在讨论中国任何环境问题时，总会陷入一个两难：是应该更加强调情况有多么严峻，还是应该更加强调中国当局在应对这些问题上付出了多大的努力。中国的蓝天、绿水甚至食物来源都受到了地球上最严重的污染。而中国在遏制污染和发展清洁能源方面所做的努力，也是世界上最雄心勃勃的。
这种紧张关系也体现在中国航空业的发展规划中。航空排放对中国造成的直接威胁，不像那些经常导致大城市空气浑浊的颗粒物污染，或者导致中国目前癌症流行病流行的食物和地下水供应中的重金属污染那样，明显那么严峻。但飞机排放量巨大，而且随着航空业在中国经济中比大多数其他行业增长得更快，飞机排放量将变得更加显著。
自 9/11 事件以来，西方世界对航空旅行的需求几乎没有增长，但在中国却增长了四倍，而且在其他发展中国家也在增长。美国和所有欧洲国家目前正在建设的商用新机场不到 10 个；而中国正在建设大约 100 个新机场，并扩建更多现有机场。波音和空客都将未来一代客机的销量希望寄托在中国。与此同时，中国政府正在大力投资可能最终与它们竞争的飞机，即中国商飞的支线飞机 ARJ21 和远程飞机 C919。
与中国增长的许多方面一样，这一切都将对环境产生严重影响。全球的客机排放约占世界二氧化碳排放量的 2%，并且在气候变化中扮演着至少两倍于此的角色，因为二氧化碳和其他一些温室气体在高空的影响更大。航空业在全球排放总量中的份额一直在上升，而中国在航空业总量中的份额上升得更快。如果目前的趋势继续下去，其他地方在减排方面的努力可能会被中国领空上飞机旅行的巨大增长所淹没。
航空业在排放问题上早已过了否认的阶段。其欧洲和美国的领导者已经意识到，出于形象考虑，以及迫于即将到来的立法和客户的反应，他们必须采取行动。他们也有很强的经济动机。燃料是航空公司最大的单项开支。他们不烧掉的每一加仑燃油都能让他们的航班更赚钱。
全球航空公司和飞机制造商，它们的运作是以数十年为时间尺度，这可以与建造大坝和设计发电厂相媲美，已经决心到 2050 年将净碳排放量减至 2005 年的一半，即使总旅客里程增加三倍或更多。中国是购买、部署和运营新飞机速度最快 Thus, this is where the aerospace industry is doing the most interesting work to make aviation more sustainable. 市场。因此，航空业正在那里进行最有趣的工作，以使航空业更加可持续。
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去年春天，我和我的妻子以及一位年轻的中国朋友和她的未婚夫一起去北京听老鹰乐队的演唱会。老鹰乐队在中国很受欢迎，吸引了大量观众来到 2008 年的五棵松奥运篮球馆，现在被称为万事达中心。
演唱会持续了三个小时，观众从中间开始就一直站着（当唐·亨利开始唱《加州旅馆》时）。结束后，又花了几个小时才回到了离场馆直线距离最多 10 英里的公寓。我和妻子在中国没有车（或司机），通常乘坐地铁，但我们的朋友想炫耀她新买的中国产奥迪，给了我们一程车。停车场里的堵车，那里只有两个狭窄的出口供数千辆汽车驶出，就已经够糟糕的了，但我们绕城而行的路线才是真正的问题。由于北京的公路环线布局和众多的单行道，我们不得不绕城很大一圈才能朝着正确的方向行驶。而且，除了花费额外的时间，我们还用了更多的汽油。
这次浪费汽油的驾车经历，就好比中国航空旅行的异常浪费。军方对即使是最大商业机场的空域控制，就相当于一个拥挤的停车场只有几个狭窄的出口——也就是说，飞机必须排队等待机会通过狭窄的军事授权通道。而且，军方几乎控制了中国境内所有目的地之间的空域，这意味着在中国境内飞行，即使是受欢迎的国内航空公司，有时也必须选择迂回的航线，这就像在环线上绕城而行。
低效的空中交通管制和空域使用是中国航班延误比其他主要航空国家更频繁的原因；每飞行一英里，其计划的旅行时间比北美或欧洲长得多；并且在某些飞行阶段，每乘客英里燃烧的燃料量是欧洲或北美的两倍。
