欧美航空新探索

董闻

一直以来，作为汇聚全球科技精华的产业，航空制造业承载、体现着人类在科技创新、生产组织模式创新等方面的最新成果，引领着世界工业发展的潮流和未来。欧洲和美国作为航空领域的传统强者，虽然在一些新技术的应用上有着不同的见解，但有一个观点是双方都高度认可的，那就是“创新决定航空业的未来”。正因为此，他们推出了一系列关于航空新技术研发的战略规划。

“净洁天空”计划的进阶

12年前，欧盟高调宣布启动“净洁天空”计划。该计划的目的是通过改善飞机的燃油系统等举措，降低飞机的噪声和温室气体排放，减少航空运输对环境的影响，从而建立一个创新的、具有竞争力的欧洲航空运输体系。如今，已有1000多家企业、高校、研究院所参与了这一计划，几十项验证项目处于5～6级技术水平。

根据欧盟的整体部署，“净洁天空1”计划于2008年～2017年间进行，总投资额超过18亿欧元，其中一半资金来源于欧盟，另一半资金来自工业界和学术界的合作伙伴。作为一个庞大的跨国项目，“净洁天空”计划所遭受的最大非议在于欧盟在选择合作伙伴时缺乏开放性和公平性，尤其是在选择一些大型项目的核心合作伙伴时。

因此，为了提高公平性和透明性，到“净洁天空2”计划时，来自欧盟的资金比例从50%降到40%，剩下60%通过公开招标的形式，广招天下英雄。与“净洁天空1”计划不同，在“净洁天空2”计划中，欧盟十分看重小微企业、高校和科研院所的参与程度，鼓励小微企业与科研机构以结盟的形式参与项目。

“净洁天空”计划的主要成果包括：开式转子技术、齿轮传动涡扇发动机、涡轴发动机、涡桨发动机和活塞发动机的地面试验;智能襟翼、创新型尾翼和电动尾桨的验证试验;层流机翼、全电系统和智能旋翼桨叶的飞行试验等。

根据计划，“净洁天空2”计划将持续到2024年，瞄准的目标是“欧盟2050戰略性长期愿景”的中期目标。到目前为止，总投资额为40亿欧元的“净洁天空2”计划已经初步达到了预期的目标。根据欧盟委员会的评估，在“净洁天空2”计划框架下开发的技术将使二氧化碳、氮氧化物和噪声减少20%～30%，减少的基准是2014年服役的最先进的民用飞机，到2024年这一阶段计划结束时的目标是将技术成熟度提高至6级。

“净洁天空2”计划主要由两个大型飞机飞行验证平台、两个大型系统综合技术验证平台和其他横向项目组成。两个大型飞机飞行验证平台由空客公司主导，支线飞机项目由阿莱尼亚·马基公司主导，高速旋翼机项目由阿古斯特韦斯特兰公司和空客直升机公司共同主导。

在“净洁天空2”计划中，空客投入大量资源用于研发层流机翼和开式转子技术，虽然从短期来看，空客还不能从这两项新技术中获益，但计划在这些新技术的基础上于2030年左右推出全新概念飞机。

“净洁天空2”计划的另一个重要内容是对下一代中短程客机可能采用的候选技术进行飞行试验，将技术成熟度提高至6级。其中，最引人关注的是与发动机相关的新技术，包括混合动力推进概念、激进的甚高涵道比发动机（VHBR）研制验证。

“在净洁天空2”计划中，发动机相关项目由罗罗和赛峰携手推进，致力于将新技术应用于下一代商用发动机上。该项目包括2个飞行试验验证项目和4个地面试验项目。由罗罗主导的用于远程客机的甚高涵道比发动机测试飞行已于2019年开始。

赛峰的子公司斯奈克玛在“净洁天空”计划中，针对未来中短程商用飞机发动机项目进行了两项研究：一是开式转子技术的研究，二是研发一款涵道比大于15‥1的超高涵道比发动机验证机。这一验证机将在2022年开始地面试验。

尽管距离“净洁天空2”计划结束还有几年，但是项目管理团队已经计划启动“净洁天空3”计划了。如果计划顺利获批，“净洁天空3”计划将采用与以往完全不同的逆向规划的方法进行编制，最早将从2021年1月开始启动。与之前不同，在“净洁天空3”计划中，欧洲航空安全局（EASA）将参与其中，这将有利于未来新技术的投入应用。

在“净洁天空3”计划中，一个亟待解决的难题是如何保证项目的顺利实施，以避免再次出现无疾而终的情况。2017年，赛峰进行了一次全尺寸的反向旋转开式转子发动机项目（CROR）地面试验，但是空客在同年宣布，不再给赛峰提供飞行试验平台。尽管空客并没有对CROR的技术设计理念提出太多的非议，但显然空客并不看好这一技术在近期、中期的应用前景。因此，为了避免这种情况再次发生，管理方正在考虑要求主制造商作出承诺，双方探索一种“可见的、强有力的联系”，从而实现协同发展。

此外，“净洁天空3”计划的另一个导向性变化是那些低技术成熟度的概念也会得到支持。那些被认为不够成熟、无法进行全面验证但有发展前景的技术将作为候选的基础研究项目，一旦达到所需的技术成熟度，这些技术就可以转移到演示项目。相反，如果一些技术在演示验证阶段表现不佳，可能会被返回基础研究项目池进行更多轮迭代研究。

