NASA航空这一年

王元元

NASA 被广泛认为是世界范围内航空航天机构的领头羊。在航空研究方面，NASA有着光荣的历史和优良的传统，它的前身NACA（国家航空咨询委员会）就是为了避免美国航空技术落后于欧洲而于1915年3月由国会批准成立的。此后，NASA专门成立了以“建成更安全、更高效、更环保的航空运输系统”为目标的航空研究任务事务部，在基础航空、航空安全、空域系统和航空试验4大方面开展研究工作。

随着NASA百年诞辰纪念日的临近，我们也借此机会回忆一下2014年NASA在航空研究领域取得的成就。而这些成就都是建立在NASA长期以来对未来航空技术的不断探索所获得的经验和知识基础之上的。

可将天气延误最小化的软件工具获得进展

2014年，NASA的科学家在应对航班延误方面取得了一项重要进展。他们开发了一款新的软件工具，能够帮助航空公司的签派员在恶劣天气环境下，比如雷暴（影响国家空域系统航班延误的主要原因）等，识别和安排更加有效的航线。

这款软件工具被称为动态天气路径（DWR），它被用来不间断分析整个国家空域系统的交通情况，以及足以需要航空公司做出改变航线决定的天气变化情况。当DWR工具发现能够有更佳的飞行路径，也就是在同风暴保持一定的安全距离的同时能够节省时间和成本的机会时，计算机会向航空公司调度人员发出提醒警报。2014年9月，NASA局长查理·博尔登和其他管理人员，以及来自FAA、美国航空公司和达拉斯/沃斯堡国际机场的代表参观了位于德克萨斯州的一些DWR应用的基础设施，DWR正在这里进行评估和优化。

飞行测试验证喷气生物燃料的环保性

2014年夏天，NASA的科研人员采用DC-8飞机进行了喷气生物燃料的污染物排放和尾迹云形成测试，在DC-8后还有一架跟踪飞行负责数据取样的飞机，这已经是NASA第二年开展类似的工作。这个试验是NASA“替代燃油对尾迹和排放影响研究”项目（ACCESS II）的一部分。2013年，NASA已经开展了ACCESS I的飞行测试，而2014年ACCESS II的试验结果完全验证了ACCESS I所得的结论——在ACCESS I试验中，采用混合燃料的DC-8飞机相比采用单独航空煤油的DC-8，烟尘排放至少降低了50%。希望这项研究能够有助于设计更加环境友好的飞机，这在如今全球航空运输量迅速增长的大背景下显得尤为重要。

向FAA交付新型空中间隔工具

2014年7月，NASA向FAA交付了用于下一代空中交通运输系统的“终端排序和间距（TSS）”工具。TSS是用来帮助机场调度人员确定飞机在进近时在何处开始排序、保持多大的飞行速度并以连续的轨迹下降以保持较高的效率。TSS是对NASA 20多年来为FAA研发的多种空管工具的重要补充，将为更好地管理国家空中交通控制系统服务。

在试验机上测试空中交通管理软件

2014年12月，NASA的工程师在波音公司的787生态验证试验机上完成了“机载终端到达航线间隔（ASTAR）”软件的飞行测试。这种软件设计用来向飞行员提供特定速度信息和引导以使飞机能够更加精确的保持间隔，使飞行员能够按照“跟随领队”进近方式到达目标机场。这种进近方式将最小化飞行路径偏离、允许更高效地利用现有空域，并可能降低机场附近的噪声，所有的这些优势都将减少商用航班飞行的延误。

开展主动柔性后缘襟翼（ACTE）飞行测试

2014年夏天，NASA的研究人员在一架湾流Ⅲ试验机上将传统的铝合金后缘襟翼替换为先进材料制成的能够弯曲和扭转的无缝变形襟翼，这是自适应柔性后缘（ACTE）项目的一部分。2014年11月，ACTE飞行试验在NASA阿姆斯特朗飞行研究中心开始。研究人员认为，能够在飞行中改变形状的机翼将使得未来的飞机更加安静、更加省油。ACTE项目是NASA和美国空军研究实验室联合开展的一个研究项目，采用的无缝后缘襟翼由密歇根州安阿伯市的FlexSys公司设计和制造。

可将天气延误最小化的软件工具获得进展

2014年，NASA的科学家在应对航班延误方面取得了一项重要进展。他们开发了一款新的软件工具，能够帮助航空公司的签派员在恶劣天气环境下，比如雷暴（影响国家空域系统航班延误的主要原因）等，识别和安排更加有效的航线。

这款软件工具被称为动态天气路径（DWR），它被用来不间断分析整个国家空域系统的交通情况，以及足以需要航空公司做出改变航线决定的天气变化情况。当DWR工具发现能够有更佳的飞行路径，也就是在同风暴保持一定的安全距离的同时能够节省时间和成本的机会时，计算机会向航空公司调度人员发出提醒警报。2014年9月，NASA局长查理·博尔登和其他管理人员，以及来自FAA、美国航空公司和达拉斯/沃斯堡国际机场的代表参观了位于德克萨斯州的一些DWR应用的基础设施，DWR正在这里进行评估和优化。

