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美國國家航空科學與技術重點 National Aeronautics Science & Technology Priorities
2023/03
Office of Science and Technology Policy (OSTP)
https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2023/03/032023-National-Aeronautics-ST-Priorities.pdf
一、策略重點
美國政府將促進活力、安全、動態的航空研發團體以及借助政府機構、私人企業以及學術單位的力量,以維持自身在航空的領導地位。以下詳述美國政府的三項策略重點:

(一)達成永續航空
延續美國2021年航空氣候行動計畫(U.S. 2021 Aviation Climate Action Plan),美國政府將在2050年達成民航溫室氣體排放淨零化的目標,同時具備符合成本效益、有效的多樣化功能,其方法包含:(1) 藉由新的飛機與引擎技術,大幅度增進環保性能。(2) 針對減少能源使用、降低對環境的影響,提供操作器上的改進。(3) 廣泛的採用經由國內生產的永續航空燃料(Sustainable Aviation Fuels; SAF)。(4) 實施新型先進能源。

航空業對能源效率和減少污染物排放的需求日益迫切。美國政府致力於發展新一代高效能低排放的飛機和引擎,以提高航空業的永續性和全球競爭力。同時,加大對基礎設施和航空交通管理工具的投資,以節省燃油消耗並提高運營效率。美國政府將加快發展、測試和認證永續航空燃料,特別關注"drop-in"燃料,並計劃在2030年達到每年生產300億加侖的目標。同時,透過法律法規和倡議活動,促進無鉛替代汽油的使用,並持續研究和發展減少非二氧化碳排放的技術和科學工具。這些舉措將有助於實現航空業的零碳排放目標,推動環境保護,同時為美國經濟增長和就業機會創造更多的機會。航空業的永續發展是一個全球性的挑戰,美國政府的努力將促進國際合作,以共同應對氣候變化和環境議題,建立更加可持續的未來。

(二)轉換國家空域系統(NAS)
美國政府將優先考慮美國聯邦航空總署(FAA)的「下一代航空運輸系統」計畫(NextGen Program; NEXTGEN)以用於國家空域系統(NAS)。未來,國家空域系統將致力於管理與技術上進步,使其可以容納太空活動,也可導入新的使用方式,包含通訊、導航、監視等基礎設施,以及監管環境。不斷研發先進技術、基礎設施、以及新飛機與技術的認證監管框架。

美國政府將優先考慮整合新的航空技術,並將其技轉至城市與鄉村團體,以創造企業和工作機會,包含小型無人機以及「先進空中機動性」(Advanced Air Mobility; AAM)航空器,譬如電動垂直起降飛機(eVTOL)與電動短距起降飛機(eSTOL),以及其他高度自動化電動乘客或貨運承載飛機。未來的國家空域系統將安全有效的整合民間與國家安全機制。美國政府將支持監管框架的更新,認證新的飛機和技術,促進無人機與先進空中機動性航空器等產業安全的成長,並且持續擴展無人機認證與整合,以容納多樣個人與企業在國家空域系統上的使用,以及支援從事無人機研究的研究機構與教育訓練單位。還有,美國政府推動飛行員與乘客的安全,藉由更新基礎設施、教育訓練、以及認證程序來優化國家空域系統服務,支持可擴張的國家空域系統的研發,以迎接貨運及包裹運送和緊急服務的應用成長。此外,政府將維持研究機構的營運,並且盡可能的更新以保持新興技術的步伐,包含垂直升降卓越研究中心(Vertical Lift Research Centers of Excellence),以及飛行模擬和風洞的測試。在2022年10月,先進空中交通協調及領導方案(Advanced Air Mobility Coordination and Leadership Act)已經核簽入法律以協調量力整合新的航空技術進國家空域系統(NAS)。在遵從法律的原則下,美國運輸部(Department of Transportation; DOT)將與相關聯邦部門與機構合作,以建置國家策略來實踐法律,確保美國在這些技術的領導地位。

