过去一年中最令人惊叹的航空航天创新，并不仅仅是设计用于以惊人的速度在空气和太空中巡航的酷炫装置。它们也预示着未来可能普及的技术。从一种可能开启寂静超音速飞行新纪元的实验性飞行器，到一款注定要在火星上飞行的无人机，这些机器旨在突破我们工程技术的极限。这些令人脑洞大开的飞行器将机翼、旋翼、引擎和人类带入了新的高度。
“光帆 2 号”（LightSail 2）——这是一个高 31 英寸、配有 18 英尺宽帆的卫星——展示了到本世纪中叶太空飞行可能的样子。该飞行器自 6 月以来一直围绕地球以约 16,765 英里/小时的速度运行，其燃料仅来自太阳光子的能量。当粒子从超反射、超薄的聚酯薄膜（一种比太空毯更好的材料）上弹开时，它们会产生动量。“虚拟任务控制”将允许人们追踪“光帆 2 号”的轨迹，直到明年该飞行器将脱离轨道并在大气层中烧毁。行星学会（The Planetary Society）在 2000 年代初开发了这项技术，希望看到其他人改进这一概念，以便有一天它可能成为一种低成本、低污染的推进器，前往月球或更远的半人马座阿尔法星系。
这是一个激进的想法：让我们用飞机而不是传统的火箭来将小型卫星送入轨道。为了尝试这种新旧结合的方法，维珍轨道公司（Virgin Orbit）将其旗舰产品“ the LauncherOne”火箭挂在其一架改装过的波音 747 飞机的左翼上。在 35,000 英尺的高度，近 70 英尺长的火箭从飞机上脱离，点燃引擎，将有效载荷送入太空——而这架喷气式飞机则返回停机坪，准备下一次飞行。1200 万美元的成本比消耗大量燃料的垂直发射（例如， SpaceX 的猎鹰 9 号发射成本约为 5700 万美元）要便宜得多。“LauncherOne”的首个正式试飞应该在今年或明年初进行，并且已经签订了多项商业任务合同，其中包括一项前往火星的任务。
您的导航应用程序运行在一堆杂乱的卫星上，其中最老的可以追溯到 1993 年。当洛克希德·马丁公司开发的 GPS Block III 取代现有系统时，这种情况将发生改变。与前代产品相比，这支由至少 12 颗轨道器组成的现代化舰队将为民用用户提供三倍的精度，并为军方提供更强的信号和八倍的抗干扰能力。这些飞行器还将使用寿命为 15 年，比目前绕地球运行的飞行器长 25%。第一颗于 2018 年 12 月从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射，第二颗于去年 8 月发射。第三颗将于明年年初发射。
经过 20 年的精细调整，深空原子钟（Deep Space Atomic Clock）于 8 月开始滴答作响，开始了为期一年的绕地轨道运行。与之前的原子钟一样，这款计时器通过测量光线的稳定和精确频率来工作，在本例中是来自汞分子的光。这个紧凑的、重 37 磅的设备比现有的原子钟稳定 50 倍，每 1000 万年才慢一秒。这种精度对于研究宇宙（它可以测量信号在天体之间传播所需的时间来计算天体之间的距离）以及太空旅行（微小的偏差可能导致探测器或人类殖民地错过目的地数千英里）至关重要。
对于中国国家航天局来说，2019 年的开端有些平淡。其“嫦娥四号”月球探测器于 1 月完成了人类首次在月球背面软着陆（美国宇航局曾在 1962 年和 2013 年发生过撞击事故）。自着陆以来，该探测器从未停止工作：着陆后仅两天，“嫦娥四号”的“玉兔二号”月球车就行驶了约 390 英尺，分析了可能让我们更好地了解月球演化的地质材料。最近，它部署了最奇特的载荷：一个“月球微型生态系统”，在一个小型生物圈中种植了棉花种子。这项实验持续了整整九个地球日。
自美国联邦航空管理局（FAA）因其产生的刺耳音爆而禁止陆地上超音速民用航班以来，已近半个世纪。美国国家航空航天局（NASA）和洛克希德·马丁公司希望通过他们目前正在加利福尼亚州建造的X-59 QueSST 飞机来扭转这一局面。这款长 97 英尺的实验飞机将以超音速飞行，但其设计者已将其设计成尽可能安静地做到这一点。典型的超音速飞机在机头和机尾的冲击波合并时会产生音爆；由于 X-59 的独特形状，这两道冲击波不会合并，因此产生的声音更像是远处的雷声或沉闷的砰砰声。如果定于 2021 年的首飞顺利进行，这款喷气式飞机有望为将飞行时间缩短一半的飞机铺平道路。
空军飞行员在驾驶 F-35 等价格昂贵的“一线”战斗机之前，必须掌握其突破重力的技能。这些关键课程在先进的教练机上进行——一种串列式双座飞机，由一名教官和一名学员一起飞行。波音公司和萨博公司为其最新型号进行了设计和制造，并进行了一些急需的升级：前后座舱（通常是教官坐的位置）的飞行员都可以使用触摸屏来访问导航和通信系统或关于飞机健康状况的信息——就像他们在许多现代喷气式飞机上那样。后座比前座高，以便教官能看到学生；飞机还可以容纳各种体型的飞行员，使其成为任何学员都可以使用的工具。
贝尔公司（Bell）的这款高 6 英尺、时速 120 英里的“猛兽”的运作方式与普通无人机不同。APT 70 使用四个螺旋桨升空，但当它准备好水平飞行时，整个飞行器会旋转 90 度，使其两条长侧边变成机翼，与地面大致平行，从而产生升力。额外的空气动力学助推使其航程约为 35 英里，远远超出亚马逊等公司目标为 15 英里航程的小型配送飞行器的能力范围。其载货能力高达 70 磅，APT 70 能够运输工业零部件或医疗用品等大型货物，而不是在您的院子里进行小型包裹投递。
此前从未有人在其他星球上驾驶过飞机。但凭借迷你火星直升机，美国宇航局（NASA）正着眼于在一个非常陌生的空域开辟一条新的（地面）踪迹。喷气推进实验室（Jet Propulsion Lab）的工程师设计了这款重 4 磅的直升机的反向旋转双旋翼，使其能够悬停在稀薄得如同地球平流层的大气中。一旦在两年后部署，NASA 将利用它来吸取经验，学习如何为红色星球创造更自主的飞行器。其手机级别的彩色相机甚至可能传回比“好奇号”火星车更鲜艳的彩色照片，而非灰度照片。
西科斯基（Sikorsky）和波音公司（Boeing）的SB>1 Defiant 直升机没有依赖常规的尾部旋翼来防止其原地打转，而是通过一对 56 英尺的刚性碳纤维旋翼保持稳定，它们以相反的方向旋转。这款直升机，源自西科斯基一项名为“X2”的长期项目，还配备了所谓的“推进螺旋桨”，这应该能让这款飞行器达到每小时 288 英里甚至更高的速度。对于通常以每小时 150 英里左右的速度巡航的直升机来说，这是惊人的速度。未来，像这样的飞行器可能会取代速度较慢、老式的“黑鹰”直升机，将多达十名士兵运往战场。
