NASA明確未來25年航空研究工作重點(diǎn)

2020年2月，美國航空航天局（NASA）航空研究任務(wù)部發(fā)布2019年戰(zhàn)略實(shí)施規(guī)劃（簡(jiǎn)稱實(shí)施規(guī)劃），對(duì)未來25年NASA航空研究工作重點(diǎn)進(jìn)行了闡述。作為NASA航空研究工作主管部門，航空研究任務(wù)部于2015年首次推出戰(zhàn)略實(shí)施規(guī)劃，對(duì)接NASA五年期戰(zhàn)略規(guī)劃。該實(shí)施規(guī)劃每?jī)赡隄L動(dòng)更新，2019年版實(shí)施規(guī)劃對(duì)先前內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，重新定義了部分航空戰(zhàn)略重點(diǎn)，描繪出美國民用航空運(yùn)輸未來發(fā)展的新遠(yuǎn)景。

1 主要內(nèi)容

2019年版實(shí)施規(guī)劃包括概要、簡(jiǎn)介、航空戰(zhàn)略、6領(lǐng)域航空戰(zhàn)略重點(diǎn)等。其中，簡(jiǎn)介部分回顧和總結(jié)了NASA航空研究為美國航空科技發(fā)展做出的貢獻(xiàn)；航空戰(zhàn)略部分概述了NASA航空研究任務(wù)部制定航空研究戰(zhàn)略的流程和戰(zhàn)略實(shí)施過程；6領(lǐng)域航空戰(zhàn)略重點(diǎn)圍繞未來25年的發(fā)展，闡述各領(lǐng)域的分階段實(shí)施效果、NASA航空研究任務(wù)部的航空研究任務(wù)。

實(shí)施規(guī)劃提出了“通過革命性技術(shù)的研究、開發(fā)和轉(zhuǎn)移來改變航空業(yè)”的航空研究總目標(biāo)，明確了“通過高風(fēng)險(xiǎn)高回報(bào)的研究，實(shí)現(xiàn)無與倫比的靈活、更安全、更潔凈和更高效的航空運(yùn)輸”這一21世紀(jì)發(fā)展構(gòu)想。實(shí)施規(guī)劃以全球高速交通需求保持增長(zhǎng)，對(duì)航空的經(jīng)濟(jì)可承受性、可持續(xù)性和更環(huán)保的要求，以及新技術(shù)的加速融入這三大趨勢(shì)作為需求輸入，提出6領(lǐng)域戰(zhàn)略重點(diǎn)，實(shí)施效果則展現(xiàn)出航空研究成果應(yīng)用后的預(yù)期成效。當(dāng)前NASA 設(shè)有“空域運(yùn)行與安全性”“先進(jìn)飛行器”“綜合航空系統(tǒng)”和“變革性航空概念”4個(gè)航空技術(shù)研究計(jì)劃，具體落實(shí)實(shí)施規(guī)劃中的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

2 未來25年航空研究重點(diǎn)

實(shí)施規(guī)劃提出的6個(gè)戰(zhàn)略重點(diǎn)是：全球運(yùn)行安全、高效增長(zhǎng)；民用超聲速飛機(jī)創(chuàng)新；超高效亞聲速運(yùn)輸機(jī)；安全、安靜和價(jià)格合理的垂直起降航空器；及時(shí)全系統(tǒng)安全性保證；航空變革的有保證自主。戰(zhàn)略重點(diǎn)的實(shí)施效果按近期（2015—2025年）、中期（2025—2035年）、遠(yuǎn)期（2035年后）分別描述，NASA航空研究工作將圍繞這些戰(zhàn)略重點(diǎn)及預(yù)期效果展開。

（1） 全球運(yùn)行安全、高效增長(zhǎng)

該戰(zhàn)略重點(diǎn)的構(gòu)想是對(duì)所有用戶實(shí)現(xiàn)安全、可剪裁、常態(tài)化、高節(jié)奏的空域進(jìn)入。近、中、遠(yuǎn)期的預(yù)期實(shí)施效果是：2015—2025年，提升常規(guī)飛機(jī)在所有飛行階段的運(yùn)行性能，實(shí)現(xiàn)新航空器的初步進(jìn)入（ATM+1）；2025—2035年，逐步增加自主和協(xié)作空中交通管理（ATM）和日常所有航空器的進(jìn)入和運(yùn)行（ATM+2），包括無人機(jī)系統(tǒng)完全融入美國國家空域系統(tǒng)；2035年后實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自主航跡服務(wù)（ATM+3）和國家空域系統(tǒng)變革。NASA近期開展建模仿真、試驗(yàn)基于航跡的運(yùn)行（TBO）和下一代空中交通系統(tǒng)概念等工具，并研究失控、風(fēng)險(xiǎn)感知與探測(cè)等安全性問題；中期通過對(duì)新的空中交通管理概念、實(shí)時(shí)可預(yù)測(cè)建模仿真工具的研究，提升國家空域系統(tǒng)的效率和可預(yù)測(cè)性；遠(yuǎn)期關(guān)注具有更高自主和安全性診斷能力的革命性全球航行系統(tǒng)的研究。研究主題包括：先進(jìn)運(yùn)行概念、技術(shù)與自動(dòng)化；緊急風(fēng)險(xiǎn)的安全性管理；綜合建模仿真與試驗(yàn)；空域運(yùn)行性能實(shí)現(xiàn)措施。

