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人類花了 24 年時間，從 1903 年的首次動力飛行 發展到 查爾斯·林德伯格著名的飛越大西洋 （而 美國太空計劃 從將首位美國宇航員送入亞軌道太空到將人類送上月球所用的時間甚至更少）。NASA 官員現在希望，未來的 25 年時間足以讓國家航空航天工程師們研發出更環保的飛機。
該機構在此領域的主要倡議 N+3，呼籲展望未來三代飛機設計的想法——從 2030 年到 2035 年。NASA 還有一個類似的專案 N+2，更具體地側重於在不久的將來，從 2020 年到 2025 年，使飛機更加環保。透過 N+3，這家航空航天機構正在資助“綠色”飛機研究，這些飛機將比今天的客機減少 70% 的燃料消耗，同時至少減少 75% 的一氧化二氮（一種溫室氣體）排放，並減少噪音汙染。這些未來的飛機預計還需要更少的土地和空域用於起飛和著陸，這可能有助於緩解空中交通擁堵和航班延誤。（N+2 計劃的燃料消耗目標略微保守，減少 50%，但也力求減少 75% 的一氧化二氮。）
許多飛機制造商和航空航天工程師正在競標參與 N+3 計劃。NASA 已經授予波音、GE 航空、洛克希德·馬丁和諾斯羅普·格魯曼以及麻省理工學院 (M.I.T.) 1240 萬美元的合同，以支援他們的研究和設計工作。NASA 預計將在 2011 年 4 月發放下一輪撥款。
耗油大戶
根據航空運輸協會貿易組織的資料，燃料消耗是一個主要的環境問題，更不用說航空公司面臨的財務問題了，燃料消耗通常佔航空公司預算的三分之一左右。美國聯邦航空管理局 (FAA) 估計，到 2030 年，美國商用飛機機隊將消耗超過 1100 億升燃料，高於今年的約 680 億升，屆時將有近 1.6 億人乘坐美國飛機出行，而目前為 7070 萬人。因此，FAA 在 6 月份宣佈了自己的 1.25 億美元“持續降低能源、排放和噪聲” (CLEEN) 計劃，旨在透過修改現有設計來促進更環保的飛行，這與 NASA 徵集全新飛機設計的戰略不同。
根據總部位於英國的環保飛行貿易組織綠色航空國際協會的資料，商用飛機是環境中溫室氣體的一個小但重要的貢獻者，因為它們燃燒大量的航空燃料——它們約佔每年二氧化碳排放量的 2%。飛機每年產生 6.7 億噸二氧化碳，是 1990 年的兩倍。該組織表示，預計到 2025 年，這個數字將翻一番。
環境問題在英國官員今年早些時候決定取消在倫敦希思羅機場（全球最繁忙的國際機場）修建第三條跑道的計劃中發揮了重要作用。
重新思考商用飛機
飛機制造商在過去幾十年裡對飛機基本設計的改動一直持保守態度，因為重大重新設計是一場代價高昂的賭博。馬克·德雷拉是麻省理工學院航空航天系流體動力學教授，也是該大學 N+3 團隊的負責人，他說，從鉚釘開始設計和建造一種新型號飛機是一項耗資 100 億美元的提議。他補充說：“實際上，你幾乎是在每一架新飛機上下賭注押上整個公司。”考慮到航空業臭名昭著的成本超支，德雷拉的估計可能還是保守的。
因此，自 20 世紀 50 年代以來，典型客機的配置並沒有跟上發動機設計方面更顯著的進步。“我們仍在飛行的飛機，其基本模板是 50 多年前的——一個長管，機翼向外突出，發動機附在上面，”綠色航空公司的總經理安德魯·波茲尼亞克說，他支援 NASA 的倡議，但質疑任何新設計是否會在商業上可行。
