编者按:今日推荐中国航空学会名誉副理事长张聚恩畅谈“航空产业发展”的文章。全文从“拉长的时间坐标”视角讲述了航空事业的发展和现状,让我们从航空专业的视角看世界航是怎么发展的,我国航空事业又应该怎么发展。读完全文,对世界航空发展历史以及我国的航空发展的前景有一个清楚的认识和清晰的憧憬。20年前,笔者有幸采访了我国著名航空发动机专家吴大观先生,近距离欣赏了现代工业“皇冠上的明珠”的光辉;今天读了张聚恩的这篇文章,则进一步仰望了航空事业顶天立地的科技巨峰。故将此文推荐给航空爱好者们共享!
2022年11月25日至27日,由江西省人民政府、中国航空学会、中国商飞公司、中国航发公司共同主办的“2022’中国航空产业大会暨南昌飞行大会”在南昌圆满举办。我受邀在25日上午的航空产业大会主旨报告会上做题为《我国航空产业发展前景》的发言。27日上午又受邀参加南昌航空大学70周年校庆的第13单元活动,作以产业发展为主要内容的科技交流发言。 本文将两次发言的内容做了综合梳理。
(张聚恩,自然科学研究员,中国科协航空科学传播首席专家,曾任中国航空学会秘书长、中国航空工业集团公司科技部长。曾参加我国多型航空装备研制生产,参与组织多轮航空科技发展战略研究与规划制定及多项目实施。著有《大国航空:从百年奋发到世纪辉煌》,迄今为止发布文章600多篇。)
【正文】
很荣幸受邀,在这里作关于我国航空产业发展前景的发言。这是一个内涵丰富、十分重要的话题,但当前的认识比较发散,有的持乐观态度,也有持悲观情绪的。我是一个谨慎的乐观主义者。如果把时间的坐标拉长一点,把我们所关注的要素看得多一些、全面一些,就有可能获得相对乐观的认知,就可能有更多的共识。见仁见智,我把自己的认识抛给大家,欢迎批评指正。
要认识产业发展,首先要看它是怎么发展而来的。所有产业的形成与发展,都与人类的文明进程、科技进步,特别是近代的工业革命密不可分。人类从漫长的石器时代,进到铁工具时代,再进到大约300年前开启的近代科技文明时代。这个时代的主要内容,就是大家耳熟能详的三次工业革命。三次工业革命到底怎么描述呢?现在,人们有些不同的认识。我想,我们每个人都要用自由的思想、批判的精神,去学习先人、前人和同仁们研究的成果,但是要有自己的思考。我对三次工业革命的认识,最基本的一点就是,所有工业革命的根本策动力或者叫根本的驱动力是能源和动力。
在一些场合我介绍过这一认识。由于对能源和动力的深刻影响,认识不足。导致对三次工业革命的认知不够全面;一些人,还做出第四次工业革命已经到来的判断。如果去网上搜一搜,讲第四次工业革命的书与文,很多,但恕我直言,说服力不够。人工智能,或者再加上其它一些先进技术,尚不足以撬动全社会发生根本性变革,也就不能说一个新时代的到来。
在我心目中,三次工业革命分别是什么呢?分别是蒸汽时代,电力与燃机时代,信息与核能时代。正是在三次工业革命中,航空航天在不同的历史时期、不同的时代际遇里诞生和发展。我们是处在这样一个世界潮流中,需要对这样一个宏观大势有清醒认识。
先来看第一次工业革命,在这个阶段,现代航空曙光初现。第一次工业革命以蒸汽机的发明和使用为标志。蒸汽机被称为“万能的动力”,几乎被用到所有需要新动力的领域,用到轮船上、火车上,都成功了,从而深刻改变了人们的社会经济生活。那时,虽然出现了空中蒸汽车的设计专利,但是因蒸汽机的功重比太低,在工程上失败了。但是,正是在第一次工业革命中,1783年,那个难忘的年份,先是热气球后是氢气球,都在法兰西的浪漫土地上升空了。意义非凡。说明人类通过制造器械,可以有条件地克服地球引力;把自己的二维生存和活动空间,扩展到三维。我称之为现代航空的曙光。
那么,怎么看第二次工业革命呢?在有广泛认知的“电力”时代之外,我还要加上“燃机”二字,当然指的是内燃机,而不是蒸汽机那样的外燃机。燃机和电力,共同构成了第二次工业革命的特征。说到电力,大家都知道马斯克的偶像特斯拉,在当年同爱迪生的争论中,发明和证实了交流电的巨大优越性与强大功能。历史已经证明了特斯拉的伟大。交流电的使用带来了大规模工业生产。与它同期,在一开始被人们认为是无用的电磁理论的导引下,以电为标志的装置如电池、电报、发电机、电话等,集群式出现。直接促成现代航空问世的,则是内燃机,也被称为活塞发动机。由于内燃机的出现,农业机械、汽车的形态发生了革命性的变化,同时也为载人的可控飞行准备了初始的动力。
