聽(tīng)頂級(jí)中國(guó)專家談未來(lái)航空器，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)
在中國(guó)科協(xié)創(chuàng)新融合學(xué)會(huì)聯(lián)合體24日舉辦的第一屆創(chuàng)新融合發(fā)展論壇上，《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者聽(tīng)中國(guó)航空、航天、電子、材料、儀器儀表等各領(lǐng)域的頂級(jí)專家展望諸多未來(lái)科技的前景。
“過(guò)去全球先后有15個(gè)國(guó)家、32家制造商研制了88個(gè)型號(hào)的噴氣式客機(jī)，但只有2/3的型號(hào)研制成功、能夠升空，1/10的型號(hào)能取得商業(yè)成功�！敝袊�(guó)商飛公司ARJ21飛機(jī)系列總設(shè)計(jì)師、工程總師陳勇介紹說(shuō)，從這一組數(shù)據(jù)可以看出，民航客機(jī)想取得商業(yè)成功的難度之大，它涉及流體力學(xué)、材料學(xué)、人工智能等前沿科學(xué)技術(shù)，具備巨大的產(chǎn)業(yè)拉動(dòng)效應(yīng)。
中國(guó)商飛被外界廣泛視為全球民航制造業(yè)的新力量，其研制的ARJ21支線客機(jī)已經(jīng)向國(guó)內(nèi)外客戶交付了上百架。今年9月，商飛在新疆烏魯木齊地窩堡國(guó)際機(jī)場(chǎng)展示的7架ARJ21飛機(jī)中包含公務(wù)機(jī)、醫(yī)療機(jī)、貨機(jī)和應(yīng)急救援指揮機(jī)，這是ARJ21飛機(jī)4款衍生機(jī)型首次同臺(tái)亮相，標(biāo)志著該款飛機(jī)規(guī)�；⑾盗谢l(fā)展正在穩(wěn)步推進(jìn)。同時(shí)商飛研制的C919干線客機(jī)已經(jīng)交付2架，累計(jì)訂單數(shù)達(dá)到1061架。
對(duì)于下一代客機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，陳勇介紹說(shuō)，大幅提高飛行速度是重要方向。目前各國(guó)使用的客機(jī)都是亞音速飛行，此前一度曾出現(xiàn)英法“協(xié)和”號(hào)和蘇聯(lián)圖-144超音速客機(jī)，但它們都因?yàn)樵胍舸�、油耗高以及安全性等�?wèn)題，相繼退出運(yùn)營(yíng)。如今隨著新一代技術(shù)的發(fā)展，超音速中小型客機(jī)“未來(lái)可期”。陳勇表示，全球正在研制的幾款超音速客機(jī)都屬于中小型客機(jī)，例如美國(guó)正在測(cè)試的X-59超音速飛機(jī)采用細(xì)長(zhǎng)的機(jī)身設(shè)計(jì)，以盡可能降低客機(jī)突破音障時(shí)產(chǎn)生的噪音；Aerion公司的AS2超音速公務(wù)機(jī)，能攜帶8-12名乘客以1.4馬赫的速度運(yùn)行，Boom Supersonic公司研制的超音速客機(jī)為45-55座，速度為2.2馬赫。
綠色環(huán)保且更經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)飛機(jī)是未來(lái)客機(jī)的另一個(gè)主要發(fā)展方向。NASA正在研制的單通道渦輪電動(dòng)飛機(jī)在起飛時(shí)，機(jī)翼下的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生80%的推力，在巡航時(shí)則是55%，剩余推力由尾部的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供。陳勇認(rèn)為電動(dòng)客機(jī)將可能從支線飛機(jī)開始。全球正在測(cè)試不同的新能源支線飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，包括純電動(dòng)力、燃電混合動(dòng)力、氫燃料電池-電涵道風(fēng)扇動(dòng)力等，它們適合不同的機(jī)型。例如純電動(dòng)力系統(tǒng)的功率和能量密度有限，更適合輕型飛機(jī)。
陳勇介紹說(shuō)，在飛行駕駛模式上，未來(lái)客機(jī)將從現(xiàn)在的雙飛行員駕駛模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閱我伙w行員駕駛模式乃至無(wú)人駕駛模式�，F(xiàn)代客機(jī)在飛行過(guò)程中已經(jīng)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但在起降等關(guān)鍵階段仍需要人類飛行員介入。未來(lái)客機(jī)將借助AI技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下的自主飛行，并依托以北斗為核心的多導(dǎo)航源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)駕駛艙的可視導(dǎo)航顯示，提升飛行的安全性能。
