總部位于新加坡的HES能源系統公司10月初公布了其4座氫燃料電推進飛機研發計劃，并將該飛機命名為元素一號（Element One）。元素一號的續航能力遠超由普通電池供電的電動飛機，具有安靜、零碳排放、個性化、按需、分散化和經濟性等特點，適用于鄉村城鎮之間的支線飛行。

 4座級的元素一號定位為鄉鎮間的支線運輸。

HES能源系統公司擁有為軍用無人機制造燃料電池推進系統的經驗，過去12年來，他們一直致力于開發小型、輕便的氫燃料電推進系統，主要是為了延長電動無人機的續航時間。在開發適合其推進系統的下一代無人機概念時，HES能源系統公司看到了將相同推進技術應用于有人駕駛飛機的可能性，并通過積極的研發，實現了最初的構想。

一、采用分布式氫燃料存儲和推進技術突破續航極限

由于氫的存儲需要較大的空間，將其應用于電動無人機存在較大的困難，分布式電力推進技術（同時采用分布式外掛存儲）使這個問題得以解決。HES的氫-電推進系統支持模塊化方案，可以在不改變現有無人機尺寸的情況，直接安裝到機翼下方的吊艙內。元素一號在機翼上安裝14個電動機，通過多系統冗余增加了安全性，如果1個系統發生故障，還有13個可以正常工作。每個吊艙內都有一個獨立的電動機，且配備了可插拔更換的燃料電池和氫儲存罐，這種方法帶來的不僅是分布式的推進能力，而且是分布式的存儲能力。因為在飛機內部儲存氫的量是有限制的，這會占用機身的大量空間，將它分成若干個部分，并在每個電機后面安裝一個氫儲存罐，能有效提升燃料攜帶量。

元素一號機翼下方安裝了14個氫-電推進模塊。

元素一號概念將氫燃料電池與分布式電力推進技術相結合，大幅提高了電動飛機的續航時間和航程。元素一號在巡航中需要大約100千瓦的功率，拆分成14個部分以后，每個吊艙理論上只需要提供5-8千瓦的推進功率。據HES創始人塔拉斯·范科維茨（Taras Wankewycz）介紹，據如果采用壓縮氣態氫作為燃料，足以攜帶4名乘客飛行5個小時，航程達到500公里，如果使用液態氫作為燃料，有可能將續航時間增加到15-20小時，航程可達到5000公里。

二、模塊化、可快速更換的推進系統提高飛機運營效率

在電動汽車市場，氫燃料電池是一項成熟的技術。寶馬公司在21世紀初開發了一種液氫燃料汽車，但遇見了氫燃料長期儲存和蒸發損失的問題。為了避免遇見類似的問題，HES能源系統公司提出了可更換推進系統模塊概念，并結合自動燃料填充技術，最大限度地縮短氫燃料制備和消耗之間的時間。

按照設計，推進模塊（存儲箱、燃料電池和控制裝置）安裝在機翼下方電動機的后部。在飛機降落后，自動地面車輛（AGV）將收集使用過的模塊并將其運送到現場氫制備設施處進行再填充。與此同時，另一輛AGV將備用推進模塊運送到飛機處并重新安裝。

為耗盡的推進模塊重新填充氫燃料，同時將準備就緒的模塊運送回飛機。

與大型鋰電池組充電過程相比，更換推進模塊使飛機能夠更加快速地完成“加油”，HES研發的自動電推進模塊交換系統僅需10分鐘即可完成一次燃料更換，極大縮短元素一號再次起飛的等待時間。

三、可再生能源現場制氫實現零碳排放

在HES的設計概念中，氫燃料將在運營元素一號的小型機場內實現現場制備。

當前，氫氣的生產制備大多來自于天然氣，而天然氣是一種化石燃料。在HES的商業模式中，現場制氫將由來自風力發電場或太陽能公園的可再生能源提供動力，真正實現從生產到消耗全過程的100％零碳排放。

HES正在與氫燃料發電公司合作，研究加速燃料重新填充和減少氫制備過程能量消耗的技術。當前已經有公司開發出一種無需外部壓縮機即可制備壓縮氫氣的方法。

 AGV從飛機上移除用過的推進模塊以重新充能。

現場制氫設施將全天候緩慢產生氫氣，為推進模塊重新填充燃料做準備。雖然氫氣生產的過程很慢，但AGV可以快速完成氫燃料儲存罐的拆卸和安裝，以及氫燃料的重新填充。氫燃料制備與填充過程是分立的，相互之間不會受到影響。

四、基礎設施建設是HES商業模式的關鍵環節

不管是在機場內部實現氫燃料制備，還是對飛機進行推進系統模塊的拆卸與安裝，都需要機場具有配套的地面設施，基礎設施的建設將是一項大工程。

元素一號的目標市場不是城市內部，與擁擠的城市空中汽車市場沒有競爭關系。它主要關注鄉村小鎮間的支線航行，從小型機場飛往另一個小型機場。HES能源系統公司正在嘗試組建一個聯盟，共同研發元素一號并在每一個小型機場內部建設支持其運營的地面基礎設施。

五、HES選擇法國和亞洲合作研發

法國是HES重要的合作伙伴，參與了元素一號的研制和氫燃料制備基礎設施的建設。法國擁有強大的航空研發生態系統，同時正在大力推行減排舉措。過去一年，HES一直與位于圖盧茲的航空航天谷等法國企業合作。作為2018創新年的一部分，其母公司H3動力已成為加強新法兩國技術合作的象征。法國航空共享公司Wingly也參與其中，該公司在法國、德國和英國提供休閑旅行航班，但同時也正在尋求將業務擴展到城鎮之間的航行。Wingly首席執行官埃米里克·德·瓦澤爾（Emeric de Waziers）表示，二線城市之間的支線運輸存在巨大的市場需求，支線客機在這方面具有較好的應用前景。因為元素一號是全電動飛機，飛行過程中將非常安靜，能夠避免在這些偏遠的機場產生噪聲問題。

因為歐洲是改善氣候條件的最大支持者，HES的合作伙伴多來自于這里，但是他們不排除其他選擇，例如中國。HES能源系統公司正在尋找亞洲合作伙伴，因為亞洲的航空產業正在蓬勃發展，擁有巨大的市場潛力。

六、HES對氫燃料電推進飛機安全性充滿信心

在安全問題上，塔拉斯·范科維茨表示，鑒于在中國、日本和韓國等地區使用氫燃料電池公共汽車的情況越來越多，坐在高壓燃料箱上的乘客沒有發生過危險。根據HES為無人機提供動力的經驗，他們從未因推進系統引發過任何火災或爆炸等意外事故。HES能源系統公司采用的氫燃料箱非常堅固，多層碳纖維能夠承受3-4倍的設計應力，另外，元素一號的燃料箱只有普通氫能源汽車的十分之一大小，這進一步降低了風險。

按計劃，HES將在2025年推出元素一號的原型機。元素一號的研發過程設施了多個里程碑，其中之一是2019年使用裝有1-2個氫燃料電推進系統模塊的無人機完成跨大西洋飛行，屆時或將采用元素一號的縮比驗證機完成飛行試驗。

（航空工業發展中心 宋剛）

來源：民機戰略觀察