未來飛機：讓夢想插上科學的翅膀
2014年11月27日
在很多科幻電影中，我們都能看到導演在精美的畫面中插上想像的翅膀，讓未來的飛行器在高樓中自由穿梭，垂直起降，光速飛行，這大概是我們對未來飛行的期望。然而，想像終究是浪漫的，現實還是要遵循科學的發展。
有人一定會有這樣的疑問，民機作為上個世紀最偉大的發明，在其前50年的發展歷史上，從無到有，從小到大，從木質到金屬，從螺旋槳到噴氣式，發展變化日新月異。但為何在上個世紀的後50年，民機氣動佈局的形式卻一直沒有我們期待中的重大突破？
事實上，自上個世紀60年代以來，民用航空開始更多地考慮運輸成本和環保指標，在這種背景下，飛機始終維持了傳統的氣動翼型，樣子變化不大。但在50年前，人們是難以想像像空客A380這樣的"巨無霸"能在天空翱翔的。如今，飛機的製造更多地採用了複合材料，使得飛機越來越輕，飛行速度更快。因此地球上任何兩個點對點的飛行已經成為了現實。同時，近50年來，民用客機的能量消耗降低了70%。像空客A380這樣的飛機在空中飛行100公里，一名旅客消耗的燃料只有不足3升。飛機的廢氣排放量越來越少，變得更加綠色環保，而且這個指標還在隨著發動機的技術改進而變得更好。
那麼，民用客機的發展趨勢是什麼？未來的飛機究竟會是什麼樣子？我們還要多少年能實現"自由"飛行的目標？
未來飛機評價準則
毫無疑問，航空運輸業會在未來50年裏得到更加突飛猛進的發展。屆時，地球上的人口數量將是現在的2倍，而相較於地面交通，航空有著無可比擬的環保性，能更少地利用土地，更充分地利用廣闊的空間，並能更好地維持生態平衡。因此，到2050年，飛機的數量預計將會是現在4倍~5倍。在未來的50年裏，飛機將會更加強調安全性、經濟性、環保性和舒適性，這也是未來民用客機發展的唯一評價準則體系。
在這種趨勢下，未來自動飛行將全面接管人類對飛機的操縱，飛機對天氣的依賴程度會大幅度降低。同時，飛機通過電腦實行了全面的自動化管理，飛機的故障和維護也將全面數位化和模組化。因此，飛機的故障率將大大降低，很多在空中發生的故障，飛機只要通過和地面的數字交聯就可以直接進行處理。那麼，飛機上是否還需要飛行員？答案應該是肯定的。飛行員和飛機的關係，正如人類和機械的關係，會永遠在哲學命題和科學角力中和諧並存。
民機製造業還將重點從氣動設計、推進系統、材料以及系統技術方面入手，力求增強飛機的安全性，降低耗油和製造、維護成本，提高飛機經濟性，降低推進系統雜訊，減少污染物排放。
尤其是在保護環境方面，各國政府和民航監管部門都對未來民用客機在能源效率、排放噪音等方面進行了研究，意欲使飛機變得更安靜、更環保、更經濟、更方便。同時，力求氮氧化物排放比現有標準降低1倍以上，燃料消耗降低100%以上，並能具備優化使用多座機場跑道起降的能力，即大型飛機要能在1000米長的機場跑道上起降，以減少空中交通擁堵和延誤。
如今，民用客機的二氧化碳排放量是全球二氧化碳總排放量的2%，未來50年的目標是將其減少到現在的1／2，達到1%。因此，未來的客機很有可能擺脫日益昂貴的石化燃料，而會採用能增加航程、降低成本的生物燃料，並使用新能源電池，讓清潔的太陽能，為機艙提供電力，甚至提供飛行動力。
突破傳統氣動佈局
面對越來越苛刻的環保要求，和對航空器速度和效率的無限追求，沿用幾十年的傳統飛機氣動佈局必定會有所突破，而只有採用創新的、非常規佈局才能實現這些目標。所以，使用機翼/機身融合體（BWB）或混合機翼/機身（HWB），被認為是未來大型民用客機大幅提高氣動效率和環保性能的最有發展前景的一種佈局。
在這種氣動佈局的基礎上，飛機客艙材料也具有自動清潔和自我修復功能；客艙佈局可以根據乘客的需要隨時組成辦公室、臥室或者任何你想要的佈局。飛機的製造材料也不僅僅是金屬和塑膠，而是更加堅固、輕便的複合材料和可回收的植物纖維。此外，納米材料的使用，將大大降低飛機表面的摩擦力，並提高發動機效率。
未來，隨著新型材料的使用，飛機可以是透明的，乘客可以在高空直視地面的美景，飛機還能利用陽光控制機艙內的溫度。這一概念的機艙壁結構是模仿鳥類的骨骼，通過仿生學技術來設計的，這一技術讓機艙壁可以擁有足夠的堅硬度，同時變得透明。
有機構做過一次普查，1/3的受訪者稱，對2050年空中飛行的預期是希望旅行像度假一樣舒適。所以，飛行體驗也將很大程度上決定未來飛機的設計理念。未來飛機提供的服務在於，讓不同的乘客能夠享受到不同的服務，主旨是"讓乘客延續在地面上的生活"。這不同於現在飛機對乘客乘坐位置劃分為不同艙位的方式，未來的飛機將被劃分為娛樂區、休閒區和工作區，甚至有可能一次乘機體驗就是一次高爾夫比賽或者是一次辦公會議。
儘管未來的飛機數量將會是現在的4倍~5倍，但航班卻更加準時正點。飛機採用更高效的導航監控和資訊技術，採用編隊飛行，每架飛機的安全距離會大大縮短，效率會大大提高。
此外，未來客機的分工會更加明確，大飛機會越來越大，小飛機則會越來越小。大飛機適合於執行跨洋的遠程航線飛行任務，提供大量的旅客運輸，無論地球上兩點之間的距離有多長，航行時間都能少於3小時。此外，飛機上會有賭場、餐館、電影院以及娛樂設施，讓空中旅行變成一種娛樂。而小飛機則會變成飛行的"汽車"概念，在未來會給人類提供更多元的空中旅行方式——垂直起降，快速短距離穿梭，或者向大航空器中轉，其小型、高效的發動機的能源只是太陽能或電池。
也許在不久的將來，乘飛機就像坐地鐵和公共汽車一樣方便快捷。乘客甚至可以在飛機到達之前先進入"模組化的機艙"，就像現在先把行李和貨物放到集裝箱裏，等飛機到達時再被快速裝到飛機上一樣。
也許人類真的能在未來的50年~100年的時間裏，使用超導技術讓人類徹底擺脫地球引力束縛，讓所有的飛行器（車輛）在電磁軌道裏穿行，這才是航空器最為革命性的改變。
探索未來，是人類文明一種重要的表達方式。預見未來既是艱難也是樂趣，不管將來的發展是否符合我們的預期，但有一點是肯定的，在接下來的50年時間裏，人類都會插上科學和夢想的翅膀，更自由地在天空中翱翔。未來飛行世界的最終邊際，應該是整個宇宙。（本文發表於《中國民航報》）
新聞來源：民航資源網
