到2050年時，空中交通量將增加七倍，溫室氣體排放量將增加四倍。為了解決這個問題，飛機制造商和年輕的工程師們正在設(shè)計未來的概念機型，它們可以靠電能和生物燃料提供動力。未來的飛機可能還會擁有創(chuàng)新的機翼設(shè)計，從大自然汲取靈感的機身形狀，此外飛機還將搭載更加智能、更加小型的計算機方便操控。
01. 環(huán)保 全面電能化
布里斯托爾大學(xué)的航空航天工程研究員Ash Dove-Jay博士表示：要讓航空業(yè)變得更加環(huán)保，就必須實現(xiàn)商用飛機的全面電能化。這樣的飛機使用“綠色”電站供應(yīng)的電能，不會再排放二氧化碳和氮氧化物。
要實現(xiàn)飛機電能化，必須克服一個重大技術(shù)難關(guān)：電池的能量密度。這個指標(biāo)衡量的是一定重量的電池可以產(chǎn)生多少能量。
特斯拉汽車公司CEO Elon Musk說過，如果每千克電池能夠產(chǎn)生400 wh的能量，電池和飛機總質(zhì)量的比率達(dá)到0.7至0.8，那么，可以在洲內(nèi)飛行的電能飛機就會變得“富有吸引力”。
鑒于鋰離子電池的能量密度目前已經(jīng)可以達(dá)到300Wh/kg，在未來十年內(nèi)，它們確實有可能達(dá)到400Wh/ kg，因此電能飛機的普遍使用不再遙遠(yuǎn)。
空中交通量和溫室氣體排放量正在節(jié)節(jié)攀升，促使飛機設(shè)計師們推出新型設(shè)計。比如美國航空航天局和波音公司專家設(shè)計的這款翼身融合機型。
02. 生物燃料會成為一種替代型燃料
隨著太陽能發(fā)電成本下降，以及鋰離子電池價格下降。到2050年，使用傳統(tǒng)的煤油噴氣燃料就會變得過于昂貴，這種情況將大大有利于飛機的電能化。而生物燃料可能會成為飛機使用的一種替代型燃料。生物燃料可以讓碳排放量減少36%至85%，具體百分比取決于種植燃料作物的土壤類型。
2009年，一種生物和煤油混合燃料通過了驗證，但是由于一些小小的技術(shù)障礙，以及生物燃料生產(chǎn)尚未擴大到工業(yè)級水平，航空業(yè)迄今還沒有積極采用這種混合燃料。Dove-Jay博士說，這種燃料未被采用的主要原因在于，它的價格還需要十年時間，才能降至與化石燃料大致相當(dāng)?shù)乃健Ｈ魏涡滦惋w機技術(shù)的采用，都需要經(jīng)過從研究到設(shè)計草圖，再到測試和全面整合的過程，通常會歷時十年之久。
這是美國航空航天局的電能飛機概念圖
03. 飛機設(shè)計將會變得面目一新
如果飛機實現(xiàn)了電能化，它們就不再需要笨重的推進(jìn)系統(tǒng)和方向舵，飛機設(shè)計也就會變得面目一新。在未來，飛機的機翼形狀可能與如今截然不同，甚至可能會像鳥兒的翅膀那么靈活。美國航空航天局展示過一個類似于宇宙飛船的“翼身融合”設(shè)計，而空中客車公司的2050概念機(如下圖）擁有無比彎曲的機翼和非同尋常的機尾。
04. 搭載更加智能化的計算機
2050年，飛機和空中交通管制將使用更加智能化的計算機。如今，計算機技術(shù)每個小時的發(fā)展，都超過了它最初90年的發(fā)展總和。因此專家預(yù)測，到2023年，一臺1000美元左右的中低端計算機，其性能就可以超越一個人的潛在腦力，到2045年，其性能將超越地球上所有人類腦力的總和。
未來飛機不僅擁有不同的機身形狀，而且還會搭載更加先進(jìn)的計算機，如左圖中這架歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)的E-Thrust Project概念機就是如此。
過去半個世紀(jì)中，數(shù)字電子器件的維度也在迅速縮小。1970年，計算機中的晶體管大小約為1000納米，如今已經(jīng)縮減到23納米。隨著石墨烯晶體管的出現(xiàn)，這個數(shù)字有望在2025年進(jìn)一步降至約7納米——相當(dāng)于人類紅細(xì)胞的大小。
計算能力增加，電路維度減小，再與3D打印技術(shù)相結(jié)合，這意味著，足以控制飛機的超小型計算機有望在未來十年內(nèi)出現(xiàn)。使用數(shù)字仿生“神經(jīng)系統(tǒng)”，并在飛機上安放接收器，用來感測壓力、溫度和氣流狀態(tài)，將有助于大幅改善飛機的能效。
在未來，這些系統(tǒng)甚至可以結(jié)合軟件和硬件機制來改變飛機的形狀，使之變得更加高效。
