低空经济兴起，不仅带来了速度与便利，也带来了城市噪音。如何让低空飞行器悄无声息地穿行城市？这一问题既有前瞻性，也有紧迫性。“可重构智能超表面”的新兴声学技术，或许能成为低空经济发展的“静音引擎”。
噪声成为看不见的挑战
我国低空经济正在迎来爆发期，合肥、杭州、深圳、苏州、成都和重庆等6个城市已成为电动垂直起降飞行器（eVTOL）试点城市，并布局物流无人机、低空管控示范基地等。截至2024年底，低空经济企业年均增长超14.5%，全国低空经济相关政策超过260项，其中地方政策达225项，显示出地方政府对低空经济发展的支持。其中安徽省作为国家全域低空空域改革试点省份，早在2023年就累计设立54个低空试点空域，开辟了43条试点航线，无人机飞行达到144万小时，而其通用飞机飞行仅9700小时。中国民航局预测，2025年我国低空经济市场规模将达到1.5万亿元。
然而，随着低空经济兴起而发展起来的无人机配送、低空旅游观光甚至低空通勤等，其飞行器起降时的引擎轰鸣、地面操作形成的噪声、客流嘈杂声等也在向城市广域扩展。相对于民航噪声影响多限于机场附近，无人机及垂直升降航行器等低空飞行区域主要集中于城市建筑密集区，其噪声对居住或工作在这里的人们正在带来持续性影响，噪音扰民的投诉也在持续增加。
低空经济腾飞背后的“噪声痛点”，已成为全球交通运输共同面对的重要挑战，借助先进的智能降噪技术，探索低成本、切实可行的噪声抑控措施，不仅是缓解城市低空噪声污染的重要突破口，也是《新时代民航强国建设行动纲要》着力攻坚的重点方向之一。
在噪音传播途径上控制噪声
实现飞行器隔声降噪的方式主要包括两种，一是从源头上抑制噪声，二是在噪音传播途径上控制噪声。
目前，针对飞行器声源处的噪声进行的结构和材料优化，已经取得了巨大突破，如无人机、eVTOL飞行汽车等低空飞行器的机身、机翼、螺旋桨叶片等部件使用的高性能工程塑料，除可节约成本之外，还具备包括轻量化、减震降噪、抗冲击、电磁屏蔽、耐腐蚀、耐候性、简化成型工艺等多方位优势。
然而，一旦无法从声源处有效抑控噪声，采用合理的隔声措施来控制或阻断噪声传播就显得极为重要。城市中充满各类建筑和不同类型的交通工具，复杂的声波散射和混合噪声相互叠加，且容易受温度、湿度、气流等多方面因素影响，这些声场无序且实时变化，控制起来极具挑战性。需要从根本上改变声屏蔽、声吸收等传统处理方法，运用人工智能技术重新配置、执行更精准的声场调控。
我们无法阻止飞行器在城市中飞行，但我们可以改变声音的传播方式。可重构智能超表面作为一种新型材料系统，有望成为城市降噪的新引擎。
可重构智能超表面，又称智能反射面或大型智能表面，是由可重构入射波信号的反射元件阵列组成。由于具有可以主动改变波场的能力，可重构超表面已经成为无线通信、声波导引等领域的研究热点，成为未来声、光通信和电磁系统的主要候选技术。这种超表面可集成于建筑外墙、屋顶边缘、道路立面，通过入射和反射声信号的相互作用、以智能的方式提高可重构超表面的声学信道，系统性地对飞行器噪声进行方向性衰减，从而形成城市“低空静音走廊”。
与传统被动隔声不同，可重构超表面的波场重塑实现了声场“主动建模、实时重构”，它不仅听得见噪声，更能控制方向和衰减。
科技创新助力智能低空静音飞行
如同攻克芯片等关键技术难题一样，相关技术、生产工艺和商业化应用模式的突破，必将带来我国在该领域技术及材料发展的质的飞跃，并延伸、辐射到更广阔的生产和生活领域，既促进低空经济与新材料、新技术的发展，也为人们带来广域的“静音空间”，更好地满足人们对美好生活的向往。
当前，国内外研究机构和企业正在合作将智能技术运用于低空噪音治理。香港科技大学和香港理工大学研究团队，针对一线城市需求迫切且发展较快的无人机低空交付包裹所产生的噪音，提出了仿真三维噪声预测方法。该方案模拟了无人机送货阶段的噪声级变化和最大声压级示意图，依此来有效减轻城市地区噪声污染；同时基于无人机低噪声飞行路径规划模拟，在城市环境中进行了真实声音传输计算，降低社区噪声的同时提供了精确的无人机声源建模。相应结果证明了优化算法策略能显著降低瞬时和累积噪声水平。
