（原標(biāo)題：NASA又出新“花招”，許你最美航空夢(mèng)）

大名鼎鼎的NASA今年又出新“花招”啦，五大新穎的ideas：超高效低發(fā)射航空動(dòng)力、多部件小巧電動(dòng)機(jī)、高效鋰氧電池、展向自適應(yīng)機(jī)翼、輕質(zhì)共形天線，將引領(lǐng)航空領(lǐng)域的一場(chǎng)變革！讓我們拭目以待……

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）將在今年組織航空隊(duì)實(shí)施五項(xiàng)新的想法。截至目前，沒(méi)有人知道這些想法能否成功實(shí)施，但美國(guó)宇航局將進(jìn)行嘗試，如果他們中的任何一個(gè)成功，有望使得人類的生產(chǎn)生活更加便捷，我們的地球更加美好。

這是最近選擇的五個(gè)航空相關(guān)技術(shù)背后的總體思路，作為NASA正在進(jìn)行的未來(lái)兩年融合航空航天解決方案研究的一部分，面世僅第二年，但在未來(lái)的兩年中，將會(huì)進(jìn)行一系列深入的研究。

研究人員將研究一種新的燃料電池，并運(yùn)用3D打印技術(shù)提高電動(dòng)機(jī)的輸出，通過(guò)鋰-空氣電池儲(chǔ)存能量和改變飛行中機(jī)翼的形狀以及在采用輕質(zhì)氣凝膠制備新天線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一種新的飛行機(jī)制。

“除了我們?cè)?015年已提出的觀念之外，這五個(gè)創(chuàng)新的觀念都有望能幫我們解決在航空領(lǐng)域面臨的一些挑戰(zhàn)?！?NASA的經(jīng)理Doug Rohn針對(duì)航空理念變革項(xiàng)目說(shuō)道。

這些挑戰(zhàn)包括減少燃料的使用，減少航空對(duì)環(huán)境及機(jī)場(chǎng)周邊的噪聲污染，以及隨著世界各地空中交通的普及造成的空間擁堵。有很大的可能和去年一樣，在研究完成后發(fā)現(xiàn)由于技術(shù)、成本、物理定律等原因，該項(xiàng)研究是不可行的。至少目前為止無(wú)法達(dá)到預(yù)期目的。

“但是失敗是我們的選擇嗎？這取決于你對(duì)失敗的定義。我們要思考的是我們的觀念是否是可行的。一個(gè)成功的可行性評(píng)估確定的是我們的觀念是否可行”Rohn說(shuō)。

今年選擇的可行性研究的五個(gè)理念包括如下：

drawing interaction of money and success on chalk board

NASA的研究人員正在研究使用一種新型的燃料電池，從標(biāo)準(zhǔn)的航空燃?xì)庵蝎@得氫氣，從空氣中獲得氧氣，并將這兩個(gè)元素結(jié)合發(fā)電，供應(yīng)全電動(dòng)或混合動(dòng)力電動(dòng)飛機(jī)所需的電力。

1、FUELEAP: 發(fā)展超高效低排放航空動(dòng)力

該理念是指能否有新的燃料電池可為電推進(jìn)式通用航空尺寸的飛機(jī)提供動(dòng)力。

燃料電池通過(guò)氫氣和氧氣的結(jié)合產(chǎn)生電力，它從二十世紀(jì)六十年代中期的雙子星計(jì)劃起就成為NASA載人航天計(jì)劃的重要組成部分。通常情況下，氫氣和氧氣被制成超冷液體存儲(chǔ)在飛機(jī)上，這需要復(fù)雜且昂貴的儲(chǔ)罐和管道，而這對(duì)于小號(hào)的單引擎飛機(jī)來(lái)說(shuō)是不實(shí)用的。

研究人員將研究一種燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠從標(biāo)準(zhǔn)的碳?xì)浠衔锖娇杖細(xì)庵蝎@得氫氣，從空氣中獲得氧氣，然后將氫氣和氧氣結(jié)合起來(lái)發(fā)電。從這個(gè)過(guò)程中排出的產(chǎn)物也將通過(guò)渦輪機(jī)來(lái)增加能量輸出。

相對(duì)于將燃料直接放在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒，燃料電池可以更高效地產(chǎn)生能量，從而節(jié)省燃料、降低排放。這樣的系統(tǒng)也可以用于現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)，因?yàn)樗恍枰魏伟嘿F的新設(shè)施或設(shè)備安裝。

它不會(huì)像這樣工作，但NASA的研究人員正在探索使用3D打印技術(shù)去制造更輕、更強(qiáng)大的零部件，通過(guò)組裝創(chuàng)建出一個(gè)更強(qiáng)勁的電動(dòng)機(jī)。

2、加快增材制造創(chuàng)新電動(dòng)機(jī)

為了實(shí)現(xiàn)在未來(lái)十年乃至更久的綠色航空研究目標(biāo)，NASA考慮了相關(guān)的所有因素，而全電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)飛機(jī)則提供了有效的解決方案。

但除了與發(fā)電和蓄能相關(guān)的挑戰(zhàn)外，研究人員還希望通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳或風(fēng)扇產(chǎn)生推力來(lái)提高電動(dòng)機(jī)的功率密度（為了衡量一個(gè)電動(dòng)機(jī)的尺寸和質(zhì)量的關(guān)系，我們提出了功率的概念）

