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人类花了 24 年时间，从 1903 年的首次动力飞行 发展到 查尔斯·林德伯格著名的飞越大西洋 （而 美国太空计划 从将首位美国宇航员送入亚轨道太空到将人类送上月球所用的时间甚至更少）。NASA 官员现在希望，未来的 25 年时间足以让国家航空航天工程师们研发出更环保的飞机。
该机构在此领域的主要倡议 N+3，呼吁展望未来三代飞机设计的想法——从 2030 年到 2035 年。NASA 还有一个类似的项目 N+2，更具体地侧重于在不久的将来，从 2020 年到 2025 年，使飞机更加环保。通过 N+3，这家航空航天机构正在资助“绿色”飞机研究，这些飞机将比今天的客机减少 70% 的燃料消耗，同时至少减少 75% 的一氧化二氮（一种温室气体）排放，并减少噪音污染。这些未来的飞机预计还需要更少的土地和空域用于起飞和着陆，这可能有助于缓解空中交通拥堵和航班延误。（N+2 计划的燃料消耗目标略微保守，减少 50%，但也力求减少 75% 的一氧化二氮。）
许多飞机制造商和航空航天工程师正在竞标参与 N+3 计划。NASA 已经授予波音、GE 航空、洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁曼以及麻省理工学院 (M.I.T.) 1240 万美元的合同，以支持他们的研究和设计工作。NASA 预计将在 2011 年 4 月发放下一轮拨款。
耗油大户
根据航空运输协会贸易组织的数据，燃料消耗是一个主要的环境问题，更不用说航空公司面临的财务问题了，燃料消耗通常占航空公司预算的三分之一左右。美国联邦航空管理局 (FAA) 估计，到 2030 年，美国商用飞机机队将消耗超过 1100 亿升燃料，高于今年的约 680 亿升，届时将有近 1.6 亿人乘坐美国飞机出行，而目前为 7070 万人。因此，FAA 在 6 月份宣布了自己的 1.25 亿美元“持续降低能源、排放和噪声” (CLEEN) 计划，旨在通过修改现有设计来促进更环保的飞行，这与 NASA 征集全新飞机设计的战略不同。
根据总部位于英国的环保飞行贸易组织绿色航空国际协会的数据，商用飞机是环境中温室气体的一个小但重要的贡献者，因为它们燃烧大量的航空燃料——它们约占每年二氧化碳排放量的 2%。飞机每年产生 6.7 亿吨二氧化碳，是 1990 年的两倍。该组织表示，预计到 2025 年，这个数字将翻一番。
环境问题在英国官员今年早些时候决定取消在伦敦希思罗机场（全球最繁忙的国际机场）修建第三条跑道的计划中发挥了重要作用。
重新思考商用飞机
飞机制造商在过去几十年里对飞机基本设计的改动一直持保守态度，因为重大重新设计是一场代价高昂的赌博。马克·德雷拉是麻省理工学院航空航天系流体动力学教授，也是该大学 N+3 团队的负责人，他说，从铆钉开始设计和建造一种新型号飞机是一项耗资 100 亿美元的提议。他补充说：“实际上，你几乎是在每一架新飞机上下赌注押上整个公司。”考虑到航空业臭名昭著的成本超支，德雷拉的估计可能还是保守的。
因此，自 20 世纪 50 年代以来，典型客机的配置并没有跟上发动机设计方面更显著的进步。“我们仍在飞行的飞机，其基本模板是 50 多年前的——一个长管，机翼向外突出，发动机附在上面，”绿色航空公司的总经理安德鲁·波兹尼亚克说，他支持 NASA 的倡议，但质疑任何新设计是否会在商业上可行。
N+3 背后的理念是重新思考可能性。德雷拉的小组（包括来自普惠公司和 Aurora Flight Sciences 的研究人员）提出的一种飞行器类似于一个球状、顶部扁平的长棍面包，能够搭载 180 名乘客。机身横截面是两个融合的圆柱体，看起来像融合的肥皂泡——因此得名“双泡”。明显缺席的是悬挂在机翼上的发动机——它们被安装在双尾撑杆之间，在那里它们提供更有效的推力——而且机翼本身比现代喷气式客机（如“双泡”旨在取代的 波音 737）上的机翼更长、更薄、看起来更精致。麻省理工学院还提交了一份更大的国际旅行飞机设计方案，能够运送 350 名乘客。
德雷拉说，较新的发动机在相对较慢的速度下性能最高。事实上，“双泡”的设计飞行速度比今天的商用客机慢约 8%。但他表示，更宽的机身和两条通道可以加快乘客的上下飞机速度——这意味着尽管飞行速度较慢，但总的行程时间可能会更短。
混合动力飞行 生物燃料研究有望在飞机基本保持数十年不变的情况下，通过略微的改动来减少燃料消耗和排放。波音公司的 N+3 提案侧重于混合动力喷气燃料-电力推进系统。波音公司发言人达里尔·斯蒂芬森表示，这种发动机可以将燃料消耗降低 70% 到 90%，与今天的典型飞机相比。他补充说，这种混合动力发动机可能特别有助于缩短起飞距离，在飞机升空时提供额外的推力。负责亚音速设计工作的波音工程师马蒂·布拉德利说，在起飞和爬升过程中，飞机将同时使用喷气燃料涡轮机和电力驱动来提供所需的动力。在巡航时，飞机将依靠其燃气涡轮机或电力驱动。
诺斯罗普·格鲁曼公司的 N+3 方法要求制造一种由陶瓷复合材料和可以变形并恢复其原始形状的“智能金属”制成的 120 座飞机。虽然该飞机类似于传统的喷气式飞机，但它的设计目的是在 1500 米长的跑道上起飞和降落，而今天的喷气式飞机需要 2400 米或更长的跑道。诺斯罗普希望这种较短的跑道空间将使这些飞机能够在较小的支线机场使用，从而减轻大型国际机场的一些交通压力。
即将到来的变革
NASA 还有很多工作要做，才能在一个长期以来一直坚持传统工程方法的行业中促成重大变革。更重要的是，要实现有意义的减排，就需要这些环保型变革在整个航空业中广泛普及，而不是仅限于一两家飞机制造商。
从短期来看，开发可行的生物燃料（据说是碳中和的）的努力可能会主导使商业航空更环保的努力。绿色航空公司的波兹尼亚克说：“已经有三家航空公司成功试用了煤油和各种生物燃料的混合物，例如麻风树和亚麻荠，”基于藻类的燃料也显示出前景。他补充说，欧洲正在未来几十年通过排放交易规则推动生物燃料的使用，这些规则要求航空公司为其碳排放付费。
而且，最具创新性的飞机重新设计还在后头。波兹尼亚克说，未来真正的绿色飞机将依靠太阳能运行，无需化石燃料，实现零排放。一个名为“阳光动力”项目的组织，在气球飞行家贝特朗·皮卡德的领导下，于本月早些时候在瑞士成功测试了其阳光动力 HB-SIA，进行了为期 26 小时的航行。
负责监督 N+3 计划的 NASA 基础航空计划办公室主任杰伊·德雷尔说：“我们正在将标准定得相当高。”“我们真的在努力尽可能同时推进尽可能多的[进展]。”德雷尔怀疑一种设计能否满足该机构的所有目标。他补充说，更有可能的是，各种提案的某些要素将吸引制造商，并最终进入飞机制造领域。太阳能飞行可能是最环保的技术，但德雷尔预测，它在半个世纪或更长时间内还不够成熟，无法运送大量乘客。