太阳能飞机:梦想启航

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  2015年3月11日,一架翼展达72米的巨型飞机从阿联酋首都阿布扎比起飞,开启了一段历时2个月的环球飞行之旅。
  这次飞行的意义不同寻常。这架名为“阳光动力2号”的庞然大物,是全球唯一一架不使用矿物燃料、只依靠太阳能实现连续昼夜飞行的飞机。
  然而,不论是飞行速度、载重还是驾驶环境,“阳光动力2号”似乎回到了上世纪初飞机刚被发明出来时的水准,以致人们对商业化太阳能飞机的梦想,再次被打消。
  作为人类使用清洁能源愿望的载体,“阳光动力2号”至少证明了太阳能飞机的可能性。这趟环球之旅的意义,与其说是技术突破,不如说是人们美好愿望的一次升华。
  缓慢而艰苦的飞行
  如果天气允许,“阳光动力2号”在途中将停靠12座城市,其中包括重庆和南京。不过,与人类第一次环球飞行相比,计划耗时2个月的“阳光动力2号”,显得十分缓慢。
  1929年,德国“齐柏林伯爵号”飞艇完成了世界首次环球飞行,用时21天7小时26分。“阳光动力2号”与百年前的飞艇相比,慢上一倍左右。而如今,世界最快的飞机X-43,时速已达1.15万公里,按此速度,完成环球飞行只需4个小时。
  除去商业宣传因素,“阳光动力2号”的缓慢,一个重要原因是牵引力过低。
  “阳光动力2号”重量为2.3吨,采用4台电压为17.5V的螺旋桨电动机,2吨多的质量,绝大部分来自电池板骨架以及锂电池组等动力部件,载重量只够再增加一名驾驶员。
  这种状况自上世纪80年代首架太阳能驱动的飞行器被发明以来,一直没有太大的改观。
  首架可载人的太阳能飞机“太阳挑战者号”,也是单座飞机。虽然布满机翼的超过1.6万块太阳能板在理想光照条件下,可提供2500瓦的电力。但该飞机的载重和速度都很低,而且只能在白天飞行。
  随着太阳能电池板技术的提升,以及高储能电池组的出现。人们开始提出设计一种无人驾驶的高空、低速遥控太阳能飞机:白天飞行时利用取得的太阳辐射能尽量爬高,并将多余能量储存在蓄电池内,夜间利用高度和蓄电池做半滑翔飞行。
  “阳光动力2号”正是按照这样的思路来设计和制造。为维持“阳光动力2号”在夜间的飞行能力,飞机搭载了633公斤重的电池组。但电池组并不能维持飞机的飞行速度,在夜间“阳光动力2号”是半滑行状态,飞行高度也从白天的9000多米,下降到夜间的1500米。
  极其有限的能源显然不能为驾驶舱提供舒适的驾驶环境。高空飞行时昼夜温差很大——白天气温最高可达30℃,而到晚上又可能会降至-30℃。驾驶员需要依靠特殊的保护服保暖。
  此外,“阳光动力2号”的机舱容积仅为3.8立方米,只能容纳一人。因空间狭小,工程人员特意设计了可以平放的飞行座椅供飞行员休息,座椅下面设有马桶装置,解决飞行员上厕所的问题。
  而且由于“阳光动力2号”的自动驾驶系统只能连续工作20分钟,所以驾驶员必须改变睡眠习惯。从每天连续睡眠8小时,改为每天睡10次一次睡20分钟。


2015年3月11日,“阳光动力2号”从阿联酋首都布扎比起飞。

  以这样的方式连续飞行5天后,驾驶员就必须着陆进行休息。而“阳光动力2号”也将更换另一名驾驶员继续上路。
  这如同上个世纪严酷的驾驶环境,使人不得不佩服“阳光动力2号”的驾驶员。
  航空界少数派
  相比种类功能繁杂的常规动力飞机,太阳能飞机绝对算得上航空界的少数派,其用途更是屈指可数。虽然“阳光动力2号”的环球之旅已顺利展开。但该计划之初,并不太被大多数航空界人士看好。
  “阳光动力”的CEO,“阳光动力2号”的工程师及替补驾驶员安德烈·博尔施伯格对媒体表示,12年前,他开始做太阳能飞机项目时,把“阳光动力号”的想法告诉过瑞士航空业者,却得到否定的答案,“他们认为建造这样一架飞机是不可能的。”
  不气馁的安德烈于是决定自己成立团队设计飞机,尽管140人的团队中做航空出身的人寥寥无几,但他们依旧造出了可环球飞行的“阳光动力2号”。
  虽然太阳能飞机可以载人进行环球飞行,但按照阳光动力公司设想,真正实现太阳能飞机的商业飞行,需要解决太阳能电池板功效问题。如果能解决,40多年后,能承载300名乘客的全太阳能飞机有望正式投入运营。
  但从目前公布的“阳光动力2号”电池板数据来看,其22%的光电转化率已经高于普通的多晶硅太阳能电池板12%的转化率。但问题是,即使转化率提升至40%,其电机牵引力恐怕也难及早期活塞式引擎。
  安德烈也表示,太陽能飞机现在的意义除了传递清洁能源的理念,更多的还是替代昂贵的人造卫星,让“阳光动力2号”这样可全天候飞行的太阳能飞机,上升至平流层,成为廉价的信号发射站。
  这种想法以往也有人提出,但鲜有人实施。因为人造卫星虽然成本很高,但一颗静轨通信卫星能覆盖全球40%的面积,有能力发射卫星的国家,不太会考虑太阳能飞机这样不太稳妥的通信方案。
  未来,随着小型无人机产业的发展,基于太阳能技术的无人飞机或许将进入特定领域中。但在解决动力和续航问题之前,载人太阳能飞机想要商业化,还有不小的挑战。
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