（2） 民用超聲速飛機(jī)創(chuàng)新

該戰(zhàn)略重點(diǎn)的構(gòu)想是實(shí)現(xiàn)可行的、經(jīng)濟(jì)可承受的民用超聲速空中運(yùn)輸。近、中、遠(yuǎn)期的預(yù)期實(shí)施效果是：2015—2025年，形成超聲速民機(jī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)；2025—2035年，引入經(jīng)濟(jì)可承受、低聲爆、低噪聲、低排放的超聲速運(yùn)輸機(jī)；2035年后增加任務(wù)通用性和實(shí)現(xiàn)超聲速運(yùn)輸機(jī)市場(chǎng)的增長(zhǎng)。NASA近期主要開發(fā)低聲爆等驗(yàn)證工具和技術(shù)；中期將研究新一代超聲速運(yùn)輸機(jī)降噪聲及降排放技術(shù)；遠(yuǎn)期關(guān)注發(fā)展超聲速航線運(yùn)輸有關(guān)的空中交通管理等技術(shù)。研究主題包括：消除民用超聲速飛機(jī)環(huán)境阻礙；高效飛機(jī)的綜合設(shè)計(jì)；建模仿真與試驗(yàn)?zāi)芰?；高效的超聲速飛行運(yùn)行。

（3） 超高效亞聲速運(yùn)輸機(jī)

該戰(zhàn)略重點(diǎn)內(nèi)容較之前進(jìn)行了調(diào)整優(yōu)化，將實(shí)現(xiàn)亞聲速運(yùn)輸機(jī)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能的革命性提升，向采用替代推進(jìn)系統(tǒng)和能源轉(zhuǎn)變。近、中、遠(yuǎn)期的預(yù)期實(shí)施效果是：2015—2025年飛機(jī)將滿足效率、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保的要求，并向機(jī)隊(duì)級(jí)別碳排放零增長(zhǎng)方向改進(jìn)；2025—2035年飛機(jī)實(shí)現(xiàn)噪聲和能源效率的革命性提升，機(jī)隊(duì)水平較2005年碳排放零增長(zhǎng)，初步應(yīng)用電推進(jìn)技術(shù)；2035年后飛機(jī)持續(xù)改進(jìn)噪聲和能源效率、機(jī)隊(duì)水平較2005年碳排放降低50%。NASA近期將加速先進(jìn)技術(shù)開發(fā)；中期開展顛覆性設(shè)計(jì)概念、技術(shù)和方法的研究，開展大規(guī)模驗(yàn)證促進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)移；遠(yuǎn)期繼續(xù)開展先進(jìn)計(jì)算方法、創(chuàng)新材料與結(jié)構(gòu)等方法和技術(shù)的研究。研究主題包括：超高效機(jī)體；超高效推進(jìn)；超高效飛行器系統(tǒng)綜合；建模仿真與試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

（4） 安全、安靜和價(jià)格合理的垂直起降航空器

該戰(zhàn)略重點(diǎn)為重新制定提出，將實(shí)現(xiàn)垂直起降飛行器廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸和多種服務(wù)。近、中、遠(yuǎn)期的預(yù)期實(shí)施效果是：2015—2025年提升垂直起降航空器的性能，包括經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和現(xiàn)有市場(chǎng)的易用性；2025—2035年引入新的垂直起降航空器和技術(shù)，拓展新市場(chǎng)、提升易用性、降低環(huán)境影響；2035年后各種尺寸的垂直起降航空器廣泛用于運(yùn)輸和各種服務(wù)。NASA近期將研究垂直起降航空器的多學(xué)科設(shè)計(jì)分析優(yōu)化工具、噪聲建模、提高功率轉(zhuǎn)換效率和可靠性等技術(shù)；中期研究噪聲預(yù)測(cè)、全構(gòu)型仿真高精度算法、高效替代推進(jìn)方案等；遠(yuǎn)期主要關(guān)注消除安靜、高效、自主航空器在城市環(huán)境運(yùn)營(yíng)障礙的技術(shù)。研究主題包括：潔凈高效推進(jìn)；高效且安靜的航空器；安全舒適和易用能力；建模仿真與試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