现代航空的开启覆盖了整个第二次工业革命。先是活塞时代,后是喷气时代。莱特兄弟在1903年取得创世纪的成功,标志着现代航空的发端,最重要的原因就是找到了适用的动力。他们兄弟二人有丰富的知识与技能,手下有一个叫泰勒的,更是能工巧匠。他们共同制作出能够满足所研制飞行器需要的活塞式发动机,一举成功,成为人类历史上第一种实用航空发动机;同时,还研制了高效螺旋桨,发明了翘曲机翼,也就是最初始的副翼,实现了可控稳定飞行。在活塞时代之后就是喷气时代了。从活塞到喷气,动力装置的工作原理实际上是简化了,但是实现它非常难。英国的惠特尔和德国的奥海因,分别在自己的国度,独立完成了研发,做出了伟大贡献。他们二人的拼搏,以及愿意对一个看不清前景的发明给予支持的企业和投资者,值得我们尊重。相对而言,奥海因更为幸运。一代人的奋斗,带来了燃气涡轮航空发动机的兴盛,直到今天,我们尚未找到替代它的新动力样式,还在享受喷气时代带给我们的福祉。
关于第三次工业革命,人们的认识不尽一致。我认为,第三次工业革命的标志应该是信息,再加上核能;起点应该在1940年代。从那时到现在大约80年,出现了4个最重要的技术集。第一,1946年电子计算机问世,随后是军转民的网络技术;第二是基因工程,以1953年DNA的发现为标志;第三就是核能,1942年美国的费米揭示核科学基本理论,1945年出现了原子弹,1956年把核能的释放用于和平的目的,有了原子能发电。第四,就是我们引以自豪,并不断生发出新发展压力的航空航天;航空是现代产业大发展,航天是相对独立的业态形成;标志是1957年苏联第一颗人造卫星升空和1961年苏联加加林在300千米近地轨道用108分钟绕行地球一圈。此后,航天事业蓬勃发展,与航空事业的大规模、现代化的产业发展,呈现不同的特点,并共同加入了第三次工业革命的恢弘乐章。
我对第三次工业革命是这样认识的。为什么我不认为第四次工业革命已经到来了呢?主要是因为核能研究的突破还在继续。现在的核能释放,主要是裂变,一个较重的原子分裂为两个较轻的。用于氢弹的,是核聚变,两个较轻的原子聚合为一个较重的。但是,目前还不能做到严格可控,也不是小型化的,尚未把聚变用于和平目的。全世界的核科学工作者都在为之努力,突破在前,全世界科技界、工业界也都在翘首期盼。这也是我认为第三次工业革命仍在延续的理由。
在三次工业革命中,现代化航空产业成形并大发展,航天的业态出现并飞速进步。在技术上,航空与航天是什么样的关系呢?我把航空称为“顶天立地”。所有航空器,从地表出发,都要再回到地表,这就叫“立地”。那么,什么叫“顶天”?“天”有两个,第一,科学意义上的“天”,大气层从地表向上大约1000千米到1200千米,那里是太空的下边界。第二,工程意义上的“天”,就是卡门线。钱学森的老师冯·卡门提出的航空与航天的分界线,这里是形成轨道运行的最低高度。之上为自由空间,称为“天”,之下是各国的领空,称为“空”。100千米以下是航空,是国家领空,不仅有技术内涵,兼具政治属性。还有一个近太空的概念,也需要注意。什么叫近太空?就是英语的Near space,也是我们俗称的“临近空间”。重要的不在于是叫“近太空”还是“临近空间”,而是明确其涵义。我认为不应该定为20千米到100千米,这个范围太宽了。定为整个中间层,即从50千米到100千米,较为适宜。这个高度的下限也大体是大气电离层的开始,由此向上均为电离层。我所说的“顶天立地是航空”,就是这样一个意思。
在我们建树科学的、正确的技术概念之后,认识产业的另一个更为重要的要素是产品。航空产业的物质基础,就是各种各样的航空器。
按照原理划分,航空器分为轻于空气的和重于空气的两大类。轻于空气的就是1783年出现的气球和随后出现的气艇。除了这两样,余下的所有航空器都是重于空气的。其下,又分为定翼、动翼和弹箭三类。弹箭类特指在空气高度范围的战术导弹和低空火箭。
