前后舱协同应用释放空地互联无穷潜力
本报记者 郑雪
伴随着发动机巨大的轰鸣声，一架民航客机腾空而起，冲上蓝天。这是一架特别的高速互联网飞机。驾驶舱内，飞行速度、飞行高度、发动机状态等数百组飞行参数和飞机健康数据通过卫星链路被实时传输到地面进行监控；客舱内，旅客们连接机上Wi-Fi，在手机上流畅地观看球赛直播、追剧或打游戏；腹舱内，一只可爱的哈士奇正在睡觉，托运人看到实时监控画面后会心一笑……
这一看起来有些科幻的智慧运行场景，在中国民航将逐步成为现实，因为飞机数字化运行解决方案正在国内开展试点工作。飞机数字化运行解决方案，即前后舱协同应用（航行新技术），不仅可以为旅客提供更好的飞行体验，还能有效提升飞机运行安全水平和效率，降低运营成本。
通信领域的航行新技术
智慧民航建设是民航业走向数字经济的重要标志，飞机数字化运行是务实推进智慧民航建设的重要基础。想要实现飞机数字化运行，首先要解决飞机与地面通信的大带宽、低成本以及实时交互传输等问题。
传统上，民航飞机与地面以及飞机间的语音和数据通信主要是通过高频、甚高频通信系统和窄带通信卫星实现的，比较典型的应用是现有飞机通信寻址与报告系统（ACARS）和机载卫星电话。传统空地通信技术在传输速率、抗干扰能力、使用费用等方面无法满足智慧民航建设的大容量实时通信需求。
近年来，高通量卫星的迅速发展，给民航空地宽带通信创造了有利条件。高通量卫星具有频带宽、容量大等技术特点，能够有效增加卫星通信系统容量，有效支持多数据传输，有效提升应急高速宽带通信保障能力。目前，高通量卫星在宽带接入、数据中继、基站回传、机载通信、船载通信等方面得到了广泛应用，且相关技术基本自主可控。
前后舱协同应用作为通信领域的国产航行新技术，是基于高通量宽带Ka/Ku卫星通信系统和数据传输技术的民航数据应用。据了解，前后舱协同应用主要包含前舱应用和后舱应用（含腹舱应用）。其中，前舱应用主要面向飞机和机组的实时数据传输及相关应用场景，利用飞机实时数据为航空公司飞行、运控、机务、安监等主要业务部门提供数据智能服务，对数据链路的安全性、稳定性、保密性及传输速率有较高要求。后舱应用除了面向旅客的娱乐、传媒、购物等，还包括客舱网络服务、客货舱视频监控以及机上应急处置等场景。
在2021年底举办的中国首届民航飞机数字化运营峰会上，民航局有关专项负责人表示，前后舱协同应用提供了有效的空地数据通信能力，以此为基础将数据分发至相关保障单位，配合开发适用的软件，可以创造出无穷无尽的应用，但重点应放在安全领域。
据悉，典型的前舱应用场景包括电子飞行包（EFB）双向通信、ACARS增强下传和快速存取记录器（QAR）实时下传。EFB双向通信可以同步更新气象（如卫星云图）、航行情报等重要信息；QAR实时下传可以监控飞行健康状态、航班运行异常、燃油实时动态等；ACARS增强下传可以有效增加数据的传输类型，让ACARS数据报文高效送达地面。前舱应用可有效提升飞行安全裕度。飞机实时数据下传到地面（仅可单向下传）后，地面平台会对其进行处理，并将处理结果和建议通过卫星链路上传到机舱EFB（非飞控系统）供飞行员参考。这就为航班运行风险控制提供了一种全新手段，可极大增强地面对飞行机组的支持能力，加快对不正常情况的响应速度并提升处置能力，增强机组的情景感知能力和自信心，从而减少不安全事件的发生，安全效益巨大。
近年来，人们在日常联系时大幅减少了打电话和发短信的需求，转而更加频繁地使用微信。这主要是因为微信可以便捷地收发多种类型的信息，如文字、图片、语音、视频等，且成本极低。记者了解到，航空公司普遍认为前后舱协同应用中的EFB双向通信与微信颇为相似。有业内人士畅想，随着前后舱协同应用的持续发展，这一天肯定会到来：飞行员可以通过EFB与运控中心等进行更顺畅的交流甚至视频通话，管制员通过卫星链路监视飞机甚至发布指令……届时，民航运行安全水平将进一步提升，空地通信费用将大幅降低。
名副其实的中国“智”造
党的二十大报告提出，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，加快实现高水平科技自立自强。2023年全国民航工作会议指出，鼓励企业加大研发投入，提高新技术应用效能，提高科研成果转化率，提高主要设备国产化率，努力提高关键技术装备、核心信息系统等自主可控能力。
据介绍，前后舱协同应用是卫星互联网在民航业的核心应用，具有自主创新、科技前沿、经济主战场、国家重大需求等几大特征，是名副其实的中国“智”造。记者了解到，目前我国在高通量卫星、通信链路、机载设备和系统、加改装技术等方面基本实现了自主可控，相关企业产品符合国际主流标准，且已有国内外商业运营的成功案例。
就卫星网络而言，目前在轨并已提供商业服务的国产高通量卫星主要有中星16号和亚太6D。前者可覆盖国内90%的航线，后者可覆盖所有窄体机航线，这两颗卫星的带宽可满足上千架飞机的带宽需求。此外，中星19号和中星26号卫星也已经成功发射，预计年内可提供商业服务。据了解，中国卫通作为国内卫星运营商，将通过持续建设卫星网络和配套地面设施，不断加强国际和地区合作，建立起覆盖全球的高通量宽带卫星通信系统。
