美国航空航天局（NASA）_公司新闻_重庆柯伟机场助航设备有限公司

（1）NASA 简介

美国国家航空航天局（ National Aeronautics and Space Administration，简称 NASA），又称美国宇航局、美国太空总署，是美国联邦政府的一个行政性科研机构，负责制定、实施美国的太空计划，并开展航空科学暨太空科学的研究。NASA 是目前世界上最权威的航空航天科研机构，与许多国内及国际上的科研机构分享其研究数据。其愿景是为人类利益不断登高并揭示未知领域。

（2）航空研究任务理事会

航空研究一直是 NASA 的关注重点之一。NASA 航空研究数十年如一日为航空发展服务，帮助飞机更加安全有效地飞行，现阶段几乎每种在用机型都离不开 NASA 技术的支持，如图 3-7 所示。今后，NASA航空研究还将继续通过颠覆性的技术创新，对航空旅行和商业发挥重要支持作用，确保美国航空业的持续发展并保持其在全球航空市场的强大竞争力。NASA 航空研究主要由航空研究任务理事会（ Aeronautics Research Mission Directorate，简称为 ARMD）负责组织。ARMD 的主要研究计划都致力于改善美国国家航空运输系统。ARMD 的使命是通过研究和制定飞行问题的解决案来满足民用航空的未来需求。 ARMD 与 FAA、行业和学术合作伙伴合作，正在帮助创建下一代航空运输系统，即 NextGen，以提高国家空域的容量、效率和灵活性，并解决大量的噪音、排放、效率、性能和安全挑战。 ARMD 通过分析全球发展趋势，明确了影响未来几年航空研究的重要驱动因素，制定了未来 25 年乃至更远时代的美国航空战略计划。

航空战略实施计划

ARMD 提出的美国航空战略实施计划主要描绘未来 25 年乃至更远时代的航空发展愿景，涵盖了广泛的新技术和新理论，以满足美国和世界对安全、高效、灵活和环境可持续的未来航空运输的需求。该计划的一个关键要素是一系列战略主旨，这些战略主旨是指导 ARMD 应对全球航空发展趋势的研究领域。 ARMD 认为，未来数年，以下几个驱动因素将会主导航空研究的发展：（a）全球范围内航空客货业务需求的持续增长；（b）航空可持续发展和能源使用面临的峻挑战；（c）影响航空未来发展的材料、制造、能源、信息和通信等技术的进步与融合。基于以上认识，NASA 制定了新的航空研究战略愿景，将航空研究集中在六个重点战略主旨，以最好地促进国家未来的社会和经济活力。这六个重点战略主旨是：（a）全球运营的安全高效增长；（b）商用超音速飞机的创新；（c）超高效商用飞机；（d）向低碳发动机推进过渡；（e）实时的全系统安全保障；（f）确保航空自治化转型。 ARMD 战略将持续致力于满足未来发展需求的航空业转型，充分利用传统航空学科内部以及外部的技术进步为航空业带来效益。ARMD主要关注技术焦点包括替代燃料和电动或混合动力推进，低声速超音速飞行，自动化和自治以及技术融合，目标是开发变革性的航空解决方案，最终实现安全、高效、有适应性、可扩展和环境可持续的全球航空系统。 2015 年，ARMD 发布了航空战略实施计划的初始版，结合 NASA对航空界、对未来的看法，提出了面向未来 25 年及之后更远时代的航空研究愿景。2017 年ARMD 发布了该航空战略实施计划的更新版本。

（1）21 世纪航空展望

航空战略实施计划这样描绘航空未来发展愿景：旅客可以灵活选择起飞时间和地点，飞行时间大幅缩小；天空中的航空器数量将是今天的数千倍；新的有成本效益的航空应用急剧增加；各种形式的航空旅行都将像今天的商业航空运输一样安全；航空将整体接近碳中和。航空自治化转型是实现航空未来发展愿景的最重要途径。其目标是通过全系统的运营规划和对变化的快速响应以及重新规划，大幅提升航空效率和可靠性。自主机器将通过高带宽传感装置及技术、实时

