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新民環球|新能源飛機研發方興未艾,多國企業「爭搶跑道」,「中國制造」值得期待

2024-08-31科技
如今買車,消費者會選擇汽柴油等傳統動力汽車,還是混合動力?恐怕有相當多消費者會考慮新能源車。在中國,從第一塊綠牌車開上馬路,直至電動汽車暢銷,大約花了不到十年時間。那麽飛機呢?
瑞典電動飛機制造商「心臟航空航天」(Heart Aerospace)正在研發ES-30電動飛機,預計2030年投入載客執行。在國內,由中國航空工業集團有限公司自主研發、該集團下屬野馬飛機制造有限公司生產的AG60E型電動飛機近日已完成首飛。
電動飛機的出現意味著什麽?未來是否會像電動汽車一樣搶占民航客機市場?
成功之路能否復制
瑞典ES-30飛機的研發者「心臟航空航天」是一家成立於2018年的創業公司。4名創始人透過參加歐洲航天局(ESA)支持的孵化計畫,獲得了啟動資金和技術支持,之後又獲得了瑞典創新局和歐盟「地平線2020」計劃的資金扶植。今年5月,「心臟航空航天」宣布將部份技術開發內容轉移到美國。按照該公司研發負責人凱瑞斯托弗·勒萬多夫斯基的說法,是因為美國的飛機市場比瑞典大。也有訊息披露稱,美聯航、美國航空等對ES-30飛機感興趣。
圖說:「心臟航空航天」研發負責人凱瑞斯托弗·勒萬多夫斯基在ES-30電動飛機內部模型中。圖源:GJ
不過觀察人士發現,目前的ES-30如果單純采用電池技術,最遠只能飛行32公裏。如果算上起飛地和目的地機場,這一飛行距離毫無實用價值。以現有技術條件,完全不可能投入商用。目前,「心臟航空航天」希望透過增加「永續生物噴射燃料」執行的發動機,來延長ES-30的飛行時間,期望達到飛行距離182公裏的設計目標。盡管該公司特別強調使用「生物噴射燃料」,其實歸根到底ES-30下一步將走油氣混合路線。號稱使用生物燃料,顯然是為了標榜自己註重永續發展和環保。
當然,從ES-30如今能飛行32公裏來看,還是不容小覷的。畢竟,這是一款預計載客量30座的飛機。「心臟航空航天」2021年宣布的型號為ES-19,即19座飛機,假設以現有的電池動力能力制造19座飛機,飛行距離一定遠超32公裏。目前,ES-30的動力系統由一個渦輪發動機、一個發電機,加上四個單台功率500千瓦的電機和四個螺旋槳組成,當然還有電池組——多模組的電池組每個模組容量1.5百萬瓦時,飛行過程中永續充電。比較121年前,1903年12月17日萊特兄弟發明飛機時,總共才飛行了12秒,共36.5公尺,ES-30的起點已經不低了。
圖說:瑞典「心臟航空航天」研發的ES-30電動飛機。圖源:GJ
2021年9月15日,羅爾斯-羅伊斯公司研發的「創新精神」號純電動飛機,配備了當時功率密度最大的飛機用電池組和400千瓦的電動推進系統,飛了大約15分鐘。2022年9月27日,比「創新精神」號大了不少的全球首架9座級電動飛機「愛麗絲」才飛了8分鐘,飛行高度也只達到1070公尺。比之這些先驅,ES-30已有所進步。
燃油飛機歷史上從雙翼螺旋槳到超音速噴射式大客機——當年英法合作的「協和」號,以及蘇聯生產的圖-144,花費了半個多世紀。此後經過航空公司利潤測算,擯棄了超音速大客機,以更具有盈利空間的雙發動機雙鍊結長距離大飛機為主。電動飛機的未來,仍要從航空公司利潤等方面去考量,設計符合需求的款式。燃油客機的成功之路,必然也是新能源飛機所要探索的路徑。
多國研發欲占先機
