航空科研「百年老店」——德國航空航天中心全景掃描

德國航空航天中心（German Aerospace Center，DLR）是德意志聯邦共和國的國家航空和航天研究中心。作為德國和歐洲科技研發與合作項目重要參與者，DLR在航空，航天，能源，運輸，安全和數位化等方面開展了大量的研究與技術開發工作、代表聯邦政府負責德國航天項目的規劃和實施、並管理DLR項目管理局（PMA）。與此同時，DLR承擔教育科普和大型試驗設施的規劃建設等職責。

一、基本情況

（一）大型跨國科研及管理機構，德政府負責監督指導，半數經費由政府資助

DLR共有8400餘名員工（國籍涵蓋90餘個國家，科研人員約5000人），在德國的27個地區設有50個研究所和33個大型實驗中心，並在比利時布魯塞爾、法國巴黎、美國華盛頓和日本東京設有四個國際辦公室。DLR作為獨立的法人實體，監督和管理分別由理事會和董事會承擔。其中，理事會由德國聯邦經濟和能源部國務秘書擔任主席，成員由自科技、商業、工業和政府的各8位代表組成。理事會每年召開兩次會議，聽取董事會的工作報告並就DLR的重要發展問題提出建議和指導。董事會承擔實際的管理工作，目前共由6人組成，其中董事長主責國防安全、副董事長主責運營管理和項目管理局、其餘4位董事分別主責航空、航天科技、能源和交通以及航天管理（政策規劃和項目實施）業務。

作為德國最大非高校類科研機構協會-赫爾姆霍茲（Helmholtz）的主要成員和非盈利性科研機構，DLR科研板塊近一半的運營經費來自於德國政府（民用方面主要由德國經濟事務與能源部以5年計劃方式下撥，國防安全研究由聯邦國防部以年度討論方式直接資助）通過赫爾姆霍茲以項目形式進行的直接撥款（機構運營費用）。2018年，DLR科研板塊獲得運營經費5.32億歐元（約39.62億人民幣），並通過競爭得到第三方經費5.02億歐元（約38億人民幣），總經費規模（10.35億歐元）同比去年上升並穩居歐洲宇航院首位。其中,航天研究經費佔約40%，航空研究經費約佔27%（約21億人民幣）。除此之外，2018年DLR航天管理局管理項目規模為12.14億歐元，PMA管理項目規模為15.87億歐元，同比去年皆呈上升趨勢。

（二）思想引領，因需而變——聚焦六大領域「航空、航天、能源、運輸、安全、數位化」

為更好的應對氣候變化、能源安全、數位化和國防安全問題帶來的挑戰，DLR和德國經濟事務與能源部於2017年發布了《DLR戰略2030》，旨在新形勢下進一步加強DLR的核心競爭力，通過有針對性地開展內部協同，鞏固DLR在科研的領先地位，從而為經濟和社會造福。戰略以「傑出科研能力、解決社會問題、促進經濟增長」為三大指導理念、重新對DLR的科研業務進行了規劃和調整：自2016年底至今新建立研究所14個，範圍涵蓋量子技術、數位化、大數據、衛星導航、低碳工業等。在原有的「航空、航天、能源、運輸、安全」這五大領域上新增了第六塊「數位化」，並提出了10個全新跨領域項目（其中8個和數位化直接相關），分別是：

1.全球連通-通過衛星和高空飛行平臺保障全球寬帶網際網路接入；

2.未來工廠-數位化生產中的智慧機器人；

3.基於仿真的認證-使仿真成為技術認證的第一步；

4.大數據平臺-針對異類源大數據的系統分析；

5.安全模塊的狀態監控-用於複雜系統安全運行的新診斷程序。

6.自主和聯網系統的網絡安全-航空和地面交通。

7 交通5.0-整體交通系統的自動和網絡化；

8.數字地圖-未來交通區域的地理資料庫。

9.未來燃料-下一代燃料，高性能化學燃料的存儲；

10. GigaStore-用於未來能源和運輸系統的廉價電力和熱量存儲

（三）專注跨越基礎研究和產品應用之間的「死亡之谷」

作為科研院所，DLR主要專注於技術成熟度4-6的研究，但可根據具體合同的需求延伸到可直接用於應用的產品和服務。同時，DLR也積極促進技術成果的市場化，通過提供諮詢服務和直接投資等方式，其科技市場團隊在過去10年間通過150餘個技術轉化項目，協助員工創立29個技術公司，獲得專利收入5600萬歐元（約4.2億人民幣）。同時積極與德國創新企業和科研機構進行合作，在幫助其完成技術轉化的同時也有效的支持了DLR自身以產品為導向的技術發展。