说到航空产业的物质基础,不能不专门介绍动力。迄今,航天的唯一动力是大推力火箭,使得航天器分别获得第一、第二、第三宇宙速度,而航空动力装置有十数种,其中最重要的是燃气涡轮,有涡扇、涡喷、涡轴、涡桨和桨扇五种。
有了丰富的物质基础,才有了宏大的航空产业。但作为产业的发展进化,还有许多其它要素。例如战争和和平的交替推动。不知是幸还是不幸,航空产业发展的两次高峰发生在两次世界大战。大战后,军事航空能力过剩,要找出路,也可以叫溢出效应,带来了民用航空的蓬勃发展,而且是大容量、高可靠、低成本的平民化航空。1991年冷战结束后,航空产业的发展势头并未停止。
从全球来看,航空产业经历三个发展阶段,第一是初创期,第二是扩张期,第三是整合垄断期。产业扩张期从二战开始到苏联解体。苏联解体是一个政治事件,但对科学技术发展,特别是对世界航空航天格局有深刻影响。全人类各个国家,不管什么是社会制度,都欠给苏联一个道歉或道谢,尤其是美国和欧洲。正是苏联的建设,挽救了上世纪30年代左右处于经济大萧条的美、欧诸工业国。1945年,在全欧洲弥漫绥靖主义、投降主义,美国隔洋观火之时,苏联挺身而出,以巨大的民族牺牲最终打赢了嚣张一时的德国希特勒。美国参战后,迅速改变了战争格局,也成了大赢家,它的航空迅速成为超强,它的航天通过掠夺式占有,也一举成为超强。苏联后来的解体,主要是自己出了问题,堡垒是从内部攻破的,于是才有了今天这样的悲剧。因为跟我们认识航空产业发展相关,所以我在这里讲到苏联。现在世界航空产业处在整合垄断期,产业集中度越来越高,强者愈强。
影响航空产业发展的还有诸多要素,至少可以归结到,杰出人物、科技进步、资本力量、组织与规则以及政府的引领。千万不要以为美国就是自由经济,恰恰在航空这个领域,它是全世界出台国家法令法规最多的国家,是强制性的国家引领。
反观我们,很遗憾,至今我们没有一部国家级的航空法令,很长时间里甚至不认为航空是高科技,对航空强国的使命定位也游移不定,这对我们国家的现代化建设是有害而无利的。
现在,我们来认识一下,什么叫航空产业?它包括航空工业,即装备制造加上维修服务,军事航空和航空科研教育中的物化劳动,以及民用航空;民用航空又分为公共运输与通用航空。前者以航路、航时大体固定、由商业公司运作为特点,它的客货运输是要赚钱的,本质是追求商业成功。其产业基础是安全性,拥有几乎没有高限的绝对安全。航空客运一旦出现事故,会产生巨大的社会震动,势必会不断提出更高的安全性要求。除了公共运输,其它所有民用用途的航空活动都归为通用航空。民用航空的公共运输和通用航空,所使用的适航规则和条例是不一样的。
认识我国航空产业前景,需要看清世界航空产业的格局。在大型客机方面,是波音与空客两强,支线客机方面也是两强,一家是巴西飞机工业公司,另一家是空客,2019年空客买进加拿大的庞巴迪C系列支线飞机业务,改称为A220,实现了干支统合。接着,研发A220增程和增长型,弥补90座到150座之间的空档,获得良好的市场反应。航空工业的沈飞民机承担了A220的大量机体制造任务,这个世界还是你中有我,我中有你,相互依存地发展着。其它品种,如公务机、军用飞机、发动机等,也形成不同格局,总的来看,高度集中,构成以美欧为主的世界航空产业格局。
为了更好地说明世界航空产业格局,我使用了空中动力和蒂尔集团这两家咨询公司2018年7月联合发布的一份报告中的数据。在这个报告发布后,世界形势巨变,波音737MAX空难和全球疫情的发生,造成了非正常态势,这份报告的数据反而显得更具价值。以下,我们做一个简单的分享。
2017年,全世界创造8,380亿美元的航空航天制造业产值。其中,美国占一半;法国第二,中国第三。报告中对中国有个大体客观的评价,过去专注于仿制俄国军机和西方民机,在前10名中出口额最小,逆差最大,现正转向生产歼20等飞机;说我们正以第三大产业国的姿态在进步。关于航空与航天的产值,在世界范围里,呈现9比1的比例,即航空产业效应远远大于航天。
航空与航天业,各自承担着不同的任务,具有不同的特点,需要解决不同的技术问题。航天业具有强烈的战略色彩,航天的根本目的在于,飞出大气层去研究宇宙和认识人类自身,建立太空能力服务人类(如卫星),而非任何形式的太空军事部署或攫取资源。