规划、实时配置和实时控制实现前所未有的灵活性。相互连接的多车辆系统将合作实现新目标。不受传统车辆的要求限制，机器智能将支持新型车辆和任务。自治将增强人类的能力，通过机器协助人类或人机安全协同，使人类轻松完成某些任务。通过系统自动配置，车辆将以最高性能和效率持续运行。

（2）战略主旨 6：确保航空的自治化转型

航空战略实施计划提出的六个重点战略主旨中，与智慧机场发展最紧密相关的是战略主旨 6：确保航空的自治化转型。该主旨重点研究开发复杂环境自动运行的智能机器系统，包括 UAS 在 NAS 中的安全集成。目标是采用高度智能、自动的机器系统最大化航空效益。强调人机统一的连续自治和航空带来的社会效益。在航空自治系统中，自治机场场面运行一方面可以实现最佳的机场场面运行，另一方面能为飞行中的多车辆协作自治奠定基础。自治系统的持续发展将从根本上变革航空运营业态，提高航空运营的安全性和效率，增强 NAS 的容量、稳健性和灵活性。通过开拓空域新用途如先进无人机系统运行和个性化定制航空运输等，可以产生额外效益。战略主旨 6 的本质就是采用高度智能机器构建自治系统，从而最大限度地提高航空带来的社会效益。其阶段性计划如下： 2015—2025 年预期成果：引入具有有限自治权的航空系统，能够实现功能层面的目标。这一时期将在机载和地面系统中引入初始自适应自动化功能，同时限制其使用范围。主要功能包括基于机器的战略控制系统，人类在规划和决策时的咨询支持以及基于预测的安全。还有一些功能是改善设计和制造过程，同时逐步提高系统中机器员工比。将通过引入自治系统实现新功能，特别是 UAS 相关应用。 2025—2035 预期成果：引入可信任的灵活自治的航空系统，能够实现任务层面的目标。这一时期将引入先进的机器学习和自适应能力，实现先进可靠的预测。自治能力达到更高水平，通过自治增强了对技术的信任，反过来促进更广泛的自治认证和实施。许多系统都是由人和机器共同构成的团队合作完成目标。相互连接的有自主功能的若干子系统组成的自治系统的规模不断扩大。系统基于大量数据不断学习和适应，构建了包含系统状态和操作环境的复杂世界模型。 2035 年预期成果：引入具有明确自主权的分布式协作航空系统，能够实现政策层面的目标。采用先进的自治技术实现航空应用。社会对自治航空系统高度信任，在系统治理和可持续水平等方面都能通过大规模自治系统实现预定目标。这些目标将包括系统级维护、修复和保护。系统相互连接，并高度依赖于基于大规模分布式传感器网络产生的高分辨率世界模型。系统元素分布但协作，可实现前所未有的效率、灵活性、稳健性和弹性。

（3）自治机场场面运营

自治机场场面运营是自治航空系统的重要组成部分。

a．背景及面临挑战

自治机场场面运营实施背景及面临的挑战主要包括：（a）亟需进一步提高机场地面作业的效率和可预测性；（b）目前地面作业方式所需时间和空间都制约着日益复杂的物流发展；（c）航空公司和空管部门的成本持续增长；（d）亟需通过数据驱动、安全和动态的机场场面运营提升效率；（e）需要开发和测试 ATM 自治技术，以确保安全性、可预测性和恰当的使用；（f）认证以及空管部门的批准等都要求对机场场面自治运行进行监督。

b．自治机场场面运营概念

基于现有机场基础设施，在机场场面上，集成自主的地面服务车辆，验证自治系统的可行性，并证明自治系统能带来高效运营、系统可预测性和稳健性等。有监督的自治机场场面运行，包括自主和非自主的地面服务车辆混合运行以及各类基于实时数据的智能决策算法应用。机场场面所有车辆行为各自独立但相互协同。基于传感器技术，引导飞机实施自动推入、自动推出和自动廊桥对接；同样基于传感器技术，场面车辆能确保避免碰撞并连续运行；通过实时处理不断增长的数据，并在不断变化的条件下自动调整路线，车辆能实现最佳地面轨迹；车辆之间综合考虑到港和离港航班计划，自动协商优先级；工作人员监督、控制自动协同运行的相互连接的多车辆系统。如图 3-9 所示。