歐美航空新探索

董聞

一直以來，作為匯聚全球科技精華的產業，航空制造業承載、體現著人類在科技創新、生產組織模式創新等方面的最新成果，引領著世界工業發展的潮流和未來。歐洲和美國作為航空領域的傳統強者，雖然在一些新技術的應用上有著不同的見解，但有一個觀點是雙方都高度認可的，那就是“創新決定航空業的未來”。正因為此，他們推出了一系列關于航空新技術研發的戰略規劃。

“凈潔天空”計劃的進階

12年前，歐盟高調宣布啟動“凈潔天空”計劃。該計劃的目的是通過改善飛機的燃油系統等舉措，降低飛機的噪聲和溫室氣體排放，減少航空運輸對環境的影響，從而建立一個創新的、具有競爭力的歐洲航空運輸體系。如今，已有1000多家企業、高校、研究院所參與了這一計劃，幾十項驗證項目處于5～6級技術水平。

根據歐盟的整體部署，“凈潔天空1”計劃于2008年～2017年間進行，總投資額超過18億歐元，其中一半資金來源于歐盟，另一半資金來自工業界和學術界的合作伙伴。作為一個龐大的跨國項目，“凈潔天空”計劃所遭受的最大非議在于歐盟在選擇合作伙伴時缺乏開放性和公平性，尤其是在選擇一些大型項目的核心合作伙伴時。

因此，為了提高公平性和透明性，到“凈潔天空2”計劃時，來自歐盟的資金比例從50%降到40%，剩下60%通過公開招標的形式，廣招天下英雄。與“凈潔天空1”計劃不同，在“凈潔天空2”計劃中，歐盟十分看重小微企業、高校和科研院所的參與程度，鼓勵小微企業與科研機構以結盟的形式參與項目。

“凈潔天空”計劃的主要成果包括：開式轉子技術、齒輪傳動渦扇發動機、渦軸發動機、渦槳發動機和活塞發動機的地面試驗;智能襟翼、創新型尾翼和電動尾槳的驗證試驗;層流機翼、全電系統和智能旋翼槳葉的飛行試驗等。

根據計劃，“凈潔天空2”計劃將持續到2024年，瞄準的目標是“歐盟2050戰略性長期愿景”的中期目標。到目前為止，總投資額為40億歐元的“凈潔天空2”計劃已經初步達到了預期的目標。根據歐盟委員會的評估，在“凈潔天空2”計劃框架下開發的技術將使二氧化碳、氮氧化物和噪聲減少20%～30%，減少的基準是2014年服役的最先進的民用飛機，到2024年這一階段計劃結束時的目標是將技術成熟度提高至6級。

“凈潔天空2”計劃主要由兩個大型飛機飛行驗證平臺、兩個大型系統綜合技術驗證平臺和其他橫向項目組成。兩個大型飛機飛行驗證平臺由空客公司主導，支線飛機項目由阿萊尼亞·馬基公司主導，高速旋翼機項目由阿古斯特韋斯特蘭公司和空客直升機公司共同主導。

在“凈潔天空2”計劃中，空客投入大量資源用于研發層流機翼和開式轉子技術，雖然從短期來看，空客還不能從這兩項新技術中獲益，但計劃在這些新技術的基礎上于2030年左右推出全新概念飛機。

“凈潔天空2”計劃的另一個重要內容是對下一代中短程客機可能采用的候選技術進行飛行試驗，將技術成熟度提高至6級。其中，最引人關注的是與發動機相關的新技術，包括混合動力推進概念、激進的甚高涵道比發動機（VHBR）研制驗證。

“在凈潔天空2”計劃中，發動機相關項目由羅羅和賽峰攜手推進，致力于將新技術應用于下一代商用發動機上。該項目包括2個飛行試驗驗證項目和4個地面試驗項目。由羅羅主導的用于遠程客機的甚高涵道比發動機測試飛行已于2019年開始。

賽峰的子公司斯奈克瑪在“凈潔天空”計劃中，針對未來中短程商用飛機發動機項目進行了兩項研究：一是開式轉子技術的研究，二是研發一款涵道比大于15‥1的超高涵道比發動機驗證機。這一驗證機將在2022年開始地面試驗。

盡管距離“凈潔天空2”計劃結束還有幾年，但是項目管理團隊已經計劃啟動“凈潔天空3”計劃了。如果計劃順利獲批，“凈潔天空3”計劃將采用與以往完全不同的逆向規劃的方法進行編制，最早將從2021年1月開始啟動。與之前不同，在“凈潔天空3”計劃中，歐洲航空安全局（EASA）將參與其中，這將有利于未來新技術的投入應用。

在“凈潔天空3”計劃中，一個亟待解決的難題是如何保證項目的順利實施，以避免再次出現無疾而終的情況。2017年，賽峰進行了一次全尺寸的反向旋轉開式轉子發動機項目（CROR）地面試驗，但是空客在同年宣布，不再給賽峰提供飛行試驗平臺。盡管空客并沒有對CROR的技術設計理念提出太多的非議，但顯然空客并不看好這一技術在近期、中期的應用前景。因此，為了避免這種情況再次發生，管理方正在考慮要求主制造商作出承諾，雙方探索一種“可見的、強有力的聯系”，從而實現協同發展。