好了,我们还是回到航空产业研究吧。美国航空产业已经形成超强、独霸的地位了,但它仍然极为重视航空。我挑了两段话介绍他们的认识。一段话来自美国航空航天工业未来委员会的一份最终报告,2002年发布的,至今仍在照办。这段话是这样说的,“航空是美国军事能力的关键,是美军全球机动通信情报、空中防御、制海、制空、远距精确打击,地面部队保护和机动的核心”。而在民用方面,2019年美国航空航天工业协会的报告中说,航空产值占美国国防和航空航天产业的总产值的3/4。这跟我刚才介绍的空气动力和蒂尔报告的数据与分析是一致的。
关于我国航空航天与防务企业的情况,我从财富500强2021年排序中摘出前13名,这13名把中国的军工企业都涵盖进去了;我又从美国兰德公司一份新报告的世界航空航天与防务2021年百强名单中摘出前20名,也把我们国家的军工企业全部包括进去了。从这两个表中,我们一方面看到中国军工企业的发展势头喜人,如航空工业在财富500强中居第140位;另一方面,在各自营收总额里的军品部分并不高,军贸占比就更低。任何事物都有两重性,两表比对,说明还有发展空间,也需要重视产业发展中的军民构成与军贸问题。
同世界航空产业发展的三大阶段类似,中国航空产业发展也大抵如此。只不过,在其中的第二阶段里,1949年中华人民共和国成立,真正开启了国家航空工业的发展之路。我这里特别要说到的是,1999年5月,以北约名义、从美国本土出发的B2轰炸机,用制导炸弹炸毁了我驻南联盟大使馆,我们牺牲了三位同志。这一炸,炸醒了自上而下的全中国,就此有了一个大力发展国防工业的跨世纪工程。
其中,航空所占份额最大。也正是由这项工程开始,经过短短20年的发愤图强,迎来了航空装备的井喷式发展。现在,我们的航空装备几乎没有缺门了,与世界先进水平的差距也在急剧缩小;在如战斗机这样的主要军事装备品种上,我们消弭了代差,当然还有年代差,人家用得早、用得好、量大,我们还正在急起直追。
作为我国航空产业唯一对标国的美国,即使已经达到这样一个发达程度,仍然继续强力发展本国航空工业。在美国2022财年的军事预算中,飞机和相关系统的占比40%。其实,不止40%,因为其它项目,如C4ISR、导弹防御系统等里面,还有航空的项目,有可能占到一半。而近10年来,美军航空的研发投入,平均每年都超过500亿美元。
你看,美国还在这样抓航空,我们怎能掉以轻心,怎能放松自己的航空发展呢?现在,作为中国航空产业基本驱动力的市场,全面、持久而旺盛。首先是巨大的军机市场,不光空军需要航空装备,海军、陆军、火箭军、武警都需要,飞机、直升机、有人机、无人机等,各种航空装备都需要。我们的目标是打赢信息化战争,建设世界一流的现代化军队。我们有两个紧迫的时间点,2027年和2035年。以航空工业集团公司为例,所有承担军品任务的厂所都在开足马力,几乎是生产多少要多少的态势。作为我们这一代航空人,这是大半生梦寐以求而求之不得的大好形势。当然,我们必须优质地、成本可控地完成这一历史任务。
除了军机,民机也有巨大市场。波音、空客、中国航空工业发展研究中心ADR和中国商飞COMAC都做了未来20年世界和中国市场预测。预测结果大同小异,未来20年世界民机市场中,亚洲和中国各占20%。中国需要大约8000架干支线客机和货机,平均每年400架。
如此巨大的市场需求,是航空产业发展的强大驱动力。而我们现在仅有的两个涡扇类干支品种ARJ21和C919,正在负重前行。在论坛上,我遇到ARJ21总设计师陈勇,他告诉我最新的交付数是86架,年底可能达到100架,总的运送旅客人次数已突破560万,这是一个令人欣喜的消息。C919的情况,大家都知道了,在获得型号合格证PC后,很快就会获得生产许可证PC(注:在此文整理时,11月29日已经颁发),获得飞行器合格证AC和交付指日可待,明年一季度就可能开始商业运营。