飞行测试验证喷气生物燃料的环保性

2014年夏天，NASA的科研人员采用DC-8飞机进行了喷气生物燃料的污染物排放和尾迹云形成测试，在DC-8后还有一架跟踪飞行负责数据取样的飞机，这已经是NASA第二年开展类似的工作。这个试验是NASA“替代燃油对尾迹和排放影响研究”项目（ACCESS II）的一部分。2013年，NASA已经开展了ACCESS I的飞行测试，而2014年ACCESS II的试验结果完全验证了ACCESS I所得的结论——在ACCESS I试验中，采用混合燃料的DC-8飞机相比采用单独航空煤油的DC-8，烟尘排放至少降低了50%。希望这项研究能够有助于设计更加环境友好的飞机，这在如今全球航空运输量迅速增长的大背景下显得尤为重要。

直升机抗坠毁技术取得重大进展

2014年10月，NASA的研究人员在弗吉尼亚州兰利研究中心采用退役的 CH-46E “海骑士”直升机（长13.7米，重4763千克）进行了9.1米的高空坠撞测试。试验中，“海骑士”机身内外安装了近40个摄像机，连同具有350个数据通道的机载计算机记录了该机坠撞过程中的每个动作。此外，为了更好地了解乘客在坠撞过程中的反应，机舱内还布置了15个假人模型，其中的13个配备了测量仪器。

NASA将使用测试结果来改善旋翼机的飞行性能和效率。此外，研究人员还想通过此举增加行业知识，并建立更加完整的用于设计更好和更安全直升机的计算模型。

成功发射“猎户座”飞船

2014年12月5日，NASA 成功利用德尔塔 IV 重型火箭发射了“猎户座”太空飞船。这是“猎户座”的首次试飞，飞船的发射时间因为技术故障而一度推迟。“猎户座”是 NASA 未来载人太空探索任务的核心部分，NASA 计划使用“猎户座”重返月球甚至是将人类送上小行星和火星。

而往返于太空的飞行始于大气层内也终于大气层内，这一点对于“猎户座”飞船也不例外，因此NASA航空研究任务事务部也积极开展太空飞船的相关研究。从顶部的发射中止系统到下部的隔热罩，“猎户座”的成功飞行部分要归功于NASA的航空研究部门之前所做的大量的风洞和试验室测试，也包括在1958年NASA成立前所掌握的专业知识。

特别值得一提的是，“猎户座”飞船返回后的落海过程视频报道是由NASA阿姆斯特朗研究中心的一名飞行员远程操控一架无人机完成的。

发布航空数值模拟现状研究报告

2014年，NASA发布了《CFD愿景2030：革命性计算科学之路》研究报告，这份研究报告出自NASA资助的一个为期1年的调研项目，该项目参与者包括波音公司、普惠公司、斯坦福大学、麻省理工学院、怀俄明州立大学和国家超级计算应用中心。这份报告指出：曾经帮助我们实现现代飞行的设计工具如果不进行一些重大的升级将不再胜任未来的挑战。这份报告不仅强调了升级CFD算法的必要性，同时还指出要充分利用未来超级计算机不断提高的速度和复杂性，考虑将这些算法和硬件进行很好地融合。

研制巨型复合材料研究机器人

就像电影“变形金刚”中的某些场景一样，NASA引进了一个巨大的机器臂，该机器臂能够移动和旋转安装有碳纤维卷的大量铺放头，然后按照预编程序将这些纤维铺放在一个12米长的平台上。

2014年11月，NASA兰利研究中心接收了这个机器臂，那里的工程师们正在它的基础上构建“先进复合材料集成结构装配（ISAAC）”研究设施。这个巨型机器臂将帮助NASA实现降低飞机用新型复合材料和设计方法的开发、验证和适航取证时间的目标。

“超级虹彩鱼”运送大型复合材料部件

2014年12月，NASA“超级虹彩鱼”货运飞机安全地将一个宽9.14米，重4536千克的复合材料、双层多舱盒式结构样件从加州长滩运送至弗吉尼亚州兰利研究中心，为研究人员后续进行弯曲、加压试验做好了准备。这个多舱盒式结构是未来飞机设计中所谓的混合翼身的中央段典型代表结构。这个试验样件采用轻质、损伤容限设计、缝纫复合材料结构概念制造，该结构被称为“拉挤棒缝合高效组合结构（PRSEUS）”。PRSEUS使用干法织物、加强棒、树脂注射、热压罐固化等材料和工艺生产大型组合壁板，具有所需模具少、载荷传递路径连续和缝合止裂强化等特点。2015年春，兰利研究中心将使用组合加载测试设施对该试验样件进行测试。