(三)推動連接性與速度
空中交通可以提供人員、貨物在國內或全球之間快速移動,扮演國家運輸系統的關鍵與獨特角色。美國政府將會繼續探索更快速度連接全球的新技術,優先將新的航空技術整合進國家空域系統NAS,這些技術更進一步提供國家間的連接速度。先進空中機動性AAM航空器,以未來的空中計程車的姿態作為人們在不同社區間移動時,為嶄新且令人興奮的交通工具。飛在視距外範圍(BVLOS)的無人機可以用來運送高價商品,譬如有效率的點對點間的高速運送醫療用品。美國政府將確保這些技術可以安全、公平整合進國家空域系統,促進連接性與提升速度。

為了保持美國在航空學領域的全球領導地位,提升連接性和速度性的同時,美國政府致力於確保航空業環境的永續性和空中旅遊的安全。除了改善亞音速飛機的運作能力,增加飛行速度也能提升連接性。超音速飛行是指速度超過聲速(1馬赫),對於商業需求中的貨物和乘客運輸已經逐漸崛起。高超音速飛行則定義為在地球的大氣層以超過5馬赫的速度飛行一段時間,並借鑒了空中和太空領域的技術。高超音速飛行系統將減少國家安全危機的應對時間,並為航空業提供更多功能。美國政府將通過國家合作來提供技術和系統,合作範圍包括聯邦政府、企業、學術界、國家實驗室、聯邦政府資助的研發中心、大學附屬研究中心、盟國和國際合作夥伴。對於超音速飛行,美國政府將允許產生關鍵資料,以支持在可接受的噪音程度下的航路認證標準的研發。這將採用系統化的方法,包括飛機的研發、聲學驗證和社區反應測試。研發工作將致力於解決持續高超音速運輸所面臨的各種挑戰,例如減少起降時的噪音、減少高空排放以及大幅提升機體和引擎效率。高超音速飛行系統未來將能夠應對國家對於迫切時間要求的貨物、人員和負載的運輸需求。美國政府將持續加強私營企業部門的創新,開拓超高音速飛行器和可重複使用的太空飛行器的前景。

二、指導原則
為了保持在航空企業的領導地位,美國政府採用七大指導原則以維持美國價值。

(一)促進安全
美國政府將在培育創新科技的過程中持續將安全置於首要考量之中。自動系統必須在確保安全的前提下,不妨礙軟體更新或機器學習的能力。政府和企業界需要不斷更新系統並有效管理安全危機,以滿足航空組織的需求。美國政府將推動空中運輸的安全,將其技術納入國家空域系統。憑藉與航空企業的良好關係,美國政府對其航空技術在國家空域系統中的安全性有高度自信,並將持續投資於空中交通管理系統和碰撞預防機制。聯邦部門和機構也將持續推動各種替代方案,以提供定位、導航和定時商業可行性,以打造更具彈性的航空企業體。

(二)保護環境
航空噪音影響機場附近的社區,排放的污染物也一直不斷降低空氣品質。2050年預定將航空排放大幅度降至淨零溫室氣體(net-zero GHG)目標。對於美國推動與民間及國際的減碳方針之下,航空業的影響變成了一大考量。美國政府將推動創新技術研發,提倡及時狀態、區域與國際政策,以減低排放與達到安靜、乾淨、優效能的空中運輸。為了達成這些目標,美國政府將與航空利益相關者一起以行動實踐2021美國航空氣候行動計畫(2021 Aviation Climate Action Plan)的相關規定。

