前后艙協同應用釋放空地互聯無窮潛力
本報記者 鄭雪
伴隨著發動機巨大的轟鳴聲，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網飛機。駕駛艙內，飛行速度、飛行高度、發動機狀態等數百組飛行參數和飛機健康數據通過衛星鏈路被實時傳輸到地面進行監控；客艙內，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，一只可愛的哈士奇正在睡覺，托運人看到實時監控畫面后會心一笑……
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實，因為飛機數字化運行解決方案正在國內開展試點工作。飛機數字化運行解決方案，即前后艙協同應用（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走向數字經濟的重要標志，飛機數字化運行是務實推進智慧民航建設的重要基礎。想要實現飛機數字化運行，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等問題。
傳統上，民航飛機與地面以及飛機間的語音和數據通信主要是通過高頻、甚高頻通信系統和窄帶通信衛星實現的，比較典型的應用是現有飛機通信尋址與報告系統（ACARS）和機載衛星電話。傳統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，高通量衛星的迅速發展，給民航空地寬帶通信創造了有利條件。高通量衛星具有頻帶寬、容量大等技術特點，能夠有效增加衛星通信系統容量，有效支持多數據傳輸，有效提升應急高速寬帶通信保障能力。目前，高通量衛星在寬帶接入、數據中繼、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。
前后艙協同應用作為通信領域的國產航行新技術，是基于高通量寬帶Ka/Ku衛星通信系統和數據傳輸技術的民航數據應用。據了解，前后艙協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據傳輸及相關應用場景，利用飛機實時數據為航空公司飛行、運控、機務、安監等主要業務部門提供數據智能服務，對數據鏈路的安全性、穩定性、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，還包括客艙網絡服務、客貨艙視頻監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字化運營峰會上，民航局有關專項負責人表示，前后艙協同應用提供了有效的空地數據通信能力，以此為基礎將數據分發至相關保障單位，配合開發適用的軟件，可以創造出無窮無盡的應用，但重點應放在安全領域。
據悉，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（如衛星云圖）、航行情報等重要信息；QAR實時下傳可以監控飛行健康狀態、航班運行異常、燃油實時動態等；ACARS增強下傳可以有效增加數據的傳輸類型，讓ACARS數據報文高效送達地面。前艙應用可有效提升飛行安全裕度。飛機實時數據下傳到地面（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星鏈路上傳到機艙EFB（非飛控系統）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生，安全效益巨大。
近年來，人們在日常聯系時大幅減少了打電話和發短信的需求，轉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同應用中的EFB雙向通信與微信頗為相似。有業內人士暢想，隨著前后艙協同應用的持續發展，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，管制員通過衛星鏈路監視飛機甚至發布指令……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、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，加快實現高水平科技自立自強。2023年全國民航工作會議指出，鼓勵企業加大研發投入，提高新技術應用效能，提高科研成果轉化率，提高主要設備國產化率，努力提高關鍵技術裝備、核心信息系統等自主可控能力。
據介紹，前后艙協同應用是衛星互聯網在民航業的核心應用，具有自主創新、科技前沿、經濟主戰場、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星、通信鏈路、機載設備和系統、加改裝技術等方面基本實現了自主可控，相關企業產品符合國際主流標準，且已有國內外商業運營的成功案例。
就衛星網絡而言，目前在軌并已提供商業服務的國產高通量衛星主要有中星16號和亞太6D。前者可覆蓋國內90%的航線，后者可覆蓋所有窄體機航線，這兩顆衛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號衛星也已經成功發射，預計年內可提供商業服務。據了解，中國衛通作為國內衛星運營商，將通過持續建設衛星網絡和配套地面設施，不斷加強國際和地區合作，建立起覆蓋全球的高通量寬帶衛星通信系統。
作為前后艙協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”）和飛天聯合系統技術有限公司（以下簡稱“飛天聯合”）有關負責人介紹，這一技術方案包含機上寬帶衛星系統、飛行數據系統、客艙Wi-Fi系統等機載軟硬件產品，以及飛機數據應用地面智能軟件平臺等。“中國航材和飛天聯合開發的基于Ka/Ku高通量衛星的前后艙協同應用機載航電系統技術和產品，涉及的核心軟硬件設備均為國產，實現了自主可控”。
安全是民航業的生命線。飛機任何關鍵部件的改裝都要慎之又慎，必須依據民航規章通過嚴格的適航認證。記者了解到，上述前后艙協同應用機載航電系統技術和產品已經成熟，其核心的機上寬帶衛星系統前期已在空客A320飛機上獲得了美國聯邦航空管理局（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）。業內人士認為，目前要充分發揮前后艙協同應用的效能，仍面臨不少困難和限制，如對運行合格審定標準、運行規范進行修改，對EFB咨詢通告進行修訂以及獲得國際民航業界的認可等。
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業變革深入發展。面對國內外環境的深刻復雜變化，我國民航實現高質量發展必須堅持科技自立自強。對此，業內人士表示，“這些是無法回避的，需要我們大家迎難而上。前后艙協同應用是我國自主創新的航行新技術，值得我們精心呵護”。
開啟互聯網飛機新時代
作為國內首創的航行新技術之一，前后艙協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星的前后艙協同應用建設，并在民航局航空器適航審定司的協助下完成了美國聯邦航空管理局取證。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QW9771高速互聯網航班商業首航。
這架飛機被稱為中國第一架高速衛星互聯網飛機。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，還開創了“互聯網+航空”的全新商業形態。基于對首架B-8442高速衛星互聯網飛機改裝運營效果的高度肯定，以及對飛機網絡化、數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試點規模。
繼青島航空之后，2022年1月21日，四川航空首架國產高速互聯網飛機B-8330投入運營。一年多以來，該國產高速互聯網飛機已執飛航班超過1000班，其機上高速互聯網系統運行平穩，網絡體驗良好，獲得了旅客的廣泛好評。
為積極穩妥推進前后艙協同應用，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同應用“應用試點”（第二階段）。據了解，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數據多鏈路下傳、QAR數據實時下傳、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同應用試點項目的首家簽約航空公司，并有望成為國內首家開展“云匣子”測試驗證工作的航企。該航空公司已經從平視顯示器（HUD）的推廣應用中積累了豐富的經驗，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月例行新聞發布會上獲悉，“提供機上地空通信上網服務”被列為2023年“民航服務助力行業恢復年”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衛星等多種技術手段，加快推進航空器前后艙協同改造和設備安裝，創新與運營商的合作模式，為更多旅客提供高品質、多元化的地空通信上網服務，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劃》也確定了到2025年客艙地空通信網絡覆蓋比例達到60%以上的目標。
藍圖已經繪就，號角已經吹響，前后艙協同應用試點工作正在穩步推進。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”。飛機數字化運行解決方案在中國民航必將大有可為。