N+3 背後的理念是重新思考可能性。德雷拉的小組（包括來自普惠公司和 Aurora Flight Sciences 的研究人員）提出的一種飛行器類似於一個球狀、頂部扁平的長棍麵包，能夠搭載 180 名乘客。機身橫截面是兩個融合的圓柱體，看起來像融合的肥皂泡——因此得名“雙泡”。明顯缺席的是懸掛在機翼上的發動機——它們被安裝在雙尾撐杆之間，在那裡它們提供更有效的推力——而且機翼本身比現代噴氣式客機（如“雙泡”旨在取代的 波音 737）上的機翼更長、更薄、看起來更精緻。麻省理工學院還提交了一份更大的國際旅行飛機設計方案，能夠運送 350 名乘客。
德雷拉說，較新的發動機在相對較慢的速度下效能最高。事實上，“雙泡”的設計飛行速度比今天的商用客機慢約 8%。但他表示，更寬的機身和兩條通道可以加快乘客的上下飛機速度——這意味著儘管飛行速度較慢，但總的行程時間可能會更短。
混合動力飛行 生物燃料研究有望在飛機基本保持數十年不變的情況下，透過略微的改動來減少燃料消耗和排放。波音公司的 N+3 提案側重於混合動力噴氣燃料-電力推進系統。波音公司發言人達里爾·斯蒂芬森表示，這種發動機可以將燃料消耗降低 70% 到 90%，與今天的典型飛機相比。他補充說，這種混合動力發動機可能特別有助於縮短起飛距離，在飛機升空時提供額外的推力。負責亞音速設計工作的波音工程師馬蒂·布拉德利說，在起飛和爬升過程中，飛機將同時使用噴氣燃料渦輪機和電力驅動來提供所需的動力。在巡航時，飛機將依靠其燃氣渦輪機或電力驅動。
諾斯羅普·格魯曼公司的 N+3 方法要求製造一種由陶瓷複合材料和可以變形並恢復其原始形狀的“智慧金屬”製成的 120 座飛機。雖然該飛機類似於傳統的噴氣式飛機，但它的設計目的是在 1500 米長的跑道上起飛和降落，而今天的噴氣式飛機需要 2400 米或更長的跑道。諾斯羅普希望這種較短的跑道空間將使這些飛機能夠在較小的支線機場使用，從而減輕大型國際機場的一些交通壓力。
即將到來的變革
NASA 還有很多工作要做，才能在一個長期以來一直堅持傳統工程方法的行業中促成重大變革。更重要的是，要實現有意義的減排，就需要這些環保型變革在整個航空業中廣泛普及，而不是僅限於一兩家飛機制造商。
從短期來看，開發可行的生物燃料（據說是碳中和的）的努力可能會主導使商業航空更環保的努力。綠色航空公司的波茲尼亞克說：“已經有三家航空公司成功試用了煤油和各種生物燃料的混合物，例如麻風樹和亞麻薺，”基於藻類的燃料也顯示出前景。他補充說，歐洲正在未來幾十年透過排放交易規則推動生物燃料的使用，這些規則要求航空公司為其碳排放付費。
而且，最具創新性的飛機重新設計還在後頭。波茲尼亞克說，未來真正的綠色飛機將依靠太陽能執行，無需化石燃料，實現零排放。一個名為“陽光動力”專案的組織，在氣球飛行家貝特朗·皮卡德的領導下，於本月早些時候在瑞士成功測試了其陽光動力 HB-SIA，進行了為期 26 小時的航行。
負責監督 N+3 計劃的 NASA 基礎航空計劃辦公室主任傑伊·德雷爾說：“我們正在將標準定得相當高。”“我們真的在努力盡可能同時推進儘可能多的[進展]。”德雷爾懷疑一種設計能否滿足該機構的所有目標。他補充說，更有可能的是，各種提案的某些要素將吸引製造商，並最終進入飛機制造領域。太陽能飛行可能是最環保的技術，但德雷爾預測，它在半個世紀或更長時間內還不夠成熟，無法運送大量乘客。