我们取得了重大的阶段性成果,但是后面还有很多困难。我们的竞争对手十分强大。空客、波音的技术成熟,产能很高,2018年双双突破年交付800架,波音806,空客800,这是一个里程碑年。该年10月和2019年3月,波音737MAX发生两起同样的惨烈空难。由此一蹶不振,加上后来的新冠疫情,现在还在爬坡,到2021年也只交了340架。空客的财务形势也不太好,去年交了611架,但空客的相对科技优势与市场开发优势,包括我前面说的A220的改进研发等,已全面显现。而且他们两家手中,各自还有庞大的储备订单。波音少了很多,只有5000多架了,而空客有7000多架。面对如此强大的竞争对手,我们只有一条路可走,就是在强大的国家意志的支撑下。踏踏实实、一件一件地把工作做好,假以时日,必将在干支商用飞机世界格局中,占得一席之地,从A加B到A加B加C,新格局不是梦。
为什么开始发言时,我就说,对于航空产业的未来,我还是乐观的呢?我们看看目前陷入最大困境的波音是如何看待未来形势的。从波音的一份报告中我摘了两张图,大家可以参考一下,也许有助于克服悲观情绪。一张图是航空运输量的历史回顾。在持续上升中遇到了两次V型衰落,一次是911事件的影响,经历了三年得以恢复;接着因次贷危机再次引发衰落,又经过两年,恢复,并持续爬到高位。但是很不幸,又遭遇国际关系的变化和疫情对全人类的冲击,波音自身还有空难的冲击,全球运输量降到了正常水平的一半,这也是不少人认为世界再也回不去了的悲观情绪的缘由。能不能回去呢?波音报告里,有一句话,“V形反弹——历史在反复表明航空需求的韧性”,值得我们借鉴与深思。
另外一张图,是说相对于2019年全球航空货运能力的变化。客运形势严峻,但是货运形势见好。由于宽体客机机腹货运能力因客运下降而不可避免地下降外,专门的货机运量却几乎增长了三分之一。想一想,我们国内也的确同样,以电商为代表的航空货运不减反增,这也从一个侧面说明航空运输需求的刚性和运力维持甚或提升的韧性。
我们再简单地讨论一下通航。我只说一件事,就是按照2016年那份著名的 38号文,计划的各项指标,5000具航空器、500个颁证机场、200万飞行小时和1万亿产业产值,都没能实现。但是体现了中国通航界的努力,暴露了存在的困难和问题,更昭示了巨大的发展空间。近两年来,有了新的进展,2021年飞行小时突破百万,达到117.8万。这个数据是工信部装备二司司长在本月7号的一次会上说的。其实,在中国的通航业绩统计中,有一个问题并没有很好地解决,就是,无人机已经成为不可忽视的通航新品种,借用航空工业通飞公司总经理的数据,无人机日均飞行架次和作业小时数都令人鼓舞,但其数据有可能尚未规范性地进入统计渠道。
最后,简要谈一下发动机的世界格局,军用、民用大型发动机、中小发和下级制造商,都形成了远比飞机制造更加垄断的局面。世界上能搞飞机的有10个、20个国家,但是能搞先进发动机的只有四五个。中国航发事业已经取得了历史性进步,我们还要继续突破,争取在世界的强者俱乐部中占据一席之地。航空发动机领域现在面临着许多任务,既要在传统样式动力装置的研发中奋力前行、解决有无问题,持续提高水平,又要另辟蹊径,在迎接未来的奋斗中不落伍。几个并发的重大任务是,传统动力样式的进步,新结构新样式新能源动力装置的研发,以及新推进原理和新概念推进方式的研究。总之,为了航空器配套,需要发展航空动力,为了整个航空产业的进步,更需要发展航空动力。
在航空产业最好的历史发展机遇面前,全社会应该更加关注和进军航空产业,在国家层面、产业层面和自身层面都需要相应调整理念,树立对于航空产业发展的信心,规划行动。我归纳为“两新两突破”,“两新”是新发展理念和新发展格局,新发展理念包括三点,第一,振兴中国的航空产业既是挑战,更是机遇,要丢掉幻想,自立自强,要像当年打两弹一星那样的大仗一样,打航空产业的振兴仗,翻身仗;第二,高度重视航空的地位和作用;第三,充分激发航空的产业效应。新发展格局是指,内外两个循环,民机三分天下,航发挺进五强。“两突破”是指突破天花板,突破瓶颈。所谓的天花板是面对当前急迫的订货需求,要提升产能,优质配套,同时成本可控,以及提升自主保障能力。
来源:聚恩君
编辑及录音整理:王文慧 (中经网-中经在线 《科技与财经》专栏主任)
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