這里解決的問(wèn)題是隨著3D打印功能越來(lái)越強(qiáng)大，可以生產(chǎn)出更加輕便、體積更小的電動(dòng)機(jī)零部件，將這些零部件組裝在一起從而生產(chǎn)出功率密度更高的電動(dòng)機(jī)。

3、LION:鋰氧電池用于NASA電動(dòng)飛機(jī)

限制電動(dòng)飛機(jī)被廣泛使用的一個(gè)障礙是如何使電池儲(chǔ)存足夠的能量，即使是小型飛機(jī)短距離內(nèi)飛行。一個(gè)潛在的解決方案是使用電池中具有高的理論存儲(chǔ)容量鋰-空氣（Li-Air）電池（也稱鋰氧電池）。

鋰-空氣電池被譽(yù)為“會(huì)呼吸的電池”。 這意味著，當(dāng)電池能量耗盡時(shí)，氧氣進(jìn)入電池內(nèi)部與鋰離子發(fā)生反應(yīng)，而當(dāng)電池充電時(shí)氧氣被排出。

遺憾的是，標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)（保證電池正常工作的內(nèi)部材料）在鋰-空氣電池使用過(guò)程中被快速分解，使得電池的壽命只有幾個(gè)充放電循環(huán)。

研究小組人員將調(diào)查設(shè)計(jì)的可行性，使用新穎的、超穩(wěn)定、耐分解的電解質(zhì)，從而增加電池的續(xù)航時(shí)間，延長(zhǎng)飛機(jī)的飛行距離。

NASA的研究人員正在研究一種機(jī)械方法，使得飛機(jī)在飛行過(guò)程中擺動(dòng)機(jī)翼，從而可以縮小機(jī)尾尺寸，減少燃料的使用和排放。

4、自適應(yīng)的機(jī)翼翼展

我們通常使用更多的燃料、排放和噪聲來(lái)有效減少垂直尾翼的尺寸。

尾翼的大小基于飛機(jī)起飛或著陸期間發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)飛機(jī)依舊能停在機(jī)場(chǎng)跑道上而設(shè)計(jì)的。一旦飛機(jī)在巡航高度，較大的尾翼只是造成了燃料的浪費(fèi)以及阻力的增加。

一個(gè)潛在的解決方案是設(shè)計(jì)飛機(jī)的機(jī)翼尺寸，飛機(jī)兩端外露的機(jī)翼部分能在飛機(jī)起飛或著陸期間通過(guò)向上或向下折疊形成一個(gè)方向舵，從而減小垂直尾翼尺寸。

我們現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是如何最好地完成硬件移動(dòng)這一機(jī)械任務(wù)。我們需要解決的問(wèn)題包括如何最有效地在加入常規(guī)執(zhí)行器以及其他更加新穎的東西之后依舊設(shè)計(jì)得的小巧輕便？

如上圖所示，研究人員將研究并使用結(jié)實(shí)但質(zhì)輕的氣凝膠作為共形天線的基礎(chǔ)，通過(guò)天線可以將信號(hào)發(fā)射到載有無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的車輛彎曲表面。

5、超視距通信的輕質(zhì)共形天線

其中一個(gè)挑戰(zhàn)是如何控制載有商用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的車輛或無(wú)人機(jī)的增長(zhǎng)，目前的解決方案是讓其在國(guó)家空域系統(tǒng)中飛行，使得所有這類飛機(jī)在陸基飛行員運(yùn)營(yíng)商的視野內(nèi)通過(guò)無(wú)線線路進(jìn)行操作。

一個(gè)潛在的解決方案是通過(guò)一個(gè)基于衛(wèi)星的跟蹤系統(tǒng)來(lái)傳遞指令和控制通信，但相關(guān)的天線系統(tǒng)體積較大，安置于飛機(jī)表面會(huì)增加飛行阻力，加劇燃料的使用和排放。

研究人員希望通過(guò)部署撓性天線來(lái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信，由質(zhì)輕且較薄的氣凝膠做其基底，可緊貼飛機(jī)輪廓，從而減少阻力及燃料的使用和排放。

該天線的一個(gè)主要特點(diǎn)是可以往特定方向發(fā)射信號(hào)，從而保證了與衛(wèi)星的緊密聯(lián)系，同時(shí)最大限度地減少飛機(jī)飛行高度較低時(shí)來(lái)自地面的干擾。

今年入選的五個(gè)研究團(tuán)隊(duì)表示他們的研究人員分別來(lái)自弗吉尼亞州、加利福尼亞州和俄亥俄州的NASA航空中心的不同的技術(shù)部門。每項(xiàng)研究都涉及多學(xué)科，包含多個(gè)中心，直接關(guān)系到解決一個(gè)或多個(gè)NASA航空戰(zhàn)略研究目標(biāo)，所以做這些在某種程度上是在推動(dòng)國(guó)家的最先進(jìn)的航空變革。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中，一些團(tuán)隊(duì)針對(duì)其研究的技術(shù)進(jìn)行了為期兩天的演講，就如同企業(yè)家進(jìn)行投資時(shí)的經(jīng)歷那樣。