香港浸会大学物理系声波功能实验室研究了复杂、封闭声学空间中的自适应波场整形，并取得了多项突破，成功证明在空间特定位置对混响声音进行主动控制是可行的。例如，无论声场如何复杂都能进行主动波场调控，并大幅控制其内部噪声，成功实现了在声学安静区域听者不会受到特定频率噪声的干扰。
华东理工大学物理学院等团队聚焦于设计具备可调节相位响应的可重构声学编码超表面，在声学测试中动态切换聚焦位置与方向，实现了对声波的宽带聚焦；最后在实验平台上模拟飞行器噪声源的声波入射，并通过不同相位配置实现主动聚焦或规避。
伊犁师范大学声学课题组通过对声反射/透射效率进行计算和仿真，根据目标声场和当前声场的误差设计闭环反馈控制，旨在实现超表面对整个声场的抑控效果并验证动态调整的操作精度等，以确保低空目标静音区的实现。
麻省理工学院研究团队基于物理“拓扑绝缘体螺旋桨”设计，将量子自旋霍尔效应原理渗透至无人机螺旋桨结构，显著减少气动扰流带来的噪声，此项设计在某艺术展场中进行实地测试，无人机在飞行过程中对周围声波影响降至24 dB以下，几乎等同于图书馆翻页声这样的“静音级别”。这种将结构优化与声波控制相结合的思路和方法，也为应用“可重构智能超表面主动降噪技术”提高城市复杂声音环境下的噪音污染治理效率，提供了可复合使用的技术支持。
上述系列研究，使可重构超表面技术对城市噪音污染提供了合理的解决思路，对保障建筑周围静音环境、降低噪音治理成本具有重要的理论意义和工程实用价值。如基于南京大学超构材料研究院的科研基础，该项技术已实现声学超构材料的工程化生产与应用推广，建成了国内首条声学超构材料通用生产线，并针对低频宽带耦合吸声机制和AI逆向设计算法进行自主开发。其产品已在轨道交通噪声治理、变电站“超静音”工程等领域取得商业落地，为可重构智能超表面技术向低空飞行器噪声治理场景拓展提供了可靠的技术示范与产业路径。
科学规范治理低空噪音
低空飞行器噪声智能控制技术虽优势显著，但也面临智能控制与结构复杂性的“双重叠加”挑战。材料响应速度、微米级结构一致性要求，使得技术门槛较高；大规模量产与产业闭环则对压电材料、智能聚合物等新型材料的研发提出新需求。与此同时，新技术还需与城市建筑环境和运行安全相适配，这些既是产业机遇，也是当前低空经济发展中需协同应对的挑战。
面对这些挑战，政府、学界与产业界正在共同推进系统性的噪声治理工作。通过构建“噪声－功率－距离”经验模型和运行剖面数据库，评估多航班、多机型噪声叠加效应，并借助综合噪声评估平台进行仿真与实测验证，为隔声结构的波场优化提供数据支持。同时，引入仿生学、人工智能与机器学习，实现智能旋翼优化、规避共振频段、优化声能分布，显著降低气动噪声。可重构超表面主动降噪等新技术也正在积极探索中，通过嵌入控制系统、构建声场动态调控模型，实现噪声环境中的精准声学调控。
规范制定是科学治理的重要一环。今年6月，苏州市发布的《低空飞行器垂直起降点噪声控制规范》，成为全国首个低空噪声领域标准。该规范旨在保障低空飞行器垂直起降点在运营过程中的环境噪声控制达到国家及地方环保要求，提升周边居民生活质量，从而促进低空经济高质量发展。
这意味着，围绕低空噪音治理，在打造“未来城市基础设施的新物种”和“空中静音防火墙”的同时，也有望促进噪声控制新技术、新材料的发展，进而推动低空经济的高质量可持续发展，助力“航空强国”的国家发展战略。
低空经济正在成为经济增长的重要引擎，但飞行的未来，绝不仅限于速度与高度，更关乎环境与民生。唯有顶层设计与技术共进，方能让降噪新技术与正在起飞的低空经济一同“静飞远航”，惠及城市发展和居民生活品质的提升。
（何芝华系伊犁师范大学物理科学与技术学院教师、力学博士，葛建华系伊犁师范大学银龄教师）
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