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天上飛著太陽能“永動機”(圖)

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: 太陽能,太陽動力,太陽能飛機

      “我們的飛機確實可以連續飛一個月。問題是,飛行員能做到這點嗎?”

      說這話的是安德里·波施博格,他跟好友伯特蘭德·皮查德共同主導制造了世界上最大的太陽能飛機“太陽動力2號”(Solar Impulse 2),并且已經成功完成了試飛。按照他的說法,他們的飛機從理論上來說,可以永遠飛行而無需降落。

      17248塊太陽能板

      永遠飛行,這像是科幻小說里的概念。不過,這概念具體到“太陽動力2號”上面,依賴的其實是17248塊太陽能板。這些單晶硅電池板都非常薄,每塊厚度只有135微米,它們平鋪在機翼、機身和水平尾翼上,為飛機源源不斷地吸收太陽能。

    天上飛著太陽能“永動機”

      為了能夠多吸收太陽能,其機翼也被造得極其寬大,翼展長達72米,比波音747的翼展還要大!至于太陽能板的面積總和,也達到了269.5平方米之多。

      太陽能板吸收得到的能量經過轉換之后,都儲存在鋰聚合物電池里。出于絕緣考慮,工程師們用高密度的泡沫將電池包裹起來,然后分別放入四個引擎艙內;當然少不了的還有溫度調節系統,能夠保證這些電池能在安全的溫度里工作。

      這些電池的能量密度為260Wh/kg,在鋰電池里算是很高端的產品,然而比起燃油動輒上萬Wh/kg的能量密度來說確實差距甚遠。所以,電池組總重量就達到了633公斤。眾所周知,重量越大,能耗越大,如果飛機太重的話,從太陽那里得到的能量會不會不夠用?為了解決這個問題,當然只能從減輕其他部分的重量著手。

      于是,波施博格帶領著工程師團隊研發出來一種全新的架構,去掉了所有不必要的功能,減掉了每一克非必須的重量。機翼上層由太陽能電池板完全覆蓋,而下層則是一層高強度高延展性的碳涂層“皮膚”,機翼內部還有140根碳纖維棒以50厘米的間隔排列,以提供穩定的支撐力量。這種架構令機身總重量竟然比頂級滑翔機還輕數倍。事實上,它的重量只跟一架小貨車相當,僅為2300公斤。

      不過,就像電動車一樣,太陽能飛機在發動機性能表現上比起燃油飛機要有所欠缺。根據“太陽動力”官方的說法,這款飛機的引擎系統效率達到了94%,已是創紀錄新高,但24小時飛行的平均輸出功率不過15馬力,最大輸出功率也只有70馬力(每個引擎17.5馬力),甚至比不上汽車。

      馬力不足,速度也是個問題。該飛機的速度與飛行高度成正比,不過總的來說都很低:在海平面高度上,最小時速僅為36公里,最大時速也不過90公里;就算是在最高的高度上,最大時速也才140公里。何況為了進一步節省能源,這架飛機也會采取日間/夜間模式,也就是說,日間飛行高度8500米,夜間飛行高度就只有1500米,也難怪波施博格要擔心飛行員無法堅持全程飛行。

      飛行員怎么辦

      速度顯然是“太陽動力”系列的桎梏。上一代產品在去年曾經完成過橫跨美國的飛行,可是總耗時達到了45天之久;這一次,波施博格和皮查德團隊對“太陽動力2號”的期許是環球飛行,預計飛行時間將達到500小時。

      于是才有了波施博格那句話——他們的飛機可以永遠飛行在空中,但飛行員無法堅持500個小時。于是,要想讓環球飛行的夢想變為現實,就得從解決飛行員的生理問題開始。

      出于減輕機身重量的考慮,“太陽動力2號”沒有配備加壓和供暖系統,所以飛行員所要面臨的,就是從零下40攝氏度到零上40攝氏度的極端考驗。怎么辦呢?波施博格團隊也很絕,他們要求飛行員多穿衣服。

      當然不止如此,“太陽動力2號”的駕駛艙結構中采取了高密度的保溫材料,盡可能保證艙內飛行員和儀器不會受到溫度影響。另外,為了應對高度帶來的缺氧現象,飛機上還帶著6罐氧氣,只要有需要,就能給飛行員供氧。

      經過特殊設計的駕駛艙擁有3.8平方米的寬闊空間,飛行座椅甚至可以拉平,讓飛行員在飛機上得到休息——當然,由于飛機駕駛艙內只能容納一人,所以飛行員在飛行途中最多只能小憩片刻。“為了保證盡快恢復體能和精力,我們的飛行員都需要經過特殊訓練,”其官方介紹說,“自我催眠及冥想技術能幫助飛行員們保持專注度和敏銳度。”機上還配備有食物和飲水,足夠飛行員一周的需求。

      按計劃,“太陽動力2號”的環球旅行將會安排在明年舉行,而500個飛行小時將被分割成不同階段,分攤在三個月內完成,其中,單次最長的飛行將達到5到6天。對于人類飛行員來說,這樣的考驗相當巨大。

      還看老天臉色

      除了生理上的考驗,飛行員還需要面對新機型的考驗。這種嶄新的飛行器與飛行員們常開的飛機當然都有很大不同,所以,為了讓飛行員能夠適應,“太陽動力”團隊還專門打造了一個模擬器,幫助飛行員熟悉操作和適應艙內生活。

      自動駕駛系統也必不可少,在飛行員休息的時候,飛機的方向就靠這個系統來把控了。與此同時,它還會檢測任何可能的障礙或者安全限制,自動提出示警或者做出規避動作。

      另外,為了保證飛行安全,飛機將始終與位于瑞士貝耶內小鎮上的任務控制中心保持連線,上百組技術參數都將通過衛星數據傳輸實時送到任務控制中心。在飛行過程中所有可能遭遇到的情況都已經經過了演算,這個任務中心將保證飛機盡量在適合的天氣中飛行。當然了,在經過管制飛行區域和需要在國際機場降落時,任務中心也會提供信息和幫助,以減輕飛行員的壓力。

      對于“太陽動力”團隊來說,他們的終極目標是要將太陽能飛機應用到商業飛行,并建立一個無需燃料的航空公司。他們顯然還任重而道遠:“太陽動力2號”在陰天的表現尚且不算良好,遑論應對惡劣天氣飛行;乘客的舒適度將如何保證;還有速度和載重等問題這些都將是巨大的考驗。

      然而,“太陽動力2號”的推出已經在人類歷史上跨出了一大步。誠如皮查德接受BBC采訪時所言:“我們的飛機能夠在無需燃料的情況下日夜飛行,這是史無前例的事情。這架飛機的誕生,也證明清潔能源大有可為,我們的世界應該可以變得更加干凈。”

    (審核編輯: 小王子)

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