中国是购买、部署和运营新飞机速度最快 Thus, this is where the aerospace industry is doing the most interesting work to make aviation more sustainable. 的市场。因此，航空业正在那里进行最有趣的工作，以使航空业更加可持续。让我再说一遍：由于线路安排存在巨大的、毫无意义的低效率，中国航空公司有时会消耗比它们“本应”消耗的多两倍的燃料，并排放两倍的碳，如果它们能够更直接地飞行，并且延误更少的话。如果中国的空中交通系统像世界其他地方那样运转，中国的商业航空旅行就可以显著扩大，而不会增加排放。这种情况类似于中国遗留建筑造成的负担——毛泽东时代和改革初期遗留下来的建筑，由于建造粗糙、隔热性差，其供暖和制冷能源消耗是西方同类建筑的两倍。用更环保的现代建筑取代所有这些老旧建筑将需要很多年和数十亿美元。相对而言，浪费的航空公司航线可以在一夜之间廉价纠正。
军方对空域的控制还带来了一项额外的燃油消耗。现代客机通常飞得越高效率越高。由于其巨大的速度和质量，如果它们穿过约 20,000 英尺以下相对浓厚的大气层，会产生不成比例的阻力。更多的燃料只是用来克服风的阻力。在世界其他地方，商业喷气式客机在巡航时通常在 30,000 英尺或以上。在中国，军事限制可能会使喷气式飞机保持在 10,000 或 15,000 英尺的高度，在那里它们会变得像油老虎一样。
要结束这种纯粹的浪费，需要中国军方的合作，但通过一种基于 GPS 革命的特定应用的新导航技术，也可以加速这一进程，GPS 革命已经改变了所有其他形式的旅行。当 20 世纪 20 年代在北美创建第一个“仪表飞行航线”时，它们是敞开的篝火，或篮子里的信号灯，林德伯格时代的飞行员可以试图从中一个航路点导航到下一个。到 20 世纪 30 年代初，飞机就有了第一个真正的，尽管粗糙的仪表导航。这就是“四航线无线电信标”，即一组塔台广播莫尔斯电码的字母 A 或 N——A 是点画，N 是画点——飞行员通过听到的字母判断方向（稳定的音调——A 和 N 结合——表示他们正在航线上）。到 20 世纪 50 年代初，这被当时远为优越的 VOR（“甚高频全向信标”）系统取代，该系统至今仍是世界大部分地区导航的支柱。这是一个信标网络，它为罗盘上的 360 度每个方向发出不同的信号，因此拥有合适设备的飞机可以从一个台站飞行 90 度“径向”（正东方），或者从另一个台站飞行 270 度径向（正西方）。但随着 GPS 的出现，航空旅行的真正革命成为可能。
对于汽车来说，GPS 仅仅意味着我们不再需要迷路（即使熟悉街区的人通常可以改进设备中的语音建议）。对于航空旅行，GPS 提供了一系列相关的改进。显而易见的一点是更直接的航线，裁剪了 VOR 标记的迂回曲折的航线，从而节省了时间、燃料和碳排放。另一个是减少大城市机场的干扰因素。极其精确的实时 GPS 读数，甚至可以在几英尺范围内定位一架高速飞行的客机，再加上能够遵循一条非常精确定义的路径的先进新自动驾驶系统，现在使得飞机能够以前所未有的方式在天空中飞行。
使用到 2000 年代初在世界范围内普遍存在的旧 VOR 导航，连接各点的“航路”宽度为八到十英里。这是飞机进行跨国飞行时允许的误差范围。现在，客机能够飞行的路径——起飞时，为了避开大城市中对噪音敏感的区域，或者下降时，为了避开通往偏远或困难着陆点附近的起伏和高楼——的误差范围是一到两个翼展，或者几百英尺而不是几万英尺。
这为什么很重要？首先是为了减少噪音，因为飞机可以更精确地遵循最小化社区干扰的路径。但节油也很可观。当新的路径被计算出来，让飞机能够持续滑行下降到跑道时，飞行的最后进近阶段，需要几次阶梯式下降才能平飞，与传统方法相比，只需要三分之一的燃油。
这些好处适用于任何地方，西欧和澳大利亚的机场已率先安装了这些设备（美国机场则落后）。但飞机导航的革命对中国有着另一个至关重要的意义：它有望使中国最偏远（也是政治上最敏感）的地区在航空上与国家的其他地区可行地连接起来。
