前后艙協(xié)同應用釋放空地互聯(lián)無窮潛力
本報記者 鄭雪
伴隨著發(fā)動機巨大的轟鳴聲，一架民航客機騰空而起，沖上藍天。這是一架特別的高速互聯(lián)網(wǎng)飛機。駕駛艙內(nèi)，飛行速度、飛行高度、發(fā)動機狀態(tài)等數(shù)百組飛行參數(shù)和飛機健康數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星鏈路被實時傳輸?shù)降孛孢M行監(jiān)控；客艙內(nèi)，旅客們連接機上Wi-Fi，在手機上流暢地觀看球賽直播、追劇或打游戲；腹艙內(nèi)，一只可愛的哈士奇正在睡覺，托運人看到實時監(jiān)控畫面后會心一笑……
這一看起來有些科幻的智慧運行場景，在中國民航將逐步成為現(xiàn)實，因為飛機數(shù)字化運行解決方案正在國內(nèi)開展試點工作。飛機數(shù)字化運行解決方案，即前后艙協(xié)同應用（航行新技術），不僅可以為旅客提供更好的飛行體驗，還能有效提升飛機運行安全水平和效率，降低運營成本。
通信領域的航行新技術
智慧民航建設是民航業(yè)走向數(shù)字經(jīng)濟的重要標志，飛機數(shù)字化運行是務實推進智慧民航建設的重要基礎。想要實現(xiàn)飛機數(shù)字化運行，首先要解決飛機與地面通信的大帶寬、低成本以及實時交互傳輸?shù)葐栴}。
傳統(tǒng)上，民航飛機與地面以及飛機間的語音和數(shù)據(jù)通信主要是通過高頻、甚高頻通信系統(tǒng)和窄帶通信衛(wèi)星實現(xiàn)的，比較典型的應用是現(xiàn)有飛機通信尋址與報告系統(tǒng)（ACARS）和機載衛(wèi)星電話。傳統(tǒng)空地通信技術在傳輸速率、抗干擾能力、使用費用等方面無法滿足智慧民航建設的大容量實時通信需求。
近年來，高通量衛(wèi)星的迅速發(fā)展，給民航空地寬帶通信創(chuàng)造了有利條件。高通量衛(wèi)星具有頻帶寬、容量大等技術特點，能夠有效增加衛(wèi)星通信系統(tǒng)容量，有效支持多數(shù)據(jù)傳輸，有效提升應急高速寬帶通信保障能力。目前，高通量衛(wèi)星在寬帶接入、數(shù)據(jù)中繼、基站回傳、機載通信、船載通信等方面得到了廣泛應用，且相關技術基本自主可控。
前后艙協(xié)同應用作為通信領域的國產(chǎn)航行新技術，是基于高通量寬帶Ka/Ku衛(wèi)星通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸技術的民航數(shù)據(jù)應用。據(jù)了解，前后艙協(xié)同應用主要包含前艙應用和后艙應用（含腹艙應用）。其中，前艙應用主要面向飛機和機組的實時數(shù)據(jù)傳輸及相關應用場景，利用飛機實時數(shù)據(jù)為航空公司飛行、運控、機務、安監(jiān)等主要業(yè)務部門提供數(shù)據(jù)智能服務，對數(shù)據(jù)鏈路的安全性、穩(wěn)定性、保密性及傳輸速率有較高要求。后艙應用除了面向旅客的娛樂、傳媒、購物等，還包括客艙網(wǎng)絡服務、客貨艙視頻監(jiān)控以及機上應急處置等場景。
在2021年底舉辦的中國首屆民航飛機數(shù)字化運營峰會上，民航局有關專項負責人表示，前后艙協(xié)同應用提供了有效的空地數(shù)據(jù)通信能力，以此為基礎將數(shù)據(jù)分發(fā)至相關保障單位，配合開發(fā)適用的軟件，可以創(chuàng)造出無窮無盡的應用，但重點應放在安全領域。
據(jù)悉，典型的前艙應用場景包括電子飛行包（EFB）雙向通信、ACARS增強下傳和快速存取記錄器（QAR）實時下傳。EFB雙向通信可以同步更新氣象（如衛(wèi)星云圖）、航行情報等重要信息；QAR實時下傳可以監(jiān)控飛行健康狀態(tài)、航班運行異常、燃油實時動態(tài)等；ACARS增強下傳可以有效增加數(shù)據(jù)的傳輸類型，讓ACARS數(shù)據(jù)報文高效送達地面。前艙應用可有效提升飛行安全裕度。飛機實時數(shù)據(jù)下傳到地面（僅可單向下傳）后，地面平臺會對其進行處理，并將處理結果和建議通過衛(wèi)星鏈路上傳到機艙EFB（非飛控系統(tǒng)）供飛行員參考。這就為航班運行風險控制提供了一種全新手段，可極大增強地面對飛行機組的支持能力，加快對不正常情況的響應速度并提升處置能力，增強機組的情景感知能力和自信心，從而減少不安全事件的發(fā)生，安全效益巨大。
