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氫動(dòng)力技術(shù)并非一種新概念技術(shù)，其早些年已應(yīng)用于無人機(jī)領(lǐng)域。但隨著人們對綠色航空發(fā)展的強(qiáng)化和認(rèn)知，其近兩三年來正向客機(jī)領(lǐng)域發(fā)展。尤其是在今年疫情席卷全球的嚴(yán)峻形勢下，空客和波音兩大航空巨頭仍在推動(dòng)氫動(dòng)力客機(jī)技術(shù)的發(fā)展。盡管這兩大巨頭關(guān)于氫動(dòng)力客機(jī)的市場化時(shí)限還存在著分歧，但總體而言，氫動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)定為未來發(fā)展的一種必然選擇。按照空客公司的說法：“氫能源是實(shí)現(xiàn)公司最終可持續(xù)性目標(biāo)所必需開發(fā)的多種方法之一”?？湛凸疽褜淠茉匆暈閷?shí)現(xiàn)未來十年將零排放商用客機(jī)推向市場目標(biāo)的主要能源。而波音公司則認(rèn)為，由于技術(shù)監(jiān)管方面的障礙和技術(shù)不確定性，氫動(dòng)力客機(jī)的開發(fā)前景和應(yīng)用可行性目前尚不明朗，短期內(nèi)難以推出氫動(dòng)力客機(jī)。
空客計(jì)劃未來十年內(nèi)推出氫動(dòng)力客機(jī)
空客公司計(jì)劃在21世紀(jì)30年代初將一款零排放商用客機(jī)推向市場，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最有希望的技術(shù)之一就是氫能。氫能是一個(gè)非常好的替代能源，可以實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)。氫可以由太陽能或風(fēng)能產(chǎn)生，其能量可以通過燃料電池驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或混合電動(dòng)飛機(jī)，這將大大減少航空業(yè)對氣候變化的影響。
在2024年至2025年的時(shí)間框架內(nèi)，空客公司需要作出關(guān)于技術(shù)選擇的一些重大決定，技術(shù)開發(fā)需要在未來4至5年內(nèi)獲得快速進(jìn)展。這些進(jìn)步需要超越“飛機(jī)邊界”領(lǐng)域擴(kuò)展到汽車和航天領(lǐng)域，這兩個(gè)領(lǐng)域都有使用氫能的經(jīng)驗(yàn)。
此外，空客公司還認(rèn)為，機(jī)場還必須為21世紀(jì)30年代的氫動(dòng)力飛機(jī)做好準(zhǔn)備，這意味著需要將氫氣引入機(jī)場，為地面設(shè)備提供動(dòng)力?；A(chǔ)設(shè)施和飛機(jī)開發(fā)同樣重要，目前已啟動(dòng)初步工作，試圖與能源公司開展后續(xù)合作，以擴(kuò)大氫能應(yīng)用規(guī)模。
然而，氫能只是未來混合燃料所需的一種能源。短期內(nèi)，可持續(xù)航空燃料(SAF)是最有希望的動(dòng)力源，但需要降低成本。從長遠(yuǎn)來看，科學(xué)家們認(rèn)為目前這一代生物燃料將達(dá)到可擴(kuò)展性的極限。
目前，氫燃料適用于200座飛機(jī)，但對于大型飛機(jī)來說，使用SAF或動(dòng)力液體燃料可能是更好的選擇。
鑒于目前電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，空客公司預(yù)測，電驅(qū)動(dòng)大型客機(jī)尚無法達(dá)到正常應(yīng)用水平。因此，空客公司將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到氫動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，以達(dá)到未來更經(jīng)濟(jì)、更潔凈航空運(yùn)輸?shù)哪康摹?/p>
波音認(rèn)為短期內(nèi)難以推出氫動(dòng)力客機(jī)
2020年9月22日，波音公司在競爭對手空客公司透露新概念氫動(dòng)力客機(jī)項(xiàng)目之后的第二天公開表示，由于技術(shù)監(jiān)管方面的障礙和技術(shù)不確定性，氫動(dòng)力客機(jī)的開發(fā)前景和應(yīng)用可行性目前尚不明朗。
就氫動(dòng)力客機(jī)而言，波音公司認(rèn)為，雖然氫能源具有獨(dú)特的應(yīng)用前景，但是該技術(shù)的推廣仍面臨很大困難。主要的難題是氫燃料的生產(chǎn)和存儲問題。幾十年來，航空航天業(yè)已經(jīng)對當(dāng)前渦輪渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)所需的煤油燃料有了全面認(rèn)知，對安全存儲、運(yùn)輸、使用這種傳統(tǒng)燃料積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。但是，氫燃料與傳統(tǒng)煤油燃料有本質(zhì)區(qū)別。如何安全、有效地使用氫燃料，還需要政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)、研制廠商等共同協(xié)作，實(shí)現(xiàn)管理措施、關(guān)鍵技術(shù)等方面的創(chuàng)新突破。目前，氫能源相關(guān)的理論、知識、應(yīng)用等研究課題仍存在很多未知領(lǐng)域。