（5） 及時(shí)全系統(tǒng)安全性保證

該戰(zhàn)略重點(diǎn)的發(fā)展將實(shí)現(xiàn)航空系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)過程擁有預(yù)測(cè)、探測(cè)和緩解潛在安全性風(fēng)險(xiǎn)的能力。近、中、遠(yuǎn)期的預(yù)期實(shí)施效果是：2015—2025年，及時(shí)安全性監(jiān)控和告警工具可擴(kuò)大系統(tǒng)感知和提供有限的運(yùn)行決策支持；2025—2035年全域綜合預(yù)測(cè)技術(shù)將實(shí)現(xiàn)國家空域系統(tǒng)更綜合和實(shí)時(shí)的探測(cè)與告警；2035年后自適應(yīng)實(shí)時(shí)安全性威脅管理將實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)安全性保證和完全綜合的威脅探測(cè)與評(píng)估能力。NASA近期將研究初步的持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、已知安全性風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)故障與診斷識(shí)別；中期實(shí)現(xiàn)安全邊際和可信決策支持工具的綜合全系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控；遠(yuǎn)期通過綜合的威脅探測(cè)、預(yù)測(cè)和決策支持，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能安全性監(jiān)控。研究主題包括：持續(xù)全系統(tǒng)安全性感知；安全性風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)價(jià)；協(xié)調(diào)的預(yù)防、緩解和恢復(fù)；試驗(yàn)驗(yàn)證和評(píng)估。

（6） 航空變革的有保證自主

該戰(zhàn)略重點(diǎn)將在航空應(yīng)用場(chǎng)景中安全地實(shí)現(xiàn)自主，通過應(yīng)用機(jī)器智能和機(jī)器連通性為民用航空帶來自主技術(shù)應(yīng)用的巨大改變。近、中、遠(yuǎn)期的預(yù)期實(shí)施效果是：2015—2025年引入有限自主的航空系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)功能級(jí)目標(biāo)；2025—2035年引入靈活自主的航空系統(tǒng)，執(zhí)行任務(wù)級(jí)目標(biāo)；2035年后引入有保證自主的分布式協(xié)作航空系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層面的自主管理。NASA近期關(guān)注預(yù)定自主、初級(jí)目標(biāo)導(dǎo)向和自適應(yīng)自動(dòng)化；中期研究任務(wù)級(jí)目標(biāo)導(dǎo)向的自適應(yīng)自動(dòng)化；遠(yuǎn)期投向大規(guī)模系統(tǒng)的極度靈活性和適應(yīng)性等技術(shù)研究。研究主題包括：復(fù)雜自主系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)和方法；自主系統(tǒng)的保證、驗(yàn)證與確認(rèn)；復(fù)雜航空系統(tǒng)的人員——自主編組；自主空域和航空器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和集成；自主系統(tǒng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)。

3認(rèn)識(shí)與建議

實(shí)施規(guī)劃指明了NASA未來航空研究的大方向，成為上承研究戰(zhàn)略、下引任務(wù)安排的重要指導(dǎo)文件。從該文件看，NASA航空研究有三點(diǎn)值得關(guān)注：一是已初步明確未來民航運(yùn)輸發(fā)展藍(lán)圖。實(shí)施規(guī)劃提出的6領(lǐng)域戰(zhàn)略重點(diǎn)是為未來美國民航運(yùn)輸設(shè)計(jì)發(fā)展路徑，代表了民航運(yùn)輸發(fā)展領(lǐng)先者的未來圖景預(yù)見，針對(duì)各領(lǐng)域戰(zhàn)略重點(diǎn)提出的三階段實(shí)施效果則近似于未來民用航空科技每10年的發(fā)展目標(biāo)。二是突出發(fā)展超聲速客機(jī)、民用垂直起降航空器兩種新型平臺(tái)。兩類航空器將成為未來25年NASA及美國航空業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，其相關(guān)技術(shù)和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展將加快。三是持續(xù)研發(fā)促進(jìn)安全、環(huán)保的技術(shù)。如可綜合無人機(jī)、垂直起降航空器等的先進(jìn)空中交通管理概念和技術(shù)，風(fēng)險(xiǎn)感知與預(yù)測(cè)技術(shù)，航空系統(tǒng)安全性監(jiān)控、故障與識(shí)別技術(shù)，航空器自主技術(shù)，降噪設(shè)計(jì)技術(shù)，電推進(jìn)技術(shù)等。

我國民用航空科技正處在不斷夯實(shí)積累、追趕國際先進(jìn)水平的時(shí)期，今年更是制訂“十四五”規(guī)劃的關(guān)鍵時(shí)期。我國應(yīng)借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，制訂好發(fā)展戰(zhàn)略和實(shí)施規(guī)劃，加快開展超聲速民機(jī)、垂直起降航空器等新平臺(tái)的預(yù)先研究，發(fā)展飛機(jī)安全技術(shù)、降噪降耗技術(shù)，縮小與國外技術(shù)差距，為未來我國推出更好滿足市場(chǎng)需求、具有更優(yōu)性能和競(jìng)爭(zhēng)力的民機(jī)產(chǎn)品打好基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)介

吳蔚，航空工業(yè)發(fā)展研究中心系統(tǒng)工程研究所副研究員，研究領(lǐng)域涵蓋國外試飛技術(shù)、綠色航空等方面。