航空旅行的未來

讓我們乘坐時光機(jī)器來到2040年。從倫敦到新加坡的航班可能和使用化石燃料為動力時代的航空業(yè)一樣，在很多惱人的小地方上都有相似之處，比如說在登機(jī)手續(xù)辦理處的長長隊列和因為飛機(jī)誤點而在登機(jī)口漫長的等待。但是其它的因素會截然不同。超大型客機(jī)空中客車A380和波音787都已經(jīng)成為了過時的老古董，將會被完全符合空氣動力學(xué)設(shè)計、同時使用來源于藻類的能源作為燃料的雙機(jī)身飛機(jī)所取代。

這是科幻小說里面的情節(jié)嗎？可能不是。航空工業(yè)在尋找新的能源時受到兩個問題的困擾：各個工業(yè)部門對石油資源的需要量都不斷增長，石油的價格也節(jié)節(jié)攀升；外界對航空行業(yè)負(fù)擔(dān)責(zé)任、降低對環(huán)境的破壞充滿期待。

根據(jù)國際航空運輸協(xié)會的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在世界上的航班比1970年時節(jié)油效率高達(dá)65%?，F(xiàn)代飛機(jī)引擎使用的清潔技術(shù)幾乎消除了一氧化碳和碳?xì)錃怏w的排放。但這明顯還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，國際航空運輸協(xié)會希望在2050年可以開發(fā)出不使用碳能源的飛機(jī)。

完全取代式的燃料

有幾個原因可以很好解釋為什么煤油能源推動了航空業(yè)的快速擴(kuò)張：煤油的能效很好，在高海拔環(huán)境下結(jié)冰點低，而且實驗證明穩(wěn)定性高。不僅如此，全球的重要航空公司都已經(jīng)租借了工作年限至少為30年的全新飛機(jī)，所以在可預(yù)見的未來，該行業(yè)實際上已經(jīng)鎖定使用煤油作為推進(jìn)劑。

這意味著替代能源將必須是一種“完全取代”燃料，這種燃料必須能夠滿足噴氣機(jī)引擎按設(shè)計需要的精確技術(shù)和操作性能，并且也要在現(xiàn)存的噴氣飛機(jī)的供應(yīng)、貯存和運輸鏈條上可以簡單取代煤油。行業(yè)的首要關(guān)注目前集中在使用從海藻或是麻風(fēng)樹之類的植物中提取的第二代生物燃料。

2008年2月，一架英國維珍航空公司的波音747飛機(jī)，使用從巴西棕櫚果和椰子中提取出來的燃料從倫敦飛到了阿姆斯特丹。在同月，空客旗下的一架A380客機(jī)一只引擎使用液化氣替代能源進(jìn)行了試飛。這次試飛實驗了合成的天然氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)使用，這一過程也被稱為“費托合成”。液化氣和煤油燃料會導(dǎo)致相似的溫室氣體排放，但是污染微粒會更少，這可能會對飛機(jī)的凝結(jié)尾氣和地面機(jī)場造成較少的污染。同時，包括羅爾斯#8226;羅伊斯公司和英國航空公司在內(nèi)的超過30家公司在明年將要在替代能源方面進(jìn)行的一系列實驗。

盡管空客公司對液化氣的注意不夠，一些航空公司仍然設(shè)想未來將其作為替代能源?？湛凸痉炊J(rèn)為這次試飛，不能說明在為煤油動力設(shè)計的引擎系統(tǒng)中可以成功使用替代能源?？湛驼J(rèn)為是生物液化燃料而不是液化氣將會成為取代能源。

“我們論證了液化氣可以使用，所以當(dāng)我們在尋找可以進(jìn)行工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的第二代生物燃料同時，還要使用費托合成，”空中客車公司的發(fā)言人賈斯丁·杜彭（JustinDubon）說?！拔磥砗娇站唧w會選擇哪種燃料目前還不得而知，但是我們知道將會是一種可持續(xù)性的清潔能源?，F(xiàn)在如何找到可以大量生產(chǎn)的合適能源，是我們面臨的最大挑戰(zhàn)。”

空中客車公司宣稱將會在2015年前確定這一資源，同時它還設(shè)想到了2025年，所有噴氣機(jī)能源的1/4將不再來自經(jīng)過處理的原油。預(yù)計到2030年，所有可獲得的燃料中有超過30%將會來自第二代生物燃料。

對生物燃料大規(guī)模生產(chǎn)的需求是十分急切的。如果第一代的生物燃料得到使用，那么只需簡單計算就可以得出如下的結(jié)論：為了滿足全歐洲航線的需要，整個歐洲都必須種滿這種作物。其他能源密集程度更高的潛在解決途徑可能會有更多的希望。一家主要航空公司的一位高級專家說，如果海藻作為生物液化燃料得到使用的話，“那只需使用比利時大小的區(qū)域來生產(chǎn)海藻，就可以滿足同樣的需求了?！?/p>

