《華爾街日報》：這些外形奇特、節能的飛機，有朝一日你或許能乘坐

現代客機的設計可追溯至20世紀50年代：金屬機身搭配後掠翼，下方懸掛噴氣發動機。它們能帶你往返目的地。但經過數十年的研究，到21世紀30年代末，你的度假之旅可能會由一種截然不同的飛機執飛。

美國國家航空航天局(NASA)的科學家表示，諸如"翼身融合"等非常規設計——目前用於某些軍用噴氣機，將機艙和機翼合為一體——作為客機的可能性已被討論多年。如今，隨着對氣候變化的擔憂加劇以及新型製造材料的出現，這種重新構想的設計離現實更近了一步。

現有飛機的每一項節油空氣動力學效率幾乎已被榨乾。新一代飛機需要更大膽的設計來滿足新的環保標準和航空公司的經濟性，這迫使飛機制造商重新設計。

目前這些設計主要以藝術效果圖、模型和小型原型機的形式存在。這種情況可能即將改變。NASA在6月發起了一項競賽，邀請美國公司設計和建造全尺寸演示機。參賽規則要求設計目標為波音737級別、可搭載150名乘客的飛機。該機構希望原型機最早能在2027年試飛，並準備在下個十年投入量產。

該機構不會對截止9月提交的方案置評，但指出了研究人員和飛機制造商近期提出的替代設計方案。其中包括形似飛翼的機身設計，乘客可10人並排乘坐（波音737為6人一排）；另有采用細長機翼的設計，需摺疊才能停靠機場廊橋；部分方案用安裝在機尾的後向螺旋槳取代了翼下噴氣發動機。

所謂雙氣泡概念設計將兩個近乎圓形的機身結合，利用飛機主體提供升力，而非主要依賴機翼。圖片來源：美國宇航局（效果圖）美國宇航局十年前舉辦過類似競賽，當時更關注設計效率而非商業可行性。如今，該機構聚焦於能提升能效並投入機隊運營、真正改變航空業排放的機型。“我們研究先進構型已有20年，但上次去機場時，我沒看到任何這類飛機在飛行，“NASA飛行演示與能力項目經理布倫特·科布利説。

飛機設計師們已圍繞三種主要設計形成共識，最新競賽參與者表示這些設計很可能成為參賽方案亮點。它們擁有諸如跨音速桁架支撐翼、混合翼體和雙氣泡等新奇名稱，反映出與當前全球商用客機主流設計的顯著差異。

NASA在其2023財年260億美元預算申請中，僅劃撥約10億美元用於航空相關活動（與往年持平），但官員表示其研究成果已影響現役飛機的每個部件。該機構還計劃動用太空預算，為獲勝設計（將於1月公佈）的部分建造測試提供資金。本世紀空客集團和波音公司開發的新機型需投入百億美元以上，因此任何未來機型都需要大量外部資金支持。

麻省理工學院國際航空運輸中心主任R·約翰·漢斯曼教授表示，這類設計主要通過減少空氣阻力來提高燃油效率並降低排放。

漢斯曼教授指出，混合翼型（將兩個近似圓形的機身結合為雙氣泡結構）的設計利用飛機主體而非主要依賴機翼提供升力，同時無需會增大阻力的水平尾翼。

美國國家航空航天局與波音公司合作開發的跨音速桁架支撐翼模型採用細長機翼降低飛行阻力，但需配備支撐結構。圖片來源：美國國家航空航天局（效果圖）跨音速桁架支撐翼模型採用傳統客艙筒體設計，兼具空氣動力學效率與易於加壓的特性，確保乘客在高空能正常呼吸。其超薄機翼相較傳統設計飛行阻力更小，但結構更脆弱，需通過支撐桁架緩解與機身連接處的應力。

儘管波音與競爭對手空客多年來致力於激進設計，航空公司仍傾向對傳統飛機進行成本更低的漸進式改進。鑑於全新設計需要鉅額投資，飛機制造商始終不願率先行動。

與整個航空業一樣，大型飛機採購商支持減少氣候足跡的目標，但質疑新設計的經濟性。“世界會為此趨之若鶩嗎？“全球最大噴氣式客機租賃公司之一——航空租賃公司首席執行官約翰·普魯格發問。

“如果我們不這樣做，就永遠不會有改變，”美國國家航空航天局（NASA）可持續飛行國家合作計劃的任務整合經理裏奇·沃爾斯説，該計劃包括飛機設計競賽。“我們必須迅速將其引入機隊，以對氣候產生影響。”

沃爾斯表示，參加NASA競賽的參賽者必須證明他們的設計可以以每月60架的速度大規模生產。該競賽與行業開發新動力系統的努力同時進行，包括氫和電力等噴氣燃料的替代品，以及複合材料和新的製造系統。

德國航空航天中心開發的混合翼設計可容納500名乘客。照片：德國航空航天中心（效果圖）“我相信20年後我們會看到一些不同的東西，”他説。

NASA表示，其目標之一是打造一個“國家冠軍”，為美國最大的飛機制造出口行業提供先發優勢。歐洲國家，特別是法國、德國和英國，以及中國、日本和韓國，也在關注全新飛機設計的重大飛躍。

該機構表示，儘管波音公司在生產大型商用飛機方面主導了美國市場，但這將是一場真正的競賽。該公司已經在與NASA合作開發桁架支撐機翼設計。

波音公司表示，十多年來一直在研究這一概念，並在燃料消耗和排放方面看到了巨大的潛在好處。“因為我們正在參加一場激烈的競賽，目前無法進一步評論，”該公司表示。

在研發新型噴氣式客機的競爭中，沃爾斯先生表示，他並不預期會看到像300多家公司爭相開發空中出租車那樣的盛況，但也不乏非傳統參與者。“世界上有很多富人，只要找到合適的那位……“他説。

但新型客機設計很可能面臨與新興空中出租車行業相同的挑戰：説服人們乘坐不熟悉的飛行器。美國宇航局表示，乘客接受度是其競賽的評判標準之一。

沃爾斯先生指出，早期對飛翼式設計的研究發現，坐在外側座位的顛簸感與乘坐波音747後排無異。他補充説，部分研究還表明這類設計的緊急疏散速度可與常規設計媲美。

作為競賽負責人，沃爾斯和科布利希先生拒絕討論他們預期2030年代末機場會出現何種飛機。在為本文進行的視頻採訪中，兩人背景中沒有任何可見的照片、效果圖或模型——連兒童畫作都沒有。“我不敢展示任何構型，那會顯得我有所偏袒，“科布利希先生説，他目前的演示材料使用的是自然風光照片而非飛機圖像。