中国西部，从北部的 Xinjiang 到南部的 Tibet 和 Yunnan，地形险峻。它包括世界上一些最山区的地方，并且由于显而易见的原因（山峰、剧烈风暴、阵风）飞行非常危险：但还有一个不那么明显的原因。让飞机在恶劣天气和危险地形中找到方向，并让管制员监控其进度的导航工具，长期以来都依赖于地面的设施。在从美国东海岸到中国东海岸的区域，在间隔几十英里的地方点缀雷达站和导航信标并没有问题。但在西藏的山区和高原地区，这是一个巨大的挑战。雷达波束和地面导航信号沿直线传播，因此无法到达山区之间的山谷。当一座山位于雷达站和飞机之间时，搜寻飞机的空中交通管制员和寻找导航信号的飞行员都基本上是盲目的。
实时 GPS 读数和先进的新型自动驾驶系统现在使得飞机能够以以前无法想象的方式在天空中飞行。因此，中国西部大部分地区直到最近都基本处于可靠航空旅行的范围之外。导航非常困难，以至于飞机通常只在晴朗、平静的天气下飞行——而天气很少晴朗或平静。GPS 为通往偏远地区的导航提供了最初的希望，而无需沿途建造雷达站和信标网络。近年来，名为所需导航性能 (RNP) 的高精度系统的出现，几乎与使最孤立和险峻的机场能够安全（且节油）进近同样重要。Naverus，一家位于西雅图郊外的小公司，现已成为 GE 的一部分，在开启这些中国西部机场方面发挥了重要作用。这是美国和中国航空系统整合的又一个未被充分宣传的例子。
上世纪 90 年代，阿拉斯加航空公司机长史蒂夫·富尔顿与 FAA 和阿拉斯加官员合作，设计了世界上第一个 RNP 进近。这是为朱诺机场设计的，该机场被山脉紧紧包围，在恶劣天气（很常见）下几乎无法进近。传统的导航系统不够精确，无法在飞机下降到跑道时避开山脉。由于没有道路连接朱诺与阿拉斯加或北美的其他地区，频繁的机场关闭是一个大问题。富尔顿为朱诺设计的新 RNP 进近，为飞机的自动驾驶仪规划了精确的航路点，使其能够蜿蜒穿过危险的地形，从而实现了在云层中安全下降，并作为使其他“不可能”的机场更易于进入的证明。不久，他和他的团队为阿拉斯加的机场申请了另外 30 个 RNP 进近。
2003 年，富尔顿与另一位名为 Hal Andersen 的阿拉斯加航空公司机长以及高科技企业家 Dan Gerrity 一起创立了 Naverus 公司，为地形复杂的其他机场开发 RNP 进近。他们赢得了巴西、加拿大、澳大利亚、新西兰和美国的合同。但他们决心要打入中国市场。当我 2007 年在北京第一次见到 Naverus 的人时，他们刚刚完成了一个历史性项目，并正在准备另一个项目。他们刚刚完成的项目是通往当时地球上最高、最难进近的机场之一：西藏的林芝。林芝机场跑道的海拔为 9,670 英尺，与北美最高的机场科罗拉多州 Leadville 相当。但 Leadville 是一个只有大约 2,000 人居住的破旧的采矿定居点，而林芝是藏高原上的一个主要聚居区。林芝一年大约有 300 天下雨，其余时间天气也很少好到可以在目视飞行规则 (VFR) 下着陆，这需要有足够的能见度，飞行员才能在没有仪表导航的情况下，在林芝所在狭窄山谷两侧 18,000 至 20,000 英尺的悬崖边找到路。
拉萨是西边另一个机场，距离 200 英里。邦达，一个更偏远的西藏地区，拥有世界上最高海拔的商业机场，在东北方向约 200 英里。由于周围地形极其陡峭，只有几架小型飞机曾降落在林芝；没有“运输机”——客机或货机——曾降落在其跑道上。与中国许多基础设施项目一样，林芝这个宏伟的新机场及其宽阔的跑道先建了起来，然后再考虑实际可行性问题。“他们只是选择了一个地点，然后建了一个机场，”富尔顿在北京告诉我。“之后，运营人员才开始四处看看，看看是否有人真的能飞到那里。”
在富尔顿及其团队说服中国航空官员让他们尝试林芝进近后，他第一次亲眼看到了这个机场。他飞往拉萨，然后沿着蜿蜒的山路向东行驶了 10 个小时到达林芝。机场本身很漂亮，现代化，有一个长长的、铺设良好的跑道。但航站楼几乎是空的。“他们有消防车、登机廊桥——但没有航班，”他说。他的下一步是使用他自己的手持 GPS，开始精确测量机场周围重要区域的位置和海拔。理论上，由于遗留的国家安全顾虑，外国人被禁止在中国进行这种测绘。“富尔顿解释说，他必须进行测量，因为中国的官方地图非常不精确或错误。“通过这个过程，我认为中国人自己开始认识到精确地形信息的重要性，”富尔顿说。“如果错了，就会坠机。”