看起來現(xiàn)階段人類似乎不可能找到一種燃料資源能夠取代航空煤油，但是人類必須找到符合標(biāo)準(zhǔn)的液體燃料。按商業(yè)航空替代燃料創(chuàng)新組織的執(zhí)行主管理查德#8226;奧特曼（Richard Altman）的話來說，就是要一勞永逸的解決問題，而不能是小敲小打?！坝行┤剂献魑镏荒茉谑澜绲哪承┑胤讲拍苌L，”奧特曼說，他設(shè)想了出了一幅圖景，飛機(jī)可以在新德里著陸，加滿麻風(fēng)樹中生產(chǎn)出來的生物液化燃料，然后飛往紐約，再加滿海藻中提取出來的生物液化燃料?！拔覀冃枰顾羞@些燃料可以統(tǒng)一使用，并且足夠普遍，可以在不同的地區(qū)有不同的資源來提供。”

未來的飛機(jī)樣式

對環(huán)境無害的航空發(fā)展趨勢還對空中交通控制提出了新要求。根據(jù)國際航空運輸協(xié)會的估計，航線的重新設(shè)計和空中交通管理的發(fā)展可以將燃料消耗量再降低8到18個百分點。

其他的提議看起來就更具有科幻小說的色彩。最吸引人注意的概念是，俄羅斯中央空氣流體動力學(xué)研究院設(shè)計的一種雙機(jī)身飛機(jī)。這種設(shè)計已經(jīng)被提交給了歐盟資助的新飛行器概念研究團(tuán)隊。當(dāng)科學(xué)家們總結(jié)他們認(rèn)為會有發(fā)展前途的設(shè)計樣品時，他們承認(rèn)這種設(shè)計“可能對乘客缺乏吸引力。”

這樣讓人大開眼界的設(shè)計比比皆是，目的都主要是通過一場對機(jī)身造型的大規(guī)模變革來增加飛機(jī)的效率。美國加州斯坦福大學(xué)航天航空方面的教授伊蘭#8226;克魯介紹說，這些設(shè)計包括機(jī)身和機(jī)翼融合一體的設(shè)計，這樣較粗的中部用來容納乘客和貨物，而不用負(fù)擔(dān)多余的機(jī)身重量。這種融合式的機(jī)身設(shè)計將能讓飛機(jī)多容納250～800名乘客。

新飛行器概念研究團(tuán)隊還尋找多種方式來應(yīng)對在削減噪聲污染上越發(fā)嚴(yán)格的需求，而這些發(fā)展還可以幫助減少廢氣排放。目前的研究集中在開放式旋翼引擎方面，科學(xué)家們希望設(shè)計出一個無遮蔽的渦輪，而不再是常規(guī)的巨大風(fēng)扇。為了安全考慮，這個渦輪可能會被放在飛行器的中間部位。羅爾斯#8226;羅伊斯公司認(rèn)為開放渦輪引擎將會在未來的五年到十年內(nèi)出現(xiàn)，經(jīng)過波音公司和其他公司的測試結(jié)果，這種引擎可以將任何種類的燃料消耗量都降低10%～30%。

劍橋大學(xué)和麻省理工學(xué)院共同組建的無聲飛行器創(chuàng)新機(jī)構(gòu)是一家由英國政府資助的合資企業(yè)，致力于無噪聲飛行器領(lǐng)域的研究和設(shè)計。劍橋大學(xué)和麻省理工學(xué)院組織的這支隊伍在尋找方法，為整架飛機(jī)提供上升動力，而不只是依靠機(jī)翼提供的動力。SAX-40型號的飛行器可以搭載215位乘客，而引擎裝在原來垂直尾翼的位置。目前這一規(guī)格和尺寸的飛機(jī)消耗1公升燃料最多可以負(fù)載42位乘客旅行1公里，但SAX-40型號的飛行器可以每公升燃料負(fù)載53位乘客航行1公里。而即使是豐田的Prous混合燃料汽車，2名乘客每公里燃料的耗費量就為1公升。

這種設(shè)計也使得機(jī)場區(qū)域外的噪聲下降到63分貝，這比目前的飛行器平均要低25分貝。團(tuán)隊研究的其他區(qū)域還包括，將引擎放在飛機(jī)上部，這樣飛機(jī)本身就會對地面起到隔音效果；將引擎放置在長的管道中，周圍填塞隔音材料；或者重新設(shè)置引擎在機(jī)身內(nèi)部的位置。

1937年，興登堡飛艇發(fā)生的燃燒爆炸事故，使得飛船作為大規(guī)模運輸工具的前途就此斷送。但現(xiàn)在，飛艇的概念又吸引了人們的注意，雖然現(xiàn)在的飛艇從形式上已經(jīng)經(jīng)過了很大的變革。科學(xué)家為了開啟一個比空氣還輕的運輸器時代而進(jìn)行了非?；钴S的探索和研究工作。美國先進(jìn)防御研究項目機(jī)構(gòu)（屬于美國國防部的一個部分）正積極開發(fā)一種適于監(jiān)視和貨運的飛艇；在英國，位于貝德福德舍爾的混合氣體飛行器公司宣稱他們在接到訂單36小時內(nèi)，已經(jīng)可以交付生產(chǎn)出第一輛“飛貓”（SkyCat）混合氣體飛行器。