此外，“凈潔天空3”計劃的另一個導向性變化是那些低技術成熟度的概念也會得到支持。那些被認為不夠成熟、無法進行全面驗證但有發展前景的技術將作為候選的基礎研究項目，一旦達到所需的技術成熟度，這些技術就可以轉移到演示項目。相反，如果一些技術在演示驗證階段表現不佳，可能會被返回基礎研究項目池進行更多輪迭代研究。

人工智能爭先

2020年2月，歐盟在布魯塞爾發布了《人工智能白皮書》。這份長達26頁的白皮書不僅包含了不少鼓勵性的政策措施，更強調歐洲需要大幅提高人工智能研究和創新領域的投資水平，明確未來10年內，歐盟每年用于人工智能技術的研發資金不少于200億歐元。

目前，全球人工智能技術如雨后春筍般爆發，與此相關的各種理念、研究、技術、應用層出不窮。歐盟這份白皮書的發布盡管相比其他國家看似慢了半拍，但卻有著更深層次的考量。

在這份白皮書中，歐盟特別強調了“數據”這一人工智能技術的核心。白皮書指出，沒有數據，人工智能和其他數字技術的發展都將是空中樓閣。因此，歐盟的人工智能戰略必須重視數據問題，不僅要有效地采集數據，有分類地整理數據，還要提供足夠的數據儲存空間，讓所有需要數據的部門、企業都能隨時調取數據，實現數據的共享。

針對人工智能在航空領域的應用，歐盟認為，該技術將有助于應對航空運輸量的增加、日益復雜的航空系統等對業界帶來的挑戰。例如，在飛機生產和售后維護方面，包括數字孿生、物聯網、預測性維修等技術的發展都離不開人工智能技術的支撐。

在空中交通管制（ATC）方面，歐盟認為，人工智能技術將大有可為。空中交通管制通信是所有飛行的保障，但是現在許多飛行員與塔臺的對話是通過各種口音的英語進行的，這不僅增加了飛行員的工作量，也有造成誤聽的風險。為了解決這個問題，空客已經啟動了一個名為AI Gym的公開競賽項目。該項目的目標是完整轉譯ATC音頻，并從音頻中提取飛機呼號以便進行會話跟蹤和警報。

此外，歐盟對人工智能技術可以提高航空公司運營效率的觀點予以了充分肯定。目前，歐洲很多航空公司都在對后端數據，如維護日志、員工工作日志、飛行數據等進行大數據分析，以提高運營效率。空客早前還與Palantir技術公司合作開發了一個名為Skywise的數據分析平臺，該平臺利用大數據技術和人工智能技術幫助航空公司進行預測性維修，從而減少飛機停場時間，提高運營效率。

然而，就如上文所提到的，考慮到人工智能技術的應用對于數據的依賴性極強，所以在白皮書中歐盟特意強調歐洲在相關標準制定中要處于“領先地位”。在白皮書中，歐盟用了不少筆墨談及在人工智能領域的國際合作，強調歐盟不僅要作為技術法規方面的全球主要參與者，更要成為規則的制定者。歐盟希望通過路線圖引導產業發展，強調認證工作與技術發展必須同步，確保包括航空領域在內的人工智能應用標準制定權，促進歐洲的技術應用領先，從而構建歐洲民用航空的競爭優勢。

NASA的“三步走”

同樣是在今年2月，美國國家航空航天局（NASA）發布了《2019戰略實施規劃》，對未來25年NASA在航空領域的重點研究工作進行了詳盡的描述，展示了美國民用航空業的長遠發展規劃。NASA將戰略規劃的實施效果按近期（2015～2025）、中期（2025～2035）、遠期（2035后）三個階段進行了描述，其中有四方面的內容尤為值得關注。

第一，NASA強調要進一步通過利用人工智能技術提高民航業安全運營水平。其中，2015～2025年，提升常規飛機跨所有飛行運行階段的運行性能，實現新飛行器的初步進入;2025～2035年，逐步增加自主和協作空中交通管理，包括將無人機系統完全融入國家空域系統;2035年后實現動態自主航跡服務和國家空域系統變革。

第二，推進民用超聲速飛機的創新。2015～2025年，形成超聲速民用飛機認證標準，開展包括確定聲爆等級、發展低聲爆設計工具與模型等工作;2025～2035年，引入經濟可承受的、低聲爆、低噪聲、低排放超聲速運輸機，著重研究新一代超聲速運輸機的降噪、降排放等關鍵技術;2035年之后，隨著更多超聲速飛機投入應用，重點圍繞空中交通管理技術、高效飛行技術等開展研究。

第三，繼續推進超高效亞聲速運輸機研究。2015～2025年間，將通過先進技術的研發，不斷提高在役飛機的運營效率;2025～2035年，開展顛覆性創新概念、技術和方法的研究，開展大規模驗證促進技術轉移，從而使飛機的噪聲和燃油效率獲得明顯改善，同時進一步加大電推進技術的應用;2035年后，將通過革命性的材料和飛機構型的改進，繼續提高飛機的運營效率，目標是使民航機隊的碳排放量較2005年降低50%。

第四，加強垂直起降航空器的研究和應用。在NASA的規劃中，2015～2025年，將主要圍繞安全性、環保性展開研究，同時開始進行應用探索;2025～2035年，提升垂直起降航空器的技術成熟度，尤其是更高效的動力系統研究工作，進一步降低噪聲和碳排放等對環境的影響，擴大垂直起降飛機的應用范圍，同時制定噪聲、安全等方面的行業標準;2035年后，各種尺寸的垂直起降飛行器將廣泛用于運輸和城市服務。