近年來(lái)，“臨近空間”這個(gè)充滿科幻色彩的詞語(yǔ)越來(lái)越多地出現(xiàn)在新聞中。中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院創(chuàng)新與應(yīng)用中心副主任李廣佳介紹說(shuō)，臨近空間是指20-100公里的高度，這里是普通航空器最高飛行高度到天基衛(wèi)星最低高度之間的空域，具有特殊的優(yōu)勢(shì)：高透光性、低摩擦阻力、低輻射等。在臨近空間擁有更高效的通信保障、情報(bào)收集、電子壓制和預(yù)警等特性，但同時(shí)這里也帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)性，尤其是低密度低溫的高空環(huán)境。
目前投入使用的臨近空間飛行器主要以低速的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)、高空氣艇為主，它們具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、飛行高度高、覆蓋區(qū)域廣、載荷能力大等優(yōu)點(diǎn)。例如太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)以太陽(yáng)能電池提供動(dòng)力，可以連續(xù)飛行數(shù)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)不受飛行軌道限制，可以在任務(wù)區(qū)域上空長(zhǎng)時(shí)間盤旋，需要的時(shí)候，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)一晝夜機(jī)動(dòng)能力達(dá)到2500-3000公里。
像美國(guó)陸軍和歐洲空客公司合作的“和風(fēng)-S”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)翼展25米，可在2萬(wàn)米左右高空連續(xù)飛行數(shù)月。波音公司旗下的極光飛行科學(xué)公司研制的“奧德修斯”平流層太陽(yáng)能無(wú)人，機(jī)翼展更是達(dá)到74米，設(shè)計(jì)留空時(shí)間為3個(gè)月。
李廣佳介紹說(shuō)，之所以外界對(duì)于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)等臨近空間飛行器如此關(guān)注，是因?yàn)樗鼈冊(cè)谕ㄐ胖欣^、公共安全、應(yīng)急響應(yīng)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、科學(xué)測(cè)繪方面有廣大的應(yīng)用前景，可作為大氣層衛(wèi)星，與衛(wèi)星、常規(guī)航空器和地基裝備組成立體信息保障體系。例如遭遇地震、泥石流、洪澇等重大自然災(zāi)害時(shí)，搭載通信中繼設(shè)備的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)和高空氣球可以快速恢復(fù)災(zāi)區(qū)通信能力，滿足救援應(yīng)急需求；在遠(yuǎn)海島礁、偏遠(yuǎn)山區(qū)等地，部署基于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的臨近空間通信系統(tǒng)，可以覆蓋這些地方的通信空白，為及時(shí)了解當(dāng)?shù)厍闆r，開展防止非法越界、保衛(wèi)邊疆的工作提供信息支持。它們還可以搭載遙感設(shè)備，采集農(nóng)田作物長(zhǎng)勢(shì)、生產(chǎn)面積、周邊水文環(huán)境等農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
作者：馬俊 來(lái)源：環(huán)球時(shí)報(bào) 責(zé)任編輯：jianping
“過(guò)去全球先后有15個(gè)國(guó)家、32家制造商研制了88個(gè)型號(hào)的噴氣式客機(jī)，但只有2/3的型號(hào)研制成功、能夠升空，1/10的型號(hào)能取得商業(yè)成功�！敝袊�(guó)商飛公司ARJ21飛機(jī)系列總設(shè)計(jì)師、工程總師陳勇介紹說(shuō)，從這一組數(shù)據(jù)可以看出，民航客機(jī)想取得商業(yè)成功的難度之大，它涉及流體力學(xué)、材料學(xué)、人工智能等前沿科學(xué)技術(shù)，具備巨大的產(chǎn)業(yè)拉動(dòng)效應(yīng)。