無人機(jī)領(lǐng)域氫動(dòng)力技術(shù)發(fā)展
2016年，在第9次也是最后一次飛行2年后，波音“鬼眼”氫動(dòng)力長航時(shí)無人機(jī)退出歷史舞臺，成為空軍飛行試驗(yàn)博物館中的展覽品?！肮硌邸笔怯刹ㄒ艄砉止鲅兄频臍鋭?dòng)力縮比驗(yàn)證機(jī)，設(shè)計(jì)留空時(shí)間為4天，載荷204千克，翼展45米，于2012年6月在NASA阿姆斯特朗飛行研究中心首飛，其目的是為能夠攜帶907千克載荷、在19812米高空停留10天的全尺寸飛機(jī)驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)。但是從2014年最后一次飛行后，該機(jī)沒有獲得一個(gè)客戶訂單，最終被捐贈(zèng)給了博物館。該機(jī)共完成了34小時(shí)飛行試驗(yàn)。
2016年，氫動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)中心(HEC-TINA)和Arcturus UAV兩家公司聯(lián)合開發(fā)能夠支持Arcturus的T-20系列無人駕駛飛機(jī)的氫燃料內(nèi)燃機(jī)。
2018年，美國SKYCORP公司在倫敦商用無人機(jī)展上正式推出氫動(dòng)力無人機(jī)(UAV)e-Drone Zero。
2019年，美陸軍資助華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院180萬美元，用于驗(yàn)證液態(tài)氫動(dòng)力無人機(jī)和燃料補(bǔ)給系統(tǒng)。據(jù)悉，美國陸軍總計(jì)撥款720萬美元，分別授予密西西比州立大學(xué)、Insitu公司和Navmar應(yīng)用科學(xué)公司的研究人員。
2019年9月，總部位于倫敦的H2GO動(dòng)力公司宣布其與巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司合作，成功實(shí)現(xiàn)了世界上首次3D打印氫動(dòng)力無人機(jī)飛行。
新加坡HES能源系統(tǒng)公司新型氫燃料電動(dòng)支線客機(jī)概念
經(jīng)過12年的小型無人機(jī)氫動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)，HES能源系統(tǒng)公司于2018年10月初公布了世界首款氫-電支線客機(jī)“元素1號”?！霸?號”設(shè)計(jì)為零排放飛機(jī)，將HES公司的超輕氫燃料電池技術(shù)和分布式電推進(jìn)飛機(jī)設(shè)計(jì)相結(jié)合。在不改變現(xiàn)有無人機(jī)尺寸的情況，HES的分布式系統(tǒng)允許采用模塊化方案，并通過多系統(tǒng)冗余增加了安全性。
ZeroAvia公司商用氫動(dòng)力飛機(jī)
ZeroAvia公司2020年6月23日公布，為6座Piper M級飛機(jī)配備的最新動(dòng)力系統(tǒng)在英國克蘭菲爾德大學(xué)機(jī)場成功完成首飛。該校是英國政府支持的推進(jìn)航空零排放的HyFlyer項(xiàng)目參與者之一。試飛的這架飛機(jī)是一型“商業(yè)模式”的氫動(dòng)力飛機(jī)，并計(jì)劃在三年內(nèi)獲得10至20座氫動(dòng)力飛機(jī)認(rèn)證，在2030年前獲得達(dá)到50至100座氫動(dòng)力飛機(jī)認(rèn)證；到2040年，希望可搭載200名乘客的氫動(dòng)力飛機(jī)實(shí)現(xiàn)3000海里(約5556公里)以上的飛行。
德國宇航中心設(shè)立新的航空研究機(jī)構(gòu)
據(jù)2020年7月3日消息，德國宇航中心(DLR)正在組建四個(gè)新的研究所和設(shè)施，以加強(qiáng)可再生合成燃料、氫動(dòng)力、低排放發(fā)動(dòng)機(jī)、無人機(jī)和電動(dòng)飛機(jī)等領(lǐng)域的研究。德國聯(lián)邦議會和聯(lián)邦委員會已于2020年7月3日通過了《結(jié)構(gòu)加固法案》(StStG)，為DLR新設(shè)施的運(yùn)營提供融資保障。
空客公司提出新概念
2020年9月21日，空客公司公布了代號為ZEROe的三型零排放商用客機(jī)概念方案，采用了各異的空氣動(dòng)力學(xué)構(gòu)型和動(dòng)力形式，但以氫作為主要能源?？湛陀?jì)劃于2035年投入運(yùn)營，ZEROe將成為全球首型零排放商用客機(jī)。三型方案分別是：渦扇、渦槳和翼身融合。
渦扇方案：
渦扇方案的商載約為120-200名乘客，航程超過3700千米，能夠執(zhí)行洲際飛行任務(wù)，由兩臺混合氫渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，以氫取代傳統(tǒng)燃料，通過氫的燃燒實(shí)現(xiàn)飛行。氫燃料以液態(tài)形式儲存，儲罐及分配系統(tǒng)位于在機(jī)體后部壓力隔板后。
渦槳方案：
渦槳方案最大商載為100名乘客，航程超過1800千米，使用兩臺混合氫渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)，同樣由提供氫燃燒動(dòng)力，是短途旅行的完美選擇。
翼身融合方案：
翼身融合方案，即機(jī)翼與機(jī)身合為一體。該構(gòu)型大大增加了客機(jī)的載客和燃料存儲能力?？扇菁{200名乘客，非常寬的機(jī)身為氫燃料的儲存和分配以及艙室布局提供了多種選擇。航程與渦扇方案類似，超過3700千米。儲罐位于機(jī)翼下方。