人工智能争先

2020年2月，欧盟在布鲁塞尔发布了《人工智能白皮书》。这份长达26页的白皮书不仅包含了不少鼓励性的政策措施，更强调欧洲需要大幅提高人工智能研究和创新领域的投资水平，明确未来10年内，欧盟每年用于人工智能技术的研发资金不少于200亿欧元。

目前，全球人工智能技术如雨后春笋般爆发，与此相关的各种理念、研究、技术、应用层出不穷。欧盟这份白皮书的发布尽管相比其他国家看似慢了半拍，但却有着更深层次的考量。

在这份白皮书中，欧盟特别强调了“数据”这一人工智能技术的核心。白皮书指出，没有数据，人工智能和其他数字技术的发展都将是空中楼阁。因此，欧盟的人工智能战略必须重视数据问题，不仅要有效地采集数据，有分类地整理数据，还要提供足够的数据储存空间，让所有需要数据的部门、企业都能随时调取数据，实现数据的共享。

针对人工智能在航空领域的应用，欧盟认为，该技术将有助于应对航空运输量的增加、日益复杂的航空系统等对业界带来的挑战。例如，在飞机生产和售后维护方面，包括数字孪生、物联网、预测性维修等技术的发展都离不开人工智能技术的支撑。

在空中交通管制（ATC）方面，欧盟认为，人工智能技术将大有可为。空中交通管制通信是所有飞行的保障，但是现在许多飞行员与塔台的对话是通过各种口音的英语进行的，这不仅增加了飞行员的工作量，也有造成误听的风险。为了解决这个问题，空客已经启动了一个名为AI Gym的公开竞赛项目。该项目的目标是完整转译ATC音频，并从音频中提取飞机呼号以便进行会话跟踪和警报。

此外，欧盟对人工智能技术可以提高航空公司运营效率的观点予以了充分肯定。目前，欧洲很多航空公司都在对后端数据，如维护日志、员工工作日志、飞行数据等进行大数据分析，以提高运营效率。空客早前还与Palantir技术公司合作开发了一个名为Skywise的数据分析平台，该平台利用大数据技术和人工智能技术帮助航空公司进行预测性维修，从而减少飞机停场时间，提高运营效率。

然而，就如上文所提到的，考虑到人工智能技术的应用对于数据的依赖性极强，所以在白皮书中欧盟特意强调欧洲在相关标准制定中要处于“领先地位”。在白皮书中，欧盟用了不少笔墨谈及在人工智能领域的国际合作，强调欧盟不仅要作为技术法规方面的全球主要参与者，更要成为规则的制定者。欧盟希望通过路线图引导产业发展，强调认证工作与技术发展必须同步，确保包括航空领域在内的人工智能应用标准制定权，促进欧洲的技术应用领先，从而构建欧洲民用航空的竞争优势。

NASA的“三步走”

同样是在今年2月，美国国家航空航天局（NASA）发布了《2019战略实施规划》，对未来25年NASA在航空领域的重点研究工作进行了详尽的描述，展示了美国民用航空业的长远发展规划。NASA将战略规划的实施效果按近期（2015～2025）、中期（2025～2035）、远期（2035后）三个阶段进行了描述，其中有四方面的内容尤为值得关注。

第一，NASA强调要进一步通过利用人工智能技术提高民航业安全运营水平。其中，2015～2025年，提升常规飞机跨所有飞行运行阶段的运行性能，实现新飞行器的初步进入;2025～2035年，逐步增加自主和协作空中交通管理，包括将无人机系统完全融入国家空域系统;2035年后实现动态自主航迹服务和国家空域系统变革。

第二，推进民用超声速飞机的创新。2015～2025年，形成超声速民用飞机认证标准，开展包括确定声爆等级、发展低声爆设计工具與模型等工作;2025～2035年，引入经济可承受的、低声爆、低噪声、低排放超声速运输机，着重研究新一代超声速运输机的降噪、降排放等关键技术;2035年之后，随着更多超声速飞机投入应用，重点围绕空中交通管理技术、高效飞行技术等开展研究。

第三，继续推进超高效亚声速运输机研究。2015～2025年间，将通过先进技术的研发，不断提高在役飞机的运营效率;2025～2035年，开展颠覆性创新概念、技术和方法的研究，开展大规模验证促进技术转移，从而使飞机的噪声和燃油效率获得明显改善，同时进一步加大电推进技术的应用;2035年后，将通过革命性的材料和飞机构型的改进，继续提高飞机的运营效率，目标是使民航机队的碳排放量较2005年降低50%。

第四，加强垂直起降航空器的研究和应用。在NASA的规划中，2015～2025年，将主要围绕安全性、环保性展开研究，同时开始进行应用探索;2025～2035年，提升垂直起降航空器的技术成熟度，尤其是更高效的动力系统研究工作，进一步降低噪声和碳排放等对环境的影响，扩大垂直起降飞机的应用范围，同时制定噪声、安全等方面的行业标准;2035年后，各种尺寸的垂直起降飞行器将广泛用于运输和城市服务。