我熱愛航空業(yè)。它可以安全有效地運送人和貨物，也是全球貿(mào)易的強大動力。航空業(yè)一直處于技術(shù)創(chuàng)新的前沿和領(lǐng)先地位?，F(xiàn)在，全世界都在期待我們能找到碳排放和影響環(huán)境的持久解決方案。

航空業(yè)深知面臨著越來越大的挑戰(zhàn)——需要更有效的方式減少碳排放。多年來，航空航天在飛機效率、運營和生產(chǎn)環(huán)境方面取得了巨大進步，但仍有大量工作需要去做。這些數(shù)據(jù)是不容置疑的。航空業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳占全球人為二氧化碳排放量的2%-3%，以及所有運輸方式所產(chǎn)生的二氧化碳排放量的12%。作為航空業(yè)認真對待這一問題的例證，今年2月，達美航空宣布將投資10億美元用于碳排放治理，它也成為全球首家實現(xiàn)碳中和的航空公司。

因此，一些重要的問題成為這一挑戰(zhàn)的癥結(jié)所在。

航空業(yè)如何保證在發(fā)展技術(shù)和經(jīng)濟的同時減少其碳排放？航空業(yè)怎樣才能保證可持續(xù)發(fā)展的同時，繼續(xù)成為經(jīng)濟活力的“源泉”？

航空業(yè)界的許多人相信，航空業(yè)的發(fā)展在于電推進。最大的困難是儲能(電池技術(shù))需要進步。今天，我們在電推進方面面臨兩大嚴峻挑戰(zhàn)。

能量和功率密度

重量大并不利于飛機的飛行。如果我們的商業(yè)航空飛機需要安裝電池來提供動力，那么，飛機將會非常重，無論從空氣動力學(xué)、運營還是經(jīng)濟角度來說均不可行。甚至如果是更為小巧的電動支線飛機，其航程也將無法超過500海里，這在經(jīng)濟上也是不可持續(xù)的。

原因是能量儲存的能力(以能量密度表示，單位是千瓦時/千克)和將該能量轉(zhuǎn)換為動力的能力(以功率密度表示，單位是千瓦/千克)。當你意識到噴氣式飛機燃料的能量密度是現(xiàn)今電池的50倍、而一臺典型的噴氣式發(fā)動機的功率密度是當今電動發(fā)動機的3倍時——我們眼前亟待解決的任務(wù)便顯而易見了。此外，由于傳統(tǒng)飛機燃料燃燒，飛機變得更輕。

值得注意的是，航空燃料比前幾代燃料更清潔、更高效，創(chuàng)新應(yīng)該確保將來的污染更少,但是燃料仍然會產(chǎn)生污染。

總之，全電動洲際飛機需要在能量和功率密度方面實現(xiàn)巨大的改進，而這不會很快實現(xiàn)。

動力管理

除了產(chǎn)生更大的動力，我們還需要加強對動力和熱環(huán)境的控制、保護和管理。而且，在高空進行大規(guī)模的電力管理絕非易事，這需要更加完善的專業(yè)技術(shù)。

高效的電力分配和轉(zhuǎn)換技術(shù)需要最大限度地利用可用電力，并將熱管理系統(tǒng)最小化。我們需要高電壓系統(tǒng)來幫助商用飛機實現(xiàn)這一目標。然而，在高空實現(xiàn)超高電壓絕緣十分困難。我們需要額外的間距和絕緣系統(tǒng)，而這將影響飛機的重量。同時，在飛機上安全地使用和管理電力，其系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要，這構(gòu)成了另一項重大挑戰(zhàn)。

由于交付具有電推進的商用航空運輸飛機面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)，因此，我們認為，降低航空業(yè)碳排放的最佳方式是從混合電推進開始。

這在技術(shù)上是可行的，如果有效加以規(guī)劃，將確保企業(yè)的生存能力和增加就業(yè)機會。小型飛機的混合電推進就是一個很好的起點。

我們認為，要為一架載客量不足50人的混合電動支線飛機提供動力，電池的能量和功率密度需要在當前的基礎(chǔ)上翻倍。我們相信，這一目標將在未來數(shù)年內(nèi)達成，并且載客量不超過50人、航程不超500英里的混合電動客機將在未來10到15年內(nèi)實現(xiàn)適航。