（四）基礎設施規模龐大，試驗能力一流

在實驗設施方面，DLR共運營184個大型實驗設施，包含火箭實驗臺、風洞、發動機試車臺、太陽爐、等離子噴塗裝置，整機滾動振動臺和飛行模擬器等，全年使用率達到100%（其中75%用於院內科研）。其中DLR最引以為傲的擁是目前歐洲第一大、世界第二大的民用試驗機隊，共有固定翼和旋翼機共13架，專業工程技術人員75名，全職試飛員13名。該團隊開展了各類飛行實驗（水上、冰上、跨洲長距離飛行等）、針對特定領域如噪聲、材料等的實驗、以及作為大氣，氣候和環境研究的測量和傳感器飛行平臺支持運輸和國防問題研究。平均每年每架試驗飛機執行各類飛行試驗30項，飛行時間約250小時。

（五）積極推動國際合作，與中國航空研究院已有40年合作歷史

在滿足於國內需求的基礎上，DLR在國際舞臺上也十分活躍。截至目前，DLR已與60餘個國家的400家機構建立了夥伴關係，年均執行國界合作項目近千個，其中與法國、美國、俄羅斯和日本的合作關係最為緊密。在技術合作的同時，DLR也以開放的態度歡迎夥伴機構派遣訪問學者，年均接待90餘個國家400餘名外國科學家開展國際合作項目。特別值得一提的是，在我國改革開放以後，DLR是首個與中國航空研究院建立正式雙邊合作關係的外國機構。雙方高層於1979年完成互訪，1980年正式籤署合作協議，以此開啟了至今4年卓有成效的合作，為我國航空科技屆培養了一大批優秀人才和骨幹。

（六）重視人才培養和科普教育

在人才培養上，「DLR校園（DLR Campus）」團隊在員工培養和開展科普方面均進行了大量工作。作為MINT（數學、信息、自然科學和技術）領域的優質僱主，DLR平均每年招募科研人員約350名，實習人員約400名，年輕學徒約75名。在員工繼續教育方面，DLR雖然無法直接授予學位，但其利用國內外資源，為員工精心設計了所內、跨所與高校和國際夥伴相結合的培養課程，最終達到畢業標準的將由合作高校頒發博士學位證書。這一方式受到了的廣泛歡迎，目前已有近1/8在職員工正在參與該項目。在科普方面，DLR編寫並定期更新的科普教材已被德國6000餘所中小學採用，並定期開展多種活動。其中最具代表性的是年均吸引約4萬名小學生參加的「DLR學校實驗室」項目和與美國航空航天局（NASA）聯合舉辦，由兩國大學生共同參與的NASA-DLR飛機設計挑戰大賽。

二、主要業務介紹

（一）航空研究：24個航空專業所，開展六大方向研究

作為歐洲最大的航空科研機構，DLR認為未來的航空運輸系統將是環境友好、安全、安靜和高效的。為此，DLR航空研究的主要目標是減少航空器排放和汙染、發展無人飛行系統和航空數位化。從研發、取證，製造和維護，其24個航空專業所開展了從單個組件到飛機整體以及空中交通的複雜相互作用的完整航空運輸系統研究，為下一代飛行器的發展提供有力的指導和支持。同時，DLR也在歐盟及德國航空戰略的制定中擔任重要角色。

根據《DLR戰略2030》，航空科研在2018年重新定義了6個發展理念，以更好的落實德國國家航空戰略、解決工業界的實際需求並參與國際合作，具體為：

1、電動飛機：

DLR致力於為2040年可投入實際商業運營的5座環保混電短途飛行器提供技術支持和保障。為此，DLR計劃在2030年前完成對關鍵技術的確認、研發和驗證，並在此基礎上完成實驗樣機的設計、製造和試飛工作。同時，DLR也在多場合就電動飛機的適航認證、配套基建、運營場景和商業價值與利益相關方進行研討。

