轻量化 | 德国航空航天中心调研报告

研究领域      

1．航空

（1）电动飞机

（2）商用飞机

（4）救援直升机2030

       救援直升机需要满足多项需求，在需要时更快地挽救生命；最大限度地减少人为失误；增加救援航班；仅讲急诊医生送到事故现场的单人飞行。DLR将专门为上述任务设计直升机配置。

（5）高效的航空运输

       DLR正在研究整个航空运输链 - 从单个技术到部分或全自动航空运输系统的架构。其工作范围从无人机系统的运营概念到整个网络的空中交通管理优化。该研究还将机场视为网络中的各个节点，航空公司运营以及整个航空运输系统在性能，效率和环境影响方面的有效性。这样就可以评估整个航空运输链，将所有概念、技术、运营方面和环境标准整合到整个航空运输系统的综合虚拟模型中。

2．航天

（1）地球观测

       使用遥感方法进行地球观测，重点是气候和大气研究，特别是全球气候变化和国际协定监测；环境科学与可持续发展；资源管理；安全和防灾备灾；交通和城市规划。

（2）太空探索

       太空探索的重点是太阳系的形成和演化以及关于宇宙中生命的起源和存在的基本问题。DLR正在通过高度复杂的遥感和创新的实地任务仔细检查和探索行星、矮行星、卫星、小行星和彗星，以探索三个基本问题的答案：行星和行星系统是如何形成和演化的？是什么让行星（和卫星）适合居住？我们如何识别其他行星和卫星上的生命？

（3）太空条件下的研究

       太空条件下的研究方案主要涉及材料科学、等离子体物理、医学和生命科学领域的调查。将微重力条件下在空间获得的实验结果与在地球上获得的实验结果进行比较，可以更好地了解这些领域的基本机制和过程。在生命科学领域，在长期和一致的观察下，调查并全面记录了极端环境条件（如大气成分、营养、重力、噪音、光和辐射）对人类健康和性能的急性和慢性影响。细胞过程，单个器官和整个生物体都被考虑在内。材料科学研究侧重于使用理论研究，实验和模拟来研究材料结构和性能。探空火箭的可用性和进入国际空间站的通道使得在微重力条件下进行这些实验成为可能。

（4）通信导航和量子技术

       DLR专注于研究和开发基于卫星的系统和流程，以实现广泛，全面，独立和安全的通信和导航服务访问。为了提供必要的带宽和访问时间，DLR正在促进光通信技术的开发和使用，既用于中央网络和卫星之间的通信（馈线链路），也用于直接用户连接。作为未来使用的先决条件，DLR正在对光信号在大气中的传播进行基础研究，并开发安全有效的光数据传输编码方法。

（5）太空运输

       德国航天中心在空间运输方案中开展的研究和开发活动旨在改进现有的运载火箭，为未来的系统铺平道路，并确保它们在私营和商业发射供应商所服务的国际市场上继续具有竞争力。主要研究领域：

1. 材料研究：陶瓷材料，轻质结构，新的和创新的制造方法。

2. 推进系统和推进剂：固体/混合推进，新型（绿色）液体推进剂替代品。

3. 空气热力学：姿态控制，大气再入期间的热管理。

4. 数值模拟：基于仿真的设计验证，人工智能的使用，新的和扩展的IT基础设施和方法的集成。

（6）机器人

       DLR的机器人研发专注于用于太空的机器人辅助系统、在轨服务和行星探索机器人。器人系统将用于卫星、未来空间站的维护、安装和改造，以及捕获和有序处置大量空间碎片。这些系统，如高度复杂的手臂/手部系统，感知，控制和规划算法，以及直观高效的人机界面，正在DLR的机器人研究框架内开发和部署。除了载人任务外，自主机器人系统将越来越多地用于国际行星科学任务。对于无人原位勘探，DLR特别重视子系统的可扩展性和模块化，使未来要开展的任务和研究更具灵活性。太空和地球应用之间的相互技术转让是DLR机器人研究各个阶段的主要优势之一。

（7）空间系统技术

       空间系统技术方案旨在为今后的空间飞行任务开发新的创新技术。从任务概念到设计开发和技术实施，再到在真实空间条件下验证单个组件和完整系统，所有基本步骤都得到了解决。这确保了成熟可靠的技术可用于要求苛刻的未来科学和研究任务。研发活动的中心是质量高达250公斤的紧凑和高度集成的卫星系统，并具有可灵活部署的子组件，可以快速适应个别任务的要求。提供这种系统使DLR能够为其自己的研究活动和德国航天工业提供具有成本效益的飞行能力和有效载荷空间。