经过 18 个月的工作，进近程序制定好了，自动驾驶仪在模拟中表现良好。但没有任何一架真正的客机在真实情况下按照这条航线飞行。2006 年 7 月 12 日，富尔顿加入了一群中国飞行员和航空官员，他们挤在国航一架 757 飞机的驾驶舱内，这架飞机进行了历史性的首次林芝试飞。
你可以在 YouTube 上观看这次进近的最后六分钟，它们非常引人入胜。机组人员全程都在说中文，但你可以听到富尔顿用国际航空语言英语的声音，在下降时报出高度。因为这是试飞，没有人证明自动驾驶仪能让他们不撞山，他们在云中飞行，他们被要求在 VFR 条件下进行飞行。富尔顿已经与国航机组人员仔细安排了中断飞行的条件，以防地图错误、自动驾驶仪失效或天气过于恶劣。
“当我们转过山谷里的每一个弯，进入进近的每一个新路段时，我们都正好在云层下方，”富尔顿回忆道。事实上，视频显示的就是这样——云层下降，飞机在云层下方下降一点点，这样飞行员仍然可以看到前方。“这就像在河谷中跳一支芭蕾，在两旁进行了大角度的盘旋。”然后，在离地面 200 英尺的高度——从普通人的角度来看，几乎就要着陆了——飞机的自动驾驶仪在一个位于飞机和跑道之间的峭壁上进行了 S 形转弯。飞机自动绕过最后一个障碍物，与跑道对齐，并精确地降落在中心线上。挤在驾驶舱内外的 15 个人——包括来自国航和中国民航局 (CAAC) 的官员——都鼓起了掌。“国航的资深飞行员江机长转向我对我说，‘我对这项技术充满信心！’，”富尔顿后来告诉我。“我们都知道，如果发生坠机，从部长到下面的人都会被解雇。”
基于藻类的燃料可以，
理论上，可以让飞机在更接近“碳中和”的基础上飞行。相反，中国民航局副部长宣称，“RNP 技术在中国的前景光明。”六周后，首次飞往林芝的定期商业航班着陆，在云层和恶劣天气中沿着 RNP 航线飞行。Naverus 获得了在中国开发更多进近航线的合同，首先是邦达，其无与伦比的海拔 14,219 英尺，然后是另一个藏族机场那曲，该机场将于 2015 年开放，海拔更高。业务蓬勃发展，以至于 2009 年底 Naverus 公司被 GE 收购，现更名为 GE Aviation PBN Services。波音和空客现在也有自己的子公司致力于 RNP 进近。一场关于用这些新的导航系统覆盖中国的竞赛正在进行，这些系统将使前往偏远地区的旅行更安全、更可靠、更节油。
“重点是，它们可以导航到世界上任何机场，而地面上没有任何东西，”一位来自巴西的飞行员 Sergio von Borries，后来成为 Naverus 的战略发展副总裁，在中国的一次会议上告诉我。“这些真的是天空中的高速公路，而我们是公路工程师。”
解决污染问题的另一个潜在方案，我一开始很难完全接受，但最终我变得半信半疑：转向藻类作为未来航空燃料的主要来源。而中国可能在这方面处于领先地位。
在开发低碳航空燃料的努力中，中国已成为波音公司等公司从生物源高效提取燃料的中心。这个概念并不神秘。藻类，像一些更复杂的植物一样，会产生可以转化为一种油的碳氢化合物。（许多藻类产生一种含油量高的蜡状石蜡。正常的化石燃料矿藏很少是恐龙的残骸；更多时候，它们来自古代的化石藻类床。）诀窍在于以足够大的规模和足够低的成本种植藻类并收割其石油，使其成为常规石油的可行替代品。这方面的项目正在世界各地进行。美国国内大多数项目都得到了能源部或五角大楼的赞助和支持，它们将对进口石油的依赖视为严重的国家安全风险。在中国，主要的努力由波音公司和中国政府联合领导。
经验丰富的波音工程师 Al Bryant 在奥运会后不久搬到北京，负责监督公司在中国的研发工作。他因在航空界宣传生物燃料，特别是藻类的重要性而闻名。他的演讲围绕着一个预测到 2050 年航空旅行可能排放量的图表展开。这张图表是波音公司认为现在是全力推动实际生物燃料，特别是藻类燃料论据的基础。图表中的绿色楔形表示希望从生物燃料中实现的碳减排，它不仅能阻止航空业随着交通量的增加而大幅增加二氧化碳排放，而且实际上能将其减少到低于 2009 年的水平。