2、商用飛機：

航空運輸需求正以平均每15年翻一倍的速度迅速增長，為應對伴隨而來的社會和商業問題，DLR致力於設計並評估下一代環境友好、經濟適用且舒適的商用飛機。通過關鍵技術攻關、多學科聯合研發到驗證機試飛，DLR將對傳統和新構型飛機的各類運營場景和對環境的影響進行分析，為乘客和飛行員打造更舒適友好的飛行體驗，並通過優化空中交通管理以進一步提高飛行效率。

3、城市空運：

毋庸置疑，城市民用客運無人機和全天候貨運無人機是未來航空發展的一大熱點。DLR將所有沒有機上飛行員的航空器都列為「無人機」範疇（故客運亦包括在內），並以真正的「無人駕駛」為最終目標。為此，DLR正積極開展全機系統和全飛行運營系統的智能化和無人化（相關成果也將應用於DLR飛行輔助系統）、系統和網絡安全保障技術、適航標準和環境影響以及運營場景和市場分析推廣的相關研究工作，以幫助城市空運概念在安全可靠的前提下儘快為客戶和社會創造實際價值。

4、救援直升機2030：

基於醫學界對緊急救援的63個醫療需求，DLR將設計可在全天候執行飛行任務的救援直升機，力求將救援力量在「黃金60分鐘」內送達現場：為搭載更多的醫療設備，DLR將對直升機重新進行整體設計、驗證和飛行實驗並開展飛機輕質化研究（結構、材料）；為保障惡劣氣候或緊急情況下的飛行，DLR將研發更智能且安全的飛行作業系統（直至無人駕駛）和除冰系統；為避免二次傷害，DLR將持續研究直升機的減震、降噪和節能技術。

5、高效運輸系統：

為在航空客運不斷增長的同時滿足歐盟《航跡2050》戰略中「航空客運4小時門到門」的需求，DLR將通過多種技術手段打造一個安全、可靠、高容量、高效率的綠色航空運輸系統。其研究目標包括：從個體到系統的全網絡化、保障無人機空管（UTM）和傳統ATM的安全融合、通過優化工作流程和系統集成保障高效和綠色運營、更準確及時的天氣信息以及對乘客和當地居民更友好的機場設計。

6、數字航空：

高性能計算機的發展為航空器的數位化提供了有效支持，高仿真的虛擬研發、製造和試驗技術可大大降低新技術和產品的時間與資金成本。DLR將數位化視為下階段研究工作的核心。基於其豐富的飛機設計經驗，DLR正在開發一套簡單通用的數學和數值模型工具，以統一的格式對航空各學科的核心要素進行精準描述，最終集成為一個完整的虛擬飛機方案，並實現從設計、加工到取證和全生命周期的高精度仿真。為此，DLR也將持續加大對計算機模型研發和多學科優化研究的投入。

（二）航天研究

DLR的航天研究以解決全球氣候變化、保障安全通訊等社會的實際為目標，研究領域涵蓋了對地觀測、通訊和導航、宇宙探索（如新發動機、衛星和太空飛行器研發）、太空實驗、太空運輸、太空系統和機器人技術。其三大重點為：與ESA和NASA聯合開展宇宙空間站的研發和實驗工作、遙科學和機器人以及衛星對地環境檢測。這些項目的研究成果將使人類更好的理解地球和太陽系其他星體的歷史與演化。

（三）能源研究

DLR認為未來的能源系統應該是可持續且對環境友好的（不產生汙染排放且沒有造成重大環境災害的風險），並致力於研究可應用於全社會和工業地區的高效能源供應系統。為此，DLR正聯合多學科力量開展高效能源存儲系統（熱能、電能和化學能），風力和太陽能、燃料電池和綠色燃氣渦輪機的技術和應用研究。同時，DLR在太陽熱能和電化學能轉化以及替代燃料的製造及使用的研究處世界領先水平。

（四）運輸研究

為實現高效、安全、環保、可持續且滿足未來經濟發展需求的運輸系統，DLR集合航空、航天、能源、數位化等25個不同專業所的優勢科研力量，在國家和國際層面開展了歐洲第二大規模的運輸研究，以明確未來交通的需求並提供解決方案。依託DLR各類大型實驗設施、以數位化為創新的主要驅動、跨學科融合為研究特點，目前DLR運輸項目的7大重點為：公路交通、鐵路交通、交通管理、運輸和環境、城市流動、電子交通和大型活動和災難時的交通管理。

