一年前的2024年5月，United Therapeutics 子公司 Unither Bioélectronique 在垂直飞行学会（VFS）论坛 80 上展示了其氢动力直升机原型，彼时项目管理副总裁 Mikaël Cardinal 曾满怀期待地表示，首次悬停飞行 “指日可待”。

十个月后的 3 月 27 日，在位于魁北克省布罗蒙的罗兰 - 德苏尔迪机场，Unither 团队终于迎来了激动人心的时刻 —— 改进后的 Robinson R44 技术演示器成功完成首飞。

此次三分十六秒的飞行，由飞行员 Ric Webb 驾驶，标志着世界上首次有人驾驶氢动力直升机飞行演示圆满达成，这一成就也在近日美国加利福尼亚州长滩举行的 VFS H2 - Aero 研讨会上，由 United Therapeutics 首席执行官 Martine Rothblatt 正式对外宣布。

多方携手，攻克技术难关

罗宾逊直升机公司在该项目中发挥了关键作用，其将自身深厚的工程、技术与监管专业知识投入到与 Unither Bioélectronique 合作的 Proticity 项目中。

作为氢技术集成商的 Unither，则肩负起认证测试的重任。

对此，罗宾逊直升机公司首席执行官大卫・史密斯在新闻稿中难掩激动之情：“这一航空史上的里程碑意义非凡，是迈向长距离、零排放垂直飞行的关键第一步。”

此次首飞并非一帆风顺，团队在技术研发过程中遭遇了诸多挑战。

其中，冷却系统的开发堪称 “拦路虎”。技术演示机用两个低温质子交换膜（PEM）燃料电池、一个锂离子增压电池组和 MagniX 电动机，替换了传统 R44 上的莱康明 IO - 540 活塞发动机，还在尾梁下方增设了圆柱形氢燃料箱，在飞机两侧发动机舱内安装了冷却系统。

由于 PEM 燃料电池产生的能量约有一半以热量形式存在，在悬停飞行时，没有高速飞行时的冲压气流辅助散热，散热难度剧增。

Mikaël Cardinal 坦言：“我们耗费大量时间寻找能在悬停状态下从燃料电池堆提取热量的系统，从热管理角度看，这是此类技术面临的最严苛要求。”

不仅如此，冷却解决方案还需适配 R44 有限的空间，毕竟燃料电池散热通常需要大型散热器，如何在小型直升机机身有限空间内安置，成为一大难题。

智能算法，保障飞行性能

在首飞前，Unither 团队在其专有控制软件 —— 状态机算法上也下足了功夫。这一算法能够精准把控燃料电池堆和助推器电池组之间的功率共享，二者协同工作为电动机供电。

由于燃料电池堆功率响应时间较慢，电池便承担起满足瞬态功率需求的重任，确保飞机在高功率飞行状态下性能稳定。

Cardinal 自豪地表示，飞机首飞时，该系统优势尽显，飞行中约 90% 的能量来自氢燃料电池，电池在满足电力瞬时峰值需求的同时，飞行结束时还能保持 80% 以上的电量。

例如，试飞员进行显著的反扭矩踏板输入操作时，两个燃料电池堆功率输出稳定，缓冲电池性能同样令人满意，状态机算法在精确平衡电力需求的同时，还能在特定瞬态状态下让助推器电池组提供额外电力。

此外，状态机算法还有一项关键功能，即当发动机或燃料电池组出现部分故障时，保障飞机能够安全飞行并着陆，相比传统单引擎直升机，大大增强了冗余度。

Cardinal 认为：“这种架构具备诸多优势，有望实现类似双引擎直升机在单引擎失效时的功能。” 尽管当前项目目标并非将系统认证提升至更高的 “Cat A” 安全级别，但团队在设计和工程活动中已提前布局，为未来升级做好准备。

定制显示面板，优化飞行体验

Unither 团队还在定制显示器研发上投入了大量精力。这款显示器旨在向飞行员清晰传达燃料电池、电池和发动机的实时状态，在演示机 R44 上，它被安装在已有的 Garmin 主飞行显示器（PFD）下方，未来生产型号中，它可集成至现有航空电子设备套件。

Cardinal 介绍：“这是我们内部开发的优质定制解决方案，过去 12 个月里，基于地面测试阶段，对这款飞行员显示器进行了多次迭代。” 

研发过程中，团队致力于精准把握向飞行员展示信息的内容与时机，同时配备清晰的机组警报系统（CAS）信息，以便在面临部分动力损失等情况时，能及时告知飞行员正确应对措施。

持续创新，拓展飞行航程

Unither 在技术演示机首次飞行中采用气态氢作为燃料，并计划在后续试飞中继续使用气态氢，以扩大飞行测试范围。

不过，公司已将目光投向液态氢，预计今年晚些时候，将对飞机进行改装，更换油箱，并在氢气离开油箱时增设小型预热器。

改用液态氢后，在油箱容量不变的情况下，飞机可携带更多燃料，Unither 预计届时能实现约 100 海里（185 公里）的航程演示飞行。

与此同时，公司计划于明年第一季度开始，在 Robinson R66 上集成升级后的氢动力系统，并为该型号申请补充型号合格证（STC），初步目标是获得加拿大交通部的认证。

Cardinal 透露，R66 设计将融入重大改进，与 R44 技术演示有显著不同。“我们改进 R66 系统后，预计航程可达 200 海里。前提是采用下一代燃料电池堆，其冷却需求更低，能减轻所有工厂组件重量。”

Unither 作为系统集成商，依赖外部供应商提供燃料电池、电池和电动机等组件，但目前尚未确定生产型号的合作供应商。

Cardinal 表示：“当前技术改进空间巨大，我们不会局限于单一选择，从商业供应链角度看，暂未做出明确决策。”

虽然 Unither 氢燃料 R66 首代产品载荷可能不及传统 R66，但 Cardinal 对未来技术发展充满信心：“未来氢气储存将更高效，如固态氢气储存技术；还有高温 PEM 燃料电池，这些技术有望使我们达到当前原始设备制造商 R66 的相同载荷水平。在此过程中，技术性能将持续提升，我们开发的 STC 套件也将与时俱进，在技术符合航空标准后及时改进。”

谈及何时能获得 STC，Cardinal 表示，监管机构在定义认证框架方面仍有大量工作要做。

“我们今年着力确定与原始设备制造商设计相比，能实现同等甚至更高安全水平的设计。目前难以确定具体时间，不过预计在 2028 年左右，我们能在 STC 问题上取得更大进展。”

此次氢动力直升机首飞成功，是航空领域的重大突破，标志着零排放载人垂直飞行从梦想逐步走向现实。未来，随着技术的不断创新与完善，氢动力直升机有望在航空运输、救援等领域发挥重要作用。