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航空领域颠覆性技术
2016-11-15 09:25:30 作者:赵群力 来源:中国航空报

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  对颠覆性技术的认识

 

  关于对颠覆性技术的认识,主要有以下五点。一是发展颠覆性技术是构筑先发优势的关键。二是颠覆性技术是航空装备升级换代的决定性力量。三是颠覆性技术具有风险高、周期长的特点。四是发展颠覆性技术必须要注重对新技术的集成。五是发展颠覆性技术必须要关注实际使用效果。


  颠覆性技术这一概念最早是在1995年由哈佛大学的一位教授提出的。今年8月份国务院发布了“十三五”科技创新规划,规划提出要把构造先发优势作为重点任务。如果要构造先发优势,就必须要加强颠覆性技术的研究,这就是现阶段我们为什么要注重颠覆性技术。


  二是颠覆性技术是航空装备升级换代的决定性力量。颠覆性技术很早就在航空领域产生和发展,例如,人类最早升空是采用气球,依靠空气浮力,到莱特兄弟发明飞机就是一种颠覆性的变化。之后到1939年西科斯基发明直升机,采用旋翼技术来实现;贝尔公司从螺旋桨飞机发展到喷气式飞机,这些都是颠覆性技术。从过去追求飞机的高速,到追求隐身,再到超机动飞行,这些技术也都是颠覆性的。所以说,颠覆性技术是促进航空装备升级换代的决定性力量。


  三是颠覆性技术具有高风险、周期长的特点,因为它涉及很多新的技术领域,存在很多不可预知的风险。国外有很多项目做了很多年,最后被迫下马。例如,美国的X-30、RAH-66、E-10、ABL,还有一些多次发生事故的项目比如HTV-2、X-51等等。


  四是发展颠覆性技术必须注重对新技术的集成。发展颠覆性技术必须要借鉴其他专业、其他学科的新技术。中国工程院院士徐匡迪认为,颠覆性技术必须是基于坚实的科学原理,而不是神话和幻想。准确地说他们都是科学原理的创新型应用;成功的颠覆性技术往往是跨学科、跨领域的集成创新,而不是设计、材料、工艺方面的线性创新。


  五是发展颠覆性技术必须要关注实际的使用效果。例如,欧洲开发的“协和”超声速客机,这个飞机从技术上达到了原来的技术目标,但是在使用过程中发现它的噪声、油耗、成本经济性的问题超出了原来的预期,原计划想卖200多架,实际上只卖了20多架,导致这个飞机没有得到预期的商业成功。


 
具有颠覆性潜力的新技术

 

  具有颠覆性潜力的新技术,主要包括高超声速技术、无人机技术、变体飞机技术、高速直升机技术、空基发射航天器技术、分布式电推进技术、激光武器技术和计算材料学。


  高超声速技术,特点是飞行速度快,可以执行远程快速的任务,侦察、作战,也可以执行作为航天器发展的第一级,进行空间发射,用途广阔。但它的技术难度非常高,包括动力、布局和热结构等问题。近些年,陆续取得了重要的进展。


  无人机技术,得益于信息技术的发展,形成了多种新的用法,发展潜力巨大。现在美国和欧洲、俄罗斯都在研究一些新的无人机,包括作战用的、空中加油用的、运输用的,等等。


  变体飞机技术,通过变体的方式提高飞机飞行效率。难点在于如何实现飞机变体,速度要快,幅度也要足够大。经过长期不懈的研究,现在这项技术也取得了突破。


  高速直升机技术,目前直升机的飞行速度、航程和携带任务能力都非常有限。为了满足未来的发展需要,美国、欧洲和俄罗斯都开展了高速直升机的技术研发,飞行速度定为400~500千米/时。


  伪卫星技术,让飞机像卫星一样更长时间在天上停留,执行长期连续的监视、观测、通信和导航等任务。现在欧洲、美国、中国都开展了一些研究。英国的“西风”太阳能无人机,目标是巡航高度在2.1万千米,续航时间达到3个月,这个飞机计划在今年完成首飞,现在英国国防部已经有了订货。