要知道，我們花了30年的時間才把上世紀80年代的大型商業(yè)航空運輸飛機的功率密度提高了50%，由此可將這一新的挑戰(zhàn)將有多么艱巨。

在商用混合電推進方面，航空業(yè)走在了技術(shù)的前沿，這也是波音、空客、柯林斯宇航等公司現(xiàn)在加大投資研發(fā)力度的一個重要原因，旨在推動商用飛機電動和混合電推進早日成為現(xiàn)實。如果你在航空航天和國防這樣的高科技行業(yè)落后于人后，就很難迎頭趕上了。作為一個航空業(yè)的公司，保持領(lǐng)先是至關(guān)重要的。

但是，這些挑戰(zhàn)不應(yīng)被視為推遲商用電動和混合電推進技術(shù)研發(fā)的理由。事實上，我認為我們應(yīng)當加速推進這項工作最強有力的理由是：這一技術(shù)能為原始設(shè)備制造商、航空公司、乘客和我們的環(huán)境所帶來的巨大裨益，值得我們付出努力。

聯(lián)合技術(shù)公司的內(nèi)部研究表明，商用電動和混合電推進技術(shù)能夠：

1.降低多達85%的飛機噪音?

2.提升高至40%的燃油消耗率?

3.減少20%的二氧化碳排放

4.降低多達20%的航空公司運營和維護成本

電動推進技術(shù) 混合電推進技術(shù) 電動和混合電推進技術(shù)

在2019年4月，柯林斯宇航宣布建立“電網(wǎng)”(The Grid)彰顯了其對開發(fā)電動和混合電推進技術(shù)的決心：在伊利諾斯州羅克福德建造一個占地25,000平方英尺的下一代電力系統(tǒng)集成設(shè)施?！半娋W(wǎng)”將成為航空業(yè)最先進的電力系統(tǒng)實驗室，并將成為電動飛機新產(chǎn)品和系統(tǒng)開發(fā)的測試平臺。

柯林斯將利用“電網(wǎng)”測試大功率發(fā)電機、配電系統(tǒng)和電機，以及安裝和測試連接系統(tǒng)，如驅(qū)動、空氣管理和渦輪機械?！半娋W(wǎng)”將飛機架構(gòu)集成測試提升到一個新的水平。

柯林斯宇航預(yù)計于未來三年內(nèi)投入1.5億美元在電源系統(tǒng)領(lǐng)域，其中包括投資于該實驗室的5000萬美元；過去10年里，柯林斯宇航已在推進多電架構(gòu)方面投資了30億美元。

柯林斯宇航在建立“電網(wǎng)”時，可持續(xù)地實施建設(shè)也是關(guān)注重點。到目前為止，我們已經(jīng)使用了：

1.400萬磅再生混凝土

2.50萬磅再生鋼

3.全電動拖拉機挖掘和移動土壤

“電網(wǎng)”實驗室還將作為聯(lián)合技術(shù)公司“804”項目關(guān)鍵部件的研發(fā)基地，該項目是是一架支線飛機大小的混合動力驗證飛機，我們與普惠公司一起支持該項目。該驗證機將包括一個優(yōu)化巡航效率的發(fā)動機和一個電池供電的電動機。“804”項目的混合電推進系統(tǒng)預(yù)計將平均節(jié)省30%的燃料。

除了主要關(guān)注于混合電推進，“804”項目預(yù)計還將推進其他技術(shù)的發(fā)展，如功率密度更高的電子設(shè)備、輕度混合動力的大型發(fā)動機和混合輔助動力裝置。

當我們考慮應(yīng)用于更廣泛的航空業(yè)時，我們發(fā)現(xiàn)了一個獨一無二的機會，可以繼續(xù)與世界連接，在減少排放量和整體環(huán)境足跡的同時促進全球貿(mào)易，對下一代混合動力和電動平臺的戰(zhàn)略投資是非常值得的，這對我們的行業(yè)來說也是一個激動人心的時刻。
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