作为前后舱协同应用试点总体技术方案的提供方，中国航空器材集团有限公司（以下简称“中国航材”）和飞天联合系统技术有限公司（以下简称“飞天联合”）有关负责人介绍，这一技术方案包含机上宽带卫星系统、飞行数据系统、客舱Wi-Fi系统等机载软硬件产品，以及飞机数据应用地面智能软件平台等。“中国航材和飞天联合开发的基于Ka/Ku高通量卫星的前后舱协同应用机载航电系统技术和产品，涉及的核心软硬件设备均为国产，实现了自主可控”。
安全是民航业的生命线。飞机任何关键部件的改装都要慎之又慎，必须依据民航规章通过严格的适航认证。记者了解到，上述前后舱协同应用机载航电系统技术和产品已经成熟，其核心的机上宽带卫星系统前期已在空客A320飞机上获得了美国联邦航空管理局（FAA）、欧洲航空安全局（EASA）、中国民用航空局（CAAC）的补充型号合格证（STC）。业内人士认为，目前要充分发挥前后舱协同应用的效能，仍面临不少困难和限制，如对运行合格审定标准、运行规范进行修改，对EFB咨询通告进行修订以及获得国际民航业界的认可等。
当前，世界百年未有之大变局加速演进，新一轮科技革命和产业变革深入发展。面对国内外环境的深刻复杂变化，我国民航实现高质量发展必须坚持科技自立自强。对此，业内人士表示，“这些是无法回避的，需要我们大家迎难而上。前后舱协同应用是我国自主创新的航行新技术，值得我们精心呵护”。
开启互联网飞机新时代
作为国内首创的航行新技术之一，前后舱协同应用需要通过试点充分论证安全性和可靠性。
2018年5月，青岛航空开始启动基于高通量卫星的前后舱协同应用建设，并在民航局航空器适航审定司的协助下完成了美国联邦航空管理局取证。虽然该项目在建设过程中先后遭遇美国政府停摆、新冠疫情等一系列困难，又面临测试周期延长、成本大幅增加等情况，但青岛航空还是一个困难一个困难地克服，一个问题一个问题地解决。最终，2020年初，青岛航空B-8442飞机获得FAA STC，并于2020年7月7日实现QW9771高速互联网航班商业首航。
这架飞机被称为中国第一架高速卫星互联网飞机。在乘坐该航班出行时，旅客能够以超过百兆的速度进行“网上冲浪”。凭借这一服务，青岛航空不仅获得了旅客的一致好评，还开创了“互联网+航空”的全新商业形态。基于对首架B-8442高速卫星互联网飞机改装运营效果的高度肯定，以及对飞机网络化、数字化升级的明确要求，在民航局飞行标准司指导下，青岛航空于2021年启动了B-8442飞机的前舱应用技术测试验证。在2021年中国首届民航飞机数字化运营峰会期间，民航局有关专项负责人视察了青岛航空运控中心（AOC）大厅，肯定了青岛航空B-8442飞机前期测试验证效果，并鼓励进一步扩大行业试点规模。
继青岛航空之后，2022年1月21日，四川航空首架国产高速互联网飞机B-8330投入运营。一年多以来，该国产高速互联网飞机已执飞航班超过1000班，其机上高速互联网系统运行平稳，网络体验良好，获得了旅客的广泛好评。
为积极稳妥推进前后舱协同应用，在圆满完成“技术测试”（第一阶段）后，民航局于2022年11月正式开展前后舱协同应用“应用试点”（第二阶段）。据了解，在第二阶段，国航、国货航、山东航空、海南航空、首都航空、四川航空、青岛航空等航空公司主动参与其中，多方协商确定加改装20架飞机，涵盖空客A330、波音777、空客A320和波音737共4种主力机型。试点场景重点针对前舱应用，包括ACARS数据多链路下传、QAR数据实时下传、EFB双向通信、4D/15能力和4分钟语音通信能力。
今年3月底，在新技术应用方面敢为人先的山东航空成为前后舱协同应用试点项目的首家签约航空公司，并有望成为国内首家开展“云匣子”测试验证工作的航企。该航空公司已经从平视显示器（HUD）的推广应用中积累了丰富的经验，获得了实实在在的收益，不仅航班正点率长期名列前茅，而且赢得了良好口碑。
同时，后舱应用的需求也非常强劲。记者从民航局4月例行新闻发布会上获悉，“提供机上地空通信上网服务”被列为2023年“民航服务助力行业恢复年”主题活动中“我为群众办实事”任务的服务举措之一，民航局“鼓励航空公司积极采用国产卫星等多种技术手段，加快推进航空器前后舱协同改造和设备安装，创新与运营商的合作模式，为更多旅客提供高品质、多元化的地空通信上网服务，提升旅客云上生活的舒适度”。同时，《“十四五”航空运输旅客服务专项规划》也确定了到2025年客舱地空通信网络覆盖比例达到60%以上的目标。
蓝图已经绘就，号角已经吹响，前后舱协同应用试点工作正在稳步推进。未来，空中与地面的信息交流将更加顺畅便捷，旅客在空中上网将像在家里一样畅快，而“黑匣子”也有望变成“明匣子”“云匣子”。飞机数字化运行解决方案在中国民航必将大有可为。