（五）國防安全

作為多領域綜合研究項目，在DLR其他5個領域的26個專業所的共同支持下，DLR通過與政府和企業的緊密合作開展關於數位化、網絡安全、關鍵基礎設安全等有助於保護德國、歐洲乃至世界人民生命、經濟和政治安全技術的研發、測試和分析，是德國、歐洲和全球安防研究系統的重要成員。基於已有的大量研究基礎和試驗設施，DLR在關鍵設備監控和維護、危機和災難救援、邊境安全以及對抗恐怖活動和有組織犯罪方面具有獨特的研究優勢。

（六）數位化

數位化正使社會和經濟的各方面產生深刻變革，高效廉價的海量數據獲取和處理工具以及國際信息處理系統催生了無數顛覆性的科研和商業運營模式，但也進一步加劇了全球市場競爭。通過與政府、工業和學術界通力合作，DLR數位化研究團隊正全力推進航空、航天、能源、運輸和國防數位化領域和跨領域聯合研究的相關工作，其四大重點為：經濟數位化、大數據及智能數據、網絡安全和智能流動。基於已有的數據和技術儲備，DLR也是德國政府及工業界在數位化研究方面的重要聯絡和諮詢機構。

（七）航天管理局（負責德國航天項目規劃，參與國內外航天項目的管理）

（八）DLR項目管理局PMA（負責管理政府科研項目，類似於我們國家部委成立的二級管理中心）

PMA是德國最大的項目管理機構之一，擁有1千餘名員工，為德國政府部門、教育機構、基金和工業協會等提供各類國內和國際層面的諮詢、管理和創新服務。其業務領域包括航空研究、教育及性別平權、社會經濟與技術創新、健康與醫療、環保與可持續和歐盟與國際合作，其主要客戶包括德國5個聯邦政府部門，各州政府和歐盟。特別值得一提的是，PMA負責德國經濟事務與能源部、巴伐利亞州政府、布蘭登堡州、漢堡州和下薩克森州政府航空科研項目的執行工作。同時，PMA也是德國在歐盟框架《地平線2020》下航空研究的國家聯絡點。

三、總結

毋庸置疑，DLR是歐洲乃至全球領先的科研機構。筆者作為中國航空研究院組織、參與國家級航空科研機構國際合作的從業人員，在與DLR管理層和科研人員近4年的交流中也不斷就其機構成功的原因進行探討，認為DLR的成功所在及主要優勢至少包括如下兩個方面：

1、持續穩定的政府支持

DLR的前身最早可追溯至1907年成立的空氣動力學實驗室AVA，在其百年的發展歷程中，DLR的業務體量在政府的統籌和支持下穩步擴展，並逐步被賦予了更多的管理職能。作為國家級研究機構，DLR對內進行相關領域研究和大型試驗設施的統一規劃管理，避免對同一題目的重複投入和研究，實現資源的高效配置；對外在相關領域代表國家最高水平開展國際合作與交流，打造品牌效應並形成穩定了國際關係網絡。在經費方面，近幾年DLR的科研經費總額以平均每年8%的速率穩步上漲。同時在國撥經費方面，德國經濟事務與能源部牽頭的資助機構委員會以5年為跨度對研究項目進行評估，但在實際執行時DLR擁有20%的自由度，甚至針對特定項目，協商後其使用自由度可達到100%。

2、強大的系統研究能力

跨領域、多學科的協同研究是DLR的傳統優勢，也是DLR區別於德國其他研究機構的重要特點。故而其管理和經費都以項目為導向，並根據項目要求對各個專業所進行調度。通過全局考慮，使DLR可以提供一站式、系統化的技術解決方案，極大地擴展了單個學科在多維度的發展並促進了團隊融合。實際上，正是基於其多年系統研究的經驗，使DLR在目前數位化研究方面佔得先機。同時，系統的思維和管理方式也為DLR把握科技發展趨勢，確定未來研究重點並促進技術創新提供了保障。

（中國航空研究院張京楠）