  空基发射航天器技术,目前发射卫星成本高、对发射场依赖性大、使用不灵活。现在国外在研究用飞机来发射航天器技术,这项技术的概念最早在20世纪90年代就有了,美国叫轨道科学公司曾经用“飞马座”火箭发射过400千克的载荷。但是它的发射能力相对来说比较小,只能发射一些小的载荷。从发展趋势上可以看到,不管是美国或者是俄罗斯都在研究和发展这项技术。如果这项技术将来普及的话会有很多的卫星发射通过航空器来实现。


  分布式电推进技术,把涡轮发动机产生的能量转变为电能,优势是空气流量增大、发动机油耗降低。在起飞和降落不需要发动机满负荷工作时,通过电动机来工作,可以降低工作消耗。现在美国和欧洲都有一些分布式电推进发动机的计划在往前走。


  机载激光武器,反应速度非常快,以光速进行杀伤;成本很低,发射一次只付出能量的消耗。但是这个技术难度比较大,美国在20世纪90年代启动过机载激光器的研究计划,但最终由于重量太大、使用维护困难,没有达到预期目标,在2010年项目终止。


  计算材料技术,特点是可以通过材料的组成来计算预测它的性能,也可以通过所需要的性能指标来反算设计材料的构成,这样的话使材料的设计和研发取得跨越性的变化。但是这个技术也有几个难点,一个是材料的建模技术,材料多种多样,如何对每一种材料进行可靠、可信的建模;另外,还要有大量的数据库才能进行仿真和推算,使得材料的性能得以保障。现在这项技术在一些个别材料的设计和应用上已经得到应用。


 
加快颠覆性技术发展的建议

 

  加快颠覆性技术发展的建议主要有以下五点,一是加强基础研究。实际上我们国家也已经认识到基础研究的重要性,不管是国家科学自然基金还是航空基金的投入都在加大,除了资金投入、人才投入,更重要的是机制问题,基础研究的机制也要进行革命的变化才能使基础研究真正能够加强。


  二是加强技术引领。颠覆性技术原创性很强,用户事先很难了解技术到底有什么作用,可以达到什么效果。例如,“曼哈顿”计划,美国的科学家发现核物理的进步可能会导致原子弹的产生,他们主动联合写了一封信,通过爱因斯坦签字以后交给美国总统罗斯福,这是科学家发现颠覆性的技术会产生,而不是美国陆军或者是美国空军有这个需求让科学家研究,这是技术推动导致很典型的案例。在航空领域也有很多,包括喷气发动机的产生,它产生的时候也是先有发动机,发动机研制出来以后再找飞机,能用在战斗机上提高战斗机的飞行速度。


  三是要加强技术评价。要避免颠覆性技术风险,就要及时对技术进行评价。如果做颠覆性技术开发,也要加强这方面的技术评价工作。虽然这个评价非常困难,但也要继续坚持下去。美国对技术评价投入很多,并且动用了政府总审计署有一些第三方机构进行评价,从而保证它的技术在往前稳步的发展。


  四是完善创新机制。笔者在做研究时看过一篇美国总统科技咨询委员会写给总统的报告,报告里面讲到关于振兴美国制造业的方法,他们认为解决的方法不是要出台一些产业政策,而是要制定一些创新的政策。比如光伏产业、风电产业,国家有很多的优惠政策,最后的结果是产能的过剩。所以我们认为重要的是要制定创新的政策,而不是再出台一系列针对某一个产业的政策。


  五是要建设创新网络,解决创新中的风险问题。技术从发现到发展,到最后形成产业化,要经历很多过程。在这个过程当中风险最大的就是技术程度3到6的阶段。所以怎样维持这个阶段的科研工作需要有一个机制的创新,美国主要是政府投入,制造创新网络参与的成员,包括政府、大学、社区学院、国家实验室、大企业、小企业、初创性企业、风险投资伙伴等。它动用全社会的力量,有钱的出钱,有人力的出人力,有试验设备的出试验设备,这么一个庞大的群体参与进来,每个群体的诉求是不一样的,所以它要制定一个有针对性的机制能够各取所需,各尽所能,实现协同创新,这样使创新进入良性的可持续创新发展的阶段。(作者单位为中航工业发展研究中心)

 

 

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