中國(guó)商飛被外界廣泛視為全球民航制造業(yè)的新力量，其研制的ARJ21支線客機(jī)已經(jīng)向國(guó)內(nèi)外客戶交付了上百架。今年9月，商飛在新疆烏魯木齊地窩堡國(guó)際機(jī)場(chǎng)展示的7架ARJ21飛機(jī)中包含公務(wù)機(jī)、醫(yī)療機(jī)、貨機(jī)和應(yīng)急救援指揮機(jī)，這是ARJ21飛機(jī)4款衍生機(jī)型首次同臺(tái)亮相，標(biāo)志著該款飛機(jī)規(guī)�；⑾盗谢l(fā)展正在穩(wěn)步推進(jìn)。同時(shí)商飛研制的C919干線客機(jī)已經(jīng)交付2架，累計(jì)訂單數(shù)達(dá)到1061架。
對(duì)于下一代客機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，陳勇介紹說(shuō)，大幅提高飛行速度是重要方向。目前各國(guó)使用的客機(jī)都是亞音速飛行，此前一度曾出現(xiàn)英法“協(xié)和”號(hào)和蘇聯(lián)圖-144超音速客機(jī)，但它們都因?yàn)樵胍舸�、油耗高以及安全性等�?wèn)題，相繼退出運(yùn)營(yíng)。如今隨著新一代技術(shù)的發(fā)展，超音速中小型客機(jī)“未來(lái)可期”。陳勇表示，全球正在研制的幾款超音速客機(jī)都屬于中小型客機(jī)，例如美國(guó)正在測(cè)試的X-59超音速飛機(jī)采用細(xì)長(zhǎng)的機(jī)身設(shè)計(jì)，以盡可能降低客機(jī)突破音障時(shí)產(chǎn)生的噪音；Aerion公司的AS2超音速公務(wù)機(jī)，能攜帶8-12名乘客以1.4馬赫的速度運(yùn)行，Boom Supersonic公司研制的超音速客機(jī)為45-55座，速度為2.2馬赫。
綠色環(huán)保且更經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)飛機(jī)是未來(lái)客機(jī)的另一個(gè)主要發(fā)展方向。NASA正在研制的單通道渦輪電動(dòng)飛機(jī)在起飛時(shí)，機(jī)翼下的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生80%的推力，在巡航時(shí)則是55%，剩余推力由尾部的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供。陳勇認(rèn)為電動(dòng)客機(jī)將可能從支線飛機(jī)開始。全球正在測(cè)試不同的新能源支線飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，包括純電動(dòng)力、燃電混合動(dòng)力、氫燃料電池-電涵道風(fēng)扇動(dòng)力等，它們適合不同的機(jī)型。例如純電動(dòng)力系統(tǒng)的功率和能量密度有限，更適合輕型飛機(jī)。
陳勇介紹說(shuō)，在飛行駕駛模式上，未來(lái)客機(jī)將從現(xiàn)在的雙飛行員駕駛模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閱我伙w行員駕駛模式乃至無(wú)人駕駛模式�，F(xiàn)代客機(jī)在飛行過(guò)程中已經(jīng)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但在起降等關(guān)鍵階段仍需要人類飛行員介入。未來(lái)客機(jī)將借助AI技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下的自主飛行，并依托以北斗為核心的多導(dǎo)航源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)駕駛艙的可視導(dǎo)航顯示，提升飛行的安全性能。
近年來(lái)，“臨近空間”這個(gè)充滿科幻色彩的詞語(yǔ)越來(lái)越多地出現(xiàn)在新聞中。中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院創(chuàng)新與應(yīng)用中心副主任李廣佳介紹說(shuō)，臨近空間是指20-100公里的高度，這里是普通航空器最高飛行高度到天基衛(wèi)星最低高度之間的空域，具有特殊的優(yōu)勢(shì)：高透光性、低摩擦阻力、低輻射等。在臨近空間擁有更高效的通信保障、情報(bào)收集、電子壓制和預(yù)警等特性，但同時(shí)這里也帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)性，尤其是低密度低溫的高空環(huán)境。