3．能源

（1）能源转换器

       整合电力、热力和运输部门的网络能源系统需要各种能源转换器。使用燃气轮机，可以高效地从气体或液体燃料中获取电力。DLR开发了广泛的数值模拟建模工具来模拟燃气轮机；燃料电池，氢气可以以需求为导向，并以高效率发电和供热。DLR开正在发燃料电池（PEFC）和SOFC）和电解槽。

（2）储能

       正在研究和开发用于电力（“电池”）的电化学存储以及用于热的热和热化学存储。此外，正在对化学储能进行广泛的研究工作，例如氢气和碳氢化合物，其特点是能量密度高，易于处理，并且使用具有出色的多功能性。在电化学储能方面，DLR致力于开发锂离子技术以及下一代电池的开发，例如锂硫电池和金属空气电池。在热化学储存方面，DLR在研究通过显热（温差）、潜热（相变能）、可逆化学反应（反应能）的形式热量。

（3）太阳能

       该领域的研究重点是太阳能热电厂组件和系统的开发。抛物面槽式发电厂和塔式发电厂的组件工作在DLR自己的测试设施中进行，使用新的测量技术和模拟工具，与研究和工业合作伙伴密切合作。具体目标是降低这些技术的成本。该研究课题还包括开发太阳能热技术的新应用领域，例如工业过程。太阳能化学工艺工程的重要性日益增加，特别是利用太阳辐射生产燃料。

（4）风能

       DLR研究人员正在研究生产更高效，更安静，更轻便的风力发电厂。具体研究转子设计、智能转子、气动声学和噪音、风势和风场特性。

4．交通

（1）交通系统

       DLR正在研究运输发展与其在不同方面的影响之间的相互关系。这包括分析用户的偏好和行为，发展运输供求，以及噪音排放、温室气体和空气污染物对环境的影响。在此过程中，DLR特别关注城市地区的发展以及不同交通方式之间的相互作用，包括行人和自行车交通。

（2）道路交通

       DLR的研究人员不仅研究道路车辆的技术开发，而且还在寻求一种综合方法，其中车辆，基础设施和交通管理方法之间的关系以有条不紊的方式考虑和研究，以解决整个系统。除此以外，轻质结构和能源管理也是研究课题，以及自动辅助系统的进一步发展和驾驶员及其与车辆相互作用的研究。

      （3）铁路交通

       在下一代列车的指导理念下，研究人员正在研究轨道车辆的技术开发，这也涉及从公路车辆和飞机制造行业汲取的各种方法，包括混合动力推进系统、轻量化设计和改进的空气动力学。

5．数字化

      （1）数字化经济

       在德国，经济和社会的数字化为创新和提高生产力提供了巨大的潜力，从而为增长和繁荣提供了巨大的潜力。德国的优势在于开发高度复杂、自动化和安全的系统，这些系统需要高度的工程专业知识和技术洞察力。通过其跨部门工业数字化领域，DLR正在帮助应对以下挑战：

1. 通过卫星或高空平台提供的互联网通信和宽带，结合基于激光的光学数据传输，有可能创造具有成本效益的安全互联网接入。除此之外，还可以为工业开发创新的物流和移动解决方案。

2. 高空无人平台。

3. 发展工业4.0解决网络化的工业生产以及开发更可靠，更灵敏和智能的人机协作系统。

4. 快速的监管审批。在审批过程中持续引入数值模拟可以显著降低时间和成本风险。

      （2）大数据和智能数据

       未来几年，德国将成为欧洲数字增长的第一名，在工业4.0时代还有先进的传感器和控制技术的使用以及社交网络使用的巨大增长让数字信息数量迅速增加。DLR研究人员正研究如何传输、存储、处理海量的数字信息。

（3）智能出行

       未来，运输将实现自动化、网络化和电力驱动。DLR正在智能交通跨部门领域的项目中努力解决以下问题：

1. 自动化如何满足公路、铁路、海运和空运的上述要求，以及如何为此目的有效地规划运输区域？

2. 对于专注于用户需求的运输系统，存在哪些总体的、自组织的合作计划和组织原则？

3. 如何克服技术障碍，并利用协同效应以发挥最佳效果？

4. 在满足高期望的同时，以具有成本效益的方式实施解决方案有哪些选择？

5. 基于智能链接数据的高精度仿真可以发挥什么作用？