在ES-30、「愛麗絲」兩款新能源飛機誕生之前,早在2018年,日本石川島播磨重工、川崎重工、斯巴魯、日立制作所、三菱重工航空發動機和三菱電機6家企業宣布聯合成立「日本飛機電動化聯盟」(Eclair),旨在結合日本企業的「優秀電動化基礎技術和飛機技術」,挑戰新型飛機的開發。
圖說:全球首架9座級電動飛機「愛麗絲」。圖源:GJ
2019年1月,日本產經省與美國波音公司就飛機電動化及制造自動化等先進技術,達成推進開發合作的協定。顯然,日本產經省想要「搶跑道」,希望在電動飛機領域先得到「分羹權」。
而幾乎與此同時,英國羅爾斯-羅伊斯公司也開始進行混合動力飛機研究,「創新精神」號首飛以後,該公司將目標定在了全電動飛行達到時速480公裏。
多個國家都瞄準了2030年碳排放歸零的目標,中國當然也在行動。2023年10月,中國工業和資訊化部等四部門印發【綠色航空制造業發展綱要(2023-2035年)】。其中提到,到2025年,國產民航機節能、減排、降噪效能進一步提高,航空綠色制造水平全面提升,綠色航空產業發展取得階段性成果,安全有效的保障體系基本建成。具體來說,這份綱要不僅提及「永續航空燃料的國產民航機實作示範套用」,更提及「電動通航飛機投入商業套用,電動垂直起降飛行器(eVTOL)實作試點執行」,當然還有「氫能源飛機關鍵技術完成可行性驗證,綠色航空基礎設施不斷夯實」。屆時,中國將形成一批標準規範和技術公共服務平台,有效支撐綠色航空生產體系、營運體系建設。到2035年,中國的新能源飛機將有大發展,成為中國交通運輸體系中的重要一部份。
目前來看,歐洲對新能源飛機研發使用相當積極。2020年6月10日,歐洲航空安全域為斯洛維尼亞蝙蝠飛機公司制造的輕型電動飛機Velis Electro頒發型號授權證,這是全球首架獲得歐洲航空安全域認證的全電動飛機。
但業界人士提醒,對於中國的航空器研發企業來說,一旦市場環境發生變化,需要註意歐洲的態度。前車之鑒就是新能源車。在新能源車研發初期,歐洲方面特別熱衷,而且制定了新能源車發展「路線圖」。然而在中國生產的新能源車占據了歐洲市場不少份額之後,歐洲又推遲了油車淘汰計劃。
低空領域有望商用
當然,中國市場足夠大。在航空器,特別是通用航空領域,中國有正待開發的新市場「藍海」。在國家大力發展低空經濟、推動戰略性新興產業的當下,新能源飛機研發方興未艾。
今年1月,AG60E電動飛機在浙江建德千島湖通用機場圓滿完成首次飛行。同ES-30飛機類似,AG60E電動飛機目前在航程、航時上還達不到套用場景的需要,但基本已經達到「萬事俱備,只待電池」的地步。野馬飛機制造公司董事長李屹暉表示:「一旦電池成熟度達到了工程化套用水平,電池熱失控有了解決方案,AG60E電動飛機就可以快速推出產品,走向市場套用。」
圖說:中國AG60E型電動飛機完成首飛。圖源:GJ
國際策略研究員陳佳表示:「在中國新能源科技公司釋出凝聚態電池技術之前,業界通常認為該技術尚處在實驗室研發階段,凝聚態電池量產計劃的推出,大大縮短了全球新能源產業鏈技術革新的等待時間。」
比起翼展8.6公尺、機身長6.9公尺的單翼輕型運動飛機模樣的AG60E,目前廈門推出的幾款垂直起降的「飛行汽車」,即電動垂直起降飛行器,外表與傳統飛機不同,其中一款外表看上去與已經廣泛使用的農業植保無人機有些類似——沒有帶輪胎的起落架,上部不是兩翼布局,而是有四旋翼。這款電力驅動的植保無人機已經替代了傳統運-5飛機的作用。運-5作為新中國生產的首款飛機,直至如今仍在一些地方用於農藥噴灑等工作。而隨著電動無人機等新能源飛行器的大量投入使用,運-5很快將徹底退休。目前來看,首先在低空經濟領域,新能源飛機投入商用的日子越來越近。