当发动机燃烧藻类燃料时，它排放的二氧化碳就如同燃烧直接从波斯湾提取的燃料一样。但藻类在生长过程中至少吸收了同等量的二氧化碳。因此，理论上，并考虑到生产过程中的效率和燃料成本，基于藻类的燃料可以使飞机在更接近“碳中和”的基础上飞行，有时也称为在“当前碳循环”（与燃烧煤或石油的“化石碳循环”相对）下运行。
航空业对新型生物燃料的论证充分考虑了美国在 21 世纪初的乙醇灾难。这是近代史上最糟糕的政策失误之一，美国政府补贴农民种植作物，主要是玉米，这些作物可以转化为乙醇并掺入汽油供应中。从能源效率来看，这没有意义。（种植、施肥、收割和加工玉米所需的能源比乙醇产生的能源还要多。）从经济上看，它也没有意义，除非是作为对农民和农场的补贴。从道德上看，这也没有意义，因为它将本可用于人类或动物饲料的作物转移用于交通燃料。因此，航空业的标准是寻找不直接或间接与人类食物供应竞争的生物燃料；能够真正实现碳节约，而玉米基乙醇永远无法做到；并且能够可持续地种植和收获，而不消耗水资源或造成其他长期损害。
航空业制造的任何生物燃料都必须具有与现有燃料相同的“能量含量”，以便像今天的飞机一样大型重型的飞机能够以相当的速度飞行。它必须与现有喷气式发动机的设计和技术兼容。它必须与现有的全球燃料储存和分销基础设施兼容。而且，也是最棘手的——它必须与今天在全球机场储备的航空燃料可互换。“你需要能够用满 Tank 的生物燃料离开北京，去秘鲁利马，在那里加满普通燃料，然后飞回来，”布莱恩特在北京告诉我。“你不能让一架飞机滞留在利马，因为它无法使用普通燃料。”
通过排除法，这些标准主要指向了藻类。理论上，每英亩表面积可以生产 5 到 10 倍的燃料，而不是油棕（大部分种植在已被砍伐的热带森林的土地上）、大豆、玉米或其他可用于生物燃料的作物。它的生长和产油速度比更复杂的植物快很多倍——藻类作物周期是几天而不是几周或几个月。它可以种植在其他方面过于贫瘠或无法使用的土地上，以及在对人类或农业而言水质过于污染或含盐度过高的水中。“全世界的航空燃料需求都可以由相当于比利时大小的藻类设施来满足，”布莱恩特说。（他等着我开关于比利时土地面积的最佳用途的玩笑，我这么做了。）我采访过的其他美国和中国科学家对藻类养殖能否如此快、如此便宜或如此大规模地实现实用表示怀疑。尽管如此，波音公司的计算认为，如果生产技术得到改进，持续的世界石油价格在每桶 90 美元或以上，将使基于藻类的燃料在经济上可行。世界油价在 2008 年底全球金融危机爆发前曾达到每桶 140 美元以上。在危机期间，油价曾跌至每桶 30 美元的中低水平，然后在 2010 年初又升至 80 美元以上，并在 2011 年保持在这个水平。
波音公司目前正与中国各地多家国有研究机构合作开展可持续燃料项目，特别是涉及藻类的项目。中国大学和技术学院是世界藻类研究的领导者之一，特别是那个名字富有描述性的中国科学院青岛生物能源与生物过程技术研究所。也许，世界在使航空业更加环境可持续方面的希望就寄托在这里。世界上许多最糟糕（也是最好的）环境新闻都来自中国。值得关注那些好消息。
尚未（或尚未）走过的道路：日益精炼的导航技术使得着陆模式更加高效。在过去半个世纪里，大多数机场使用的都是这种大角度雷达引导的航线。RNAV（“区域导航”）进近依赖于 GPS，比管制员的雷达引导更近、效率更高——但仍然不是完全直接。RNP（“所需导航性能”）航线是新的软件和自动驾驶仪在大多数机场已经能够实现的飞行性能。最后，优化的 RNP 航线展示了在那些经过最
精心仪器化并根据其精确地理和城市环境绘制了进近航线图的机场所能实现的。
2050 年实现零净排放？：随着中国、印度和波斯湾地区航班的增加，碳排放将急剧超过 2009 年本已令人担忧的基线。用新型飞机取代老旧、沉重的飞机[红条]并改进航线和其他空中交通管理程序[灰条]可以在 2050 年前将增长率减半。但使用由消耗二氧化碳的藻类制成的航空生物燃料[绿条]可以做到的不仅仅是减缓增长速度。如果生产系统到位（并且它们确实有效），它甚至可以将净碳排放量减少到低于 2009 年的水平。
James Fallows 是《China Airborne》一书的作者，该书将于本月由 Pantheon 出版。
