Ⅲ試驗機上將傳統的鋁合金后緣襟翼替換為先進材料制成的能夠彎曲和扭轉的無縫變形襟翼，這是自適應柔性后緣（ACTE）項目的一部分。2014年11月，ACTE飛行試驗在NASA阿姆斯特朗飛行研究中心開始。研究人員認為，能夠在飛行中改變形狀的機翼將使得未來的飛機更加安靜、更加省油。ACTE項目是NASA和美國空軍研究實驗室聯合開展的一個研究項目，采用的無縫后緣襟翼由密歇根州安阿伯市的FlexSys公司設計和制造。

可將天氣延誤最小化的軟件工具獲得進展

2014年，NASA的科學家在應對航班延誤方面取得了一項重要進展。他們開發了一款新的軟件工具，能夠幫助航空公司的簽派員在惡劣天氣環境下，比如雷暴（影響國家空域系統航班延誤的主要原因）等，識別和安排更加有效的航線。

這款軟件工具被稱為動態天氣路徑（DWR），它被用來不間斷分析整個國家空域系統的交通情況，以及足以需要航空公司做出改變航線決定的天氣變化情況。當DWR工具發現能夠有更佳的飛行路徑，也就是在同風暴保持一定的安全距離的同時能夠節省時間和成本的機會時，計算機會向航空公司調度人員發出提醒警報。2014年9月，NASA局長查理·博爾登和其他管理人員，以及來自FAA、美國航空公司和達拉斯/沃斯堡國際機場的代表參觀了位于德克薩斯州的一些DWR應用的基礎設施，DWR正在這里進行評估和優化。

飛行測試驗證噴氣生物燃料的環保性

2014年夏天，NASA的科研人員采用DC-8飛機進行了噴氣生物燃料的污染物排放和尾跡云形成測試，在DC-8后還有一架跟蹤飛行負責數據取樣的飛機，這已經是NASA第二年開展類似的工作。這個試驗是NASA“替代燃油對尾跡和排放影響研究”項目（ACCESS II）的一部分。2013年，NASA已經開展了ACCESS I的飛行測試，而2014年ACCESS II的試驗結果完全驗證了ACCESS I所得的結論——在ACCESS I試驗中，采用混合燃料的DC-8飛機相比采用單獨航空煤油的DC-8，煙塵排放至少降低了50%。希望這項研究能夠有助于設計更加環境友好的飛機，這在如今全球航空運輸量迅速增長的大背景下顯得尤為重要。

直升機抗墜毀技術取得重大進展

2014年10月，NASA的研究人員在弗吉尼亞州蘭利研究中心采用退役的 CH-46E “海騎士”直升機（長13.7米，重4763千克）進行了9.1米的高空墜撞測試。試驗中，“海騎士”機身內外安裝了近40個攝像機，連同具有350個數據通道的機載計算機記錄了該機墜撞過程中的每個動作。此外，為了更好地了解乘客在墜撞過程中的反應，機艙內還布置了15個假人模型，其中的13個配備了測量儀器。

NASA將使用測試結果來改善旋翼機的飛行性能和效率。此外，研究人員還想通過此舉增加行業知識，并建立更加完整的用于設計更好和更安全直升機的計算模型。

成功發射“獵戶座”飛船

2014年12月5日，NASA 成功利用德爾塔 IV 重型火箭發射了“獵戶座”太空飛船。這是“獵戶座”的首次試飛，飛船的發射時間因為技術故障而一度推遲?！矮C戶座”是 NASA 未來載人太空探索任務的核心部分，NASA 計劃使用“獵戶座”重返月球甚至是將人類送上小行星和火星。

而往返于太空的飛行始于大氣層內也終于大氣層內，這一點對于“獵戶座”飛船也不例外，因此NASA航空研究任務事務部也積極開展太空飛船的相關研究。從頂部的發射中止系統到下部的隔熱罩，“獵戶座”的成功飛行部分要歸功于NASA的航空研究部門之前所做的大量的風洞和試驗室測試，也包括在1958年NASA成立前所掌握的專業知識。

特別值得一提的是，“獵戶座”飛船返回后的落海過程視頻報道是由NASA阿姆斯特朗研究中心的一名飛行員遠程操控一架無人機完成的。

發布航空數值模擬現狀研究報告

2014年，NASA發布了《CFD愿景2030：革命性計算科學之路》研究報告，這份研究報告出自NASA資助的一個為期1年的調研項目，該項目參與者包括波音公司、普惠公司、斯坦福大學、麻省理工學院、懷俄明州立大學和國家超級計算應用中心。這份報告指出：曾經幫助我們實現現代飛行的設計工具如果不進行一些重大的升級將不再勝任未來的挑戰。這份報告不僅強調了升級CFD算法的必要性，同時還指出要充分利用未來超級計算機不斷提高的速度和復雜性，考慮將這些算法和硬件進行很好地融合。

研制巨型復合材料研究機器人

就像電影“變形金剛”中的某些場景一樣，NASA引進了一個巨大的機器臂，該機器臂能夠移動和旋轉安裝有碳纖維卷的大量鋪放頭，然后按照預編程序將這些纖維鋪放在一個12米長的平臺上。

2014年11月，NASA蘭利研究中心接收了這個機器臂，那里的工程師們正在它的基礎上構建“先進復合材料集成結構裝配（ISAAC）”研究設施。這個巨型機器臂將幫助NASA實現降低飛機用新型復合材料和設計方法的開發、驗證和適航取證時間的目標。

“超級虹彩魚”運送大型復合材料部件

2014年12月，NASA“超級虹彩魚”貨運飛機安全地將一個寬9.14米，重4536千克的復合材料、雙層多艙盒式結構樣件從加州長灘運送至弗吉尼亞州蘭利研究中心，為研究人員后續進行彎曲、加壓試驗做好了準備。這個多艙盒式結構是未來飛機設計中所謂的混合翼身的中央段典型代表結構。這個試驗樣件采用輕質、損傷容限設計、縫紉復合材料結構概念制造，該結構被稱為“拉擠棒縫合高效組合結構（PRSEUS）”。PRSEUS使用干法織物、加強棒、樹脂注射、熱壓罐固化等材料和工藝生產大型組合壁板，具有所需模具少、載荷傳遞路徑連續和縫合止裂強化等特點。2015年春，蘭利研究中心將使用組合加載測試設施對該試驗樣件進行測試。