(三)推動國際經濟競爭
。加強國際競爭力對於美國在國際舞台上保持領導地位至關重要。美國將支持努力提供高技術和高薪工作的措施。政府將持續支持實驗、創新和有說服力的市場,鼓勵各種類型的企業家興盛,為客戶提供更多優質選擇、更好的服務和更低的價格。美國政府將建立一個體系,培養和促進私營部門的創新和國際合作。這包括推動標準化和監管方式,支持航空業在新技術和創意方面的努力,並支持高風險設計和開發方式,以便快速轉換技術,提高技術成熟度水平(Technology Readiness Level; TRL)。美國政府將提供一個安全、即時、反應靈敏的監管環境,且與國家安全和外國政策考量一致,以支援新技術注入時所需要的靈活性。美國政府將與國際民用航空組織(ICAO)以及其他國際組織一起工作,以發展一個有效開銷與合作的國際化規格以及監管方式,促進安全與永續性。

(四)加速創新
美國政府將優先考慮可以擴展飛行範圍研發上的投資:使用更成熟的新技術與設計,經由迅速的發展與數位工程以減少時間與花費,優先考量無障礙、國內、長期、與應用研發,加上設計、測試、評估(RDT&E)三過程,以及製造新興航空技術等等;同時也借重學術單位的專家提供獨立的科學指導,提供資訊給美國政府研發計畫和策劃程序,以促成航空學上更強健的學術團體。

美國政府將協調關於需要維持與增進國家RDT&E基礎設施的相關作為,包含計算與實驗的設施。政府將與航空企業家共同合作,訓練、評估、發展標準,為了整體運作上的安全性,啟動新的航空技術與監管基礎架構。美國政府將持續推動高風險、高回饋的近期與長期創新技術與解決方案,這些方案超過商業實體的範疇以及時間線。包含先進能源儲存技術的研發、氫、電、替代能源、以及其他種種可以降低溫室氣體排放的技術。優先技術包含自動化、人工智慧、機器學習、安全硬體與軟體系統、高強度材料、輕電池與充電技術、先進推進系統、新型設計工具用以快速有效開發、以及低碳排放新能源或更進一步的新能源等等。美國政府將推動監管企業與航空企業密切合作,以快速將技術轉移至商業應用。

(五)加強國家安全
航空企業扮演加強美國國家安全與家園防護不可或缺的角色。它也是美國國家安全策略的關鍵項目,提供防衛美國的功能。新的航空技術譬如超音速與高超音速的發展應用於國家安全目的,且在美國防護中日益重要。所有飛機與空中交通系統必須要可以保護財產或是人員安全。美國政府將最佳化安全而敏捷的航空技術,以支持其航空交通業。現代資訊技術系統、網路安全規範和供應鏈風險管理在航空企業的運作和整合中扮演著關鍵角色,這有助於建立信任。

(六)發展勞動力
美國政府將投資人力以發展航空勞動力,旨在建立一個健全、技術先進的航空研發環境。美國政府將培養一個充滿活力、創新的航空學科學術環境,培育人類天份與創造力,也將推動航空活動、技術、基礎設施,讓學術機構的成員可以使用。美國政府將鼓勵社會團體建立STEM教育(詞源自英語,意指科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)及數學(Mathematics)四類學科)與航空學研究的關係,並建立即時能讓年輕人能發現創造並體驗真實的STEM技術。
日漸發展的部門提供了機會以教育與採用一些科學、技術、工程與數學(STEM)背景較不足的人員。著重在發展技能、跨學科的科技,包含貿易學校、社區大學、部落學校、以及傳統的四年大學教育,將可對航空企業增加多樣性以及增進其演化。

(七)空中交通公平獲取
空中交通運輸必須讓人們負擔得起與易於獲得。先進空中機動性(AAM)航空器有轉換商業航空的潛力,將鄉村中尚未充分利用的機場連接到各處。像是高品質的航路一般,這樣的連接使得鄉村和服務不足的地區可有更多機會多接觸外界。未來空中交通運輸應該服務更多人們可能居住的社區。在2022年七月,美國政府宣布一組新的殘疾優先政策,著重包容、尊嚴、非歧視的重要性。最後,美國政府將優先進行國內與國外機場進化計畫,以增強移動性、擴張可利用性、以及增進殘疾人士的方便性。
李音儀
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