近年來，人們在日常聯(lián)系時大幅減少了打電話和發(fā)短信的需求，轉(zhuǎn)而更加頻繁地使用微信。這主要是因為微信可以便捷地收發(fā)多種類型的信息，如文字、圖片、語音、視頻等，且成本極低。記者了解到，航空公司普遍認為前后艙協(xié)同應用中的EFB雙向通信與微信頗為相似。有業(yè)內(nèi)人士暢想，隨著前后艙協(xié)同應用的持續(xù)發(fā)展，這一天肯定會到來：飛行員可以通過EFB與運控中心等進行更順暢的交流甚至視頻通話，管制員通過衛(wèi)星鏈路監(jiān)視飛機甚至發(fā)布指令……屆時，民航運行安全水平將進一步提升，空地通信費用將大幅降低。
名副其實的中國“智”造
黨的二十大報告提出，堅持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強。2023年全國民航工作會議指出，鼓勵企業(yè)加大研發(fā)投入，提高新技術應用效能，提高科研成果轉(zhuǎn)化率，提高主要設備國產(chǎn)化率，努力提高關鍵技術裝備、核心信息系統(tǒng)等自主可控能力。
據(jù)介紹，前后艙協(xié)同應用是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在民航業(yè)的核心應用，具有自主創(chuàng)新、科技前沿、經(jīng)濟主戰(zhàn)場、國家重大需求等幾大特征，是名副其實的中國“智”造。記者了解到，目前我國在高通量衛(wèi)星、通信鏈路、機載設備和系統(tǒng)、加改裝技術等方面基本實現(xiàn)了自主可控，相關企業(yè)產(chǎn)品符合國際主流標準，且已有國內(nèi)外商業(yè)運營的成功案例。
就衛(wèi)星網(wǎng)絡而言，目前在軌并已提供商業(yè)服務的國產(chǎn)高通量衛(wèi)星主要有中星16號和亞太6D。前者可覆蓋國內(nèi)90%的航線，后者可覆蓋所有窄體機航線，這兩顆衛(wèi)星的帶寬可滿足上千架飛機的帶寬需求。此外，中星19號和中星26號衛(wèi)星也已經(jīng)成功發(fā)射，預計年內(nèi)可提供商業(yè)服務。據(jù)了解，中國衛(wèi)通作為國內(nèi)衛(wèi)星運營商，將通過持續(xù)建設衛(wèi)星網(wǎng)絡和配套地面設施，不斷加強國際和地區(qū)合作，建立起覆蓋全球的高通量寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
作為前后艙協(xié)同應用試點總體技術方案的提供方，中國航空器材集團有限公司（以下簡稱“中國航材”）和飛天聯(lián)合系統(tǒng)技術有限公司（以下簡稱“飛天聯(lián)合”）有關負責人介紹，這一技術方案包含機上寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)、飛行數(shù)據(jù)系統(tǒng)、客艙Wi-Fi系統(tǒng)等機載軟硬件產(chǎn)品，以及飛機數(shù)據(jù)應用地面智能軟件平臺等。“中國航材和飛天聯(lián)合開發(fā)的基于Ka/Ku高通量衛(wèi)星的前后艙協(xié)同應用機載航電系統(tǒng)技術和產(chǎn)品，涉及的核心軟硬件設備均為國產(chǎn)，實現(xiàn)了自主可控”。
安全是民航業(yè)的生命線。飛機任何關鍵部件的改裝都要慎之又慎，必須依據(jù)民航規(guī)章通過嚴格的適航認證。記者了解到，上述前后艙協(xié)同應用機載航電系統(tǒng)技術和產(chǎn)品已經(jīng)成熟，其核心的機上寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)前期已在空客A320飛機上獲得了美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）、歐洲航空安全局（EASA）、中國民用航空局（CAAC）的補充型號合格證（STC）。業(yè)內(nèi)人士認為，目前要充分發(fā)揮前后艙協(xié)同應用的效能，仍面臨不少困難和限制，如對運行合格審定標準、運行規(guī)范進行修改，對EFB咨詢通告進行修訂以及獲得國際民航業(yè)界的認可等。
當前，世界百年未有之大變局加速演進，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展。面對國內(nèi)外環(huán)境的深刻復雜變化，我國民航實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展必須堅持科技自立自強。對此，業(yè)內(nèi)人士表示，“這些是無法回避的，需要我們大家迎難而上。前后艙協(xié)同應用是我國自主創(chuàng)新的航行新技術，值得我們精心呵護”。