目前投入使用的臨近空間飛行器主要以低速的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)、高空氣艇為主，它們具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、飛行高度高、覆蓋區(qū)域廣、載荷能力大等優(yōu)點(diǎn)。例如太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)以太陽(yáng)能電池提供動(dòng)力，可以連續(xù)飛行數(shù)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)不受飛行軌道限制，可以在任務(wù)區(qū)域上空長(zhǎng)時(shí)間盤旋，需要的時(shí)候，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)一晝夜機(jī)動(dòng)能力達(dá)到2500-3000公里。
像美國(guó)陸軍和歐洲空客公司合作的“和風(fēng)-S”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)翼展25米，可在2萬(wàn)米左右高空連續(xù)飛行數(shù)月。波音公司旗下的極光飛行科學(xué)公司研制的“奧德修斯”平流層太陽(yáng)能無(wú)人，機(jī)翼展更是達(dá)到74米，設(shè)計(jì)留空時(shí)間為3個(gè)月。
李廣佳介紹說(shuō)，之所以外界對(duì)于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)等臨近空間飛行器如此關(guān)注，是因?yàn)樗鼈冊(cè)谕ㄐ胖欣^、公共安全、應(yīng)急響應(yīng)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、科學(xué)測(cè)繪方面有廣大的應(yīng)用前景，可作為大氣層衛(wèi)星，與衛(wèi)星、常規(guī)航空器和地基裝備組成立體信息保障體系。例如遭遇地震、泥石流、洪澇等重大自然災(zāi)害時(shí)，搭載通信中繼設(shè)備的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)和高空氣球可以快速恢復(fù)災(zāi)區(qū)通信能力，滿足救援應(yīng)急需求；在遠(yuǎn)海島礁、偏遠(yuǎn)山區(qū)等地，部署基于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的臨近空間通信系統(tǒng)，可以覆蓋這些地方的通信空白，為及時(shí)了解當(dāng)?shù)厍闆r，開展防止非法越界、保衛(wèi)邊疆的工作提供信息支持。它們還可以搭載遙感設(shè)備，采集農(nóng)田作物長(zhǎng)勢(shì)、生產(chǎn)面積、周邊水文環(huán)境等農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
但另一方面，當(dāng)前太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)還面臨很多挑戰(zhàn)。李廣佳表示，在穿越對(duì)流層時(shí)，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)容易受到紊流等影響發(fā)生事故，需要加強(qiáng)安全性設(shè)計(jì)；對(duì)于進(jìn)一步縮小太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)晝夜飛行高度變化幅度，并提升系統(tǒng)使用效費(fèi)比，儲(chǔ)能電池的能量密度、循環(huán)性能和安全性技術(shù)水平至關(guān)重要；目前超長(zhǎng)航時(shí)自主飛行/無(wú)人值守技術(shù)還沒(méi)有完全成熟，需要專業(yè)技術(shù)人員持續(xù)進(jìn)行地面監(jiān)視和指揮控制。
李廣佳強(qiáng)調(diào)說(shuō)，中國(guó)目前在臨近空間飛行器方面已經(jīng)開始實(shí)用化應(yīng)用，主要性能水平與國(guó)外基本相當(dāng)。隨著材料、能源、導(dǎo)航、智能應(yīng)用等技術(shù)進(jìn)步，其性能將得到進(jìn)一步提升。“我們應(yīng)該在臨近空間技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中給出科學(xué)的中國(guó)方案，爭(zhēng)取主動(dòng)權(quán)和話語(yǔ)權(quán)。”
作者：馬俊 來(lái)源：環(huán)球時(shí)報(bào) 責(zé)任編輯：jianping
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