開啟互聯(lián)網(wǎng)飛機新時代
作為國內(nèi)首創(chuàng)的航行新技術之一，前后艙協(xié)同應用需要通過試點充分論證安全性和可靠性。
2018年5月，青島航空開始啟動基于高通量衛(wèi)星的前后艙協(xié)同應用建設，并在民航局航空器適航審定司的協(xié)助下完成了美國聯(lián)邦航空管理局取證。雖然該項目在建設過程中先后遭遇美國政府停擺、新冠疫情等一系列困難，又面臨測試周期延長、成本大幅增加等情況，但青島航空還是一個困難一個困難地克服，一個問題一個問題地解決。最終，2020年初，青島航空B-8442飛機獲得FAA STC，并于2020年7月7日實現(xiàn)QW9771高速互聯(lián)網(wǎng)航班商業(yè)首航。
這架飛機被稱為中國第一架高速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)飛機。在乘坐該航班出行時，旅客能夠以超過百兆的速度進行“網(wǎng)上沖浪”。憑借這一服務，青島航空不僅獲得了旅客的一致好評，還開創(chuàng)了“互聯(lián)網(wǎng)+航空”的全新商業(yè)形態(tài)。基于對首架B-8442高速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)飛機改裝運營效果的高度肯定，以及對飛機網(wǎng)絡化、數(shù)字化升級的明確要求，在民航局飛行標準司指導下，青島航空于2021年啟動了B-8442飛機的前艙應用技術測試驗證。在2021年中國首屆民航飛機數(shù)字化運營峰會期間，民航局有關專項負責人視察了青島航空運控中心（AOC）大廳，肯定了青島航空B-8442飛機前期測試驗證效果，并鼓勵進一步擴大行業(yè)試點規(guī)模。
繼青島航空之后，2022年1月21日，四川航空首架國產(chǎn)高速互聯(lián)網(wǎng)飛機B-8330投入運營。一年多以來，該國產(chǎn)高速互聯(lián)網(wǎng)飛機已執(zhí)飛航班超過1000班，其機上高速互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運行平穩(wěn)，網(wǎng)絡體驗良好，獲得了旅客的廣泛好評。
為積極穩(wěn)妥推進前后艙協(xié)同應用，在圓滿完成“技術測試”（第一階段）后，民航局于2022年11月正式開展前后艙協(xié)同應用“應用試點”（第二階段）。據(jù)了解，在第二階段，國航、國貨航、山東航空、海南航空、首都航空、四川航空、青島航空等航空公司主動參與其中，多方協(xié)商確定加改裝20架飛機，涵蓋空客A330、波音777、空客A320和波音737共4種主力機型。試點場景重點針對前艙應用，包括ACARS數(shù)據(jù)多鏈路下傳、QAR數(shù)據(jù)實時下傳、EFB雙向通信、4D/15能力和4分鐘語音通信能力。
今年3月底，在新技術應用方面敢為人先的山東航空成為前后艙協(xié)同應用試點項目的首家簽約航空公司，并有望成為國內(nèi)首家開展“云匣子”測試驗證工作的航企。該航空公司已經(jīng)從平視顯示器（HUD）的推廣應用中積累了豐富的經(jīng)驗，獲得了實實在在的收益，不僅航班正點率長期名列前茅，而且贏得了良好口碑。
同時，后艙應用的需求也非常強勁。記者從民航局4月例行新聞發(fā)布會上獲悉，“提供機上地空通信上網(wǎng)服務”被列為2023年“民航服務助力行業(yè)恢復年”主題活動中“我為群眾辦實事”任務的服務舉措之一，民航局“鼓勵航空公司積極采用國產(chǎn)衛(wèi)星等多種技術手段，加快推進航空器前后艙協(xié)同改造和設備安裝，創(chuàng)新與運營商的合作模式，為更多旅客提供高品質(zhì)、多元化的地空通信上網(wǎng)服務，提升旅客云上生活的舒適度”。同時，《“十四五”航空運輸旅客服務專項規(guī)劃》也確定了到2025年客艙地空通信網(wǎng)絡覆蓋比例達到60%以上的目標。
藍圖已經(jīng)繪就，號角已經(jīng)吹響，前后艙協(xié)同應用試點工作正在穩(wěn)步推進。未來，空中與地面的信息交流將更加順暢便捷，旅客在空中上網(wǎng)將像在家里一樣暢快，而“黑匣子”也有望變成“明匣子”“云匣子”。飛機數(shù)字化運行解決方案在中國民航必將大有可為。