全球最大太阳能飞机首飞成功

本刊记者 金星宇

1903年12月17日，当莱特兄弟怀着极大热情试飞世界第一架飞机时，也许没有想到，这个划时代意义的发明不仅实现了人类征服天空的梦想，也从此改变了人类的生活轨迹，之后，人类的足迹从广袤的陆地迈向了更加辽阔的天空。

在110多年后的2014年6月2日，又一架飞机的成功试飞吸引了人们的目光，虽不如当年莱特兄弟一般全世界热烈关注，但对于未来飞机的发展，这次试飞绝对意义非凡，它肩负的不仅是传统载人飞机的使命，更承载着人们对未来新能源动力的期许。它就是目前全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”。

因循着人类古老的梦想

这次在瑞士西部城市帕耶讷成功首飞成功的“阳光动力2号”，由打造过“阳光动力1号”的“太阳驱动”项目发起人、瑞士探险家贝特朗·皮卡尔以及瑞士电梯制造商迅达和比利时化工集团苏威的工程师们共同建设完成。与它的前辈“阳光动力1号”相比，“阳光动力2号”翼展更长、体积更大、重量更重，唯一没有改变的是：在飞行中无需一滴燃料，仅依靠阳光就能实现昼夜飞行的性能。

机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料，机翼上安装有17248块超薄、高效太阳能电池板。翼展达72米，堪比波音747—800型客机，重2.3吨，最大飞行高度可达8500米，最高时速为140公里。

“阳光动力2号”的试飞成功代表着太阳能交通工具的应用进入了一个全新发展阶段，也许要不了多久，我们就能坐在无需任何燃料的飞机上，在天空中任意飞翔了。

“阳光动力”的研制与试飞

当然，任何新生事物从诞生到被广泛应用，都必然经过一段漫长曲折的过程。让我们梳理一下“阳光动力”1号和2号的研制历程：

2003年，瑞士探险家、科学家贝特朗·皮卡尔提出了太阳能飞机环球飞行构想，计划驾驶太阳能飞机，经过5次起降实现环球昼夜飞行。这一计划被命名为“阳光动力”（下文通用为“阳光动力1号”，区别于2号），最终的目标是用太阳能飞机实现永久飞行。该飞行项目拥有10年1.12亿美元的预算。原型机于2007年4月开始建造，2008年夏季制造完毕。

2009年6月26日，“阳光动力1号”原型机HB-SIA在瑞士苏黎世杜本多夫飞机场亮相。

2011年6月20日，“阳光动力1号”亮相巴黎航展。

2011年6月开始研制用于环球飞行的第二架太阳能飞机HB-SIB，体型更大，并装有更为先进的航空仪器和更加耐压的舱室。机身长约22米，高约6米，呈三角型，单座机舱和4台发动机紧凑地结合在一起，可供两人乘坐。飞机上未安装自动导航设备，飞行完全靠飞行员手动操作。机身主要由碳纤维材料制成，整体重量仅为1600公斤。与狭小的驾驶舱形成鲜明反差的是飞机的双翼，翼展宽度约为64米，与空中客车A340相当。

拜耳公司为“阳光动力1号”提供的高性能产品和解决方案包括用于翼尖、马达吊船和机舱的聚氨酯硬质泡沫以及用于机舱窗体的聚碳酸酯薄膜。此外，采用拜耳公司的原材料制成的黏合剂和涂料也将在机身多处获得应用。

在机翼和尾翼上分布着1.2万块太阳能电池板，覆盖面积足有240平方米。它们能将22%的光能转化为电能。飞机底部也装有太阳能光电板，用于接收发射光。机身还装有400公斤重的超薄锂电池，用于储存太阳能转化而成的电能，为飞机的4个10马力引擎提供动力，驱动直径数米的螺旋桨，并保证飞机在夜间飞行时的动力。

“阳光动力1号”的平均功率仅与莱特兄弟1903年的飞机功率相当，这要求锂电池每公斤的能量密度必须接近200瓦/小时，同时还要承受变形、振动、-60℃至80℃的温度变化和强紫外线照射。

白天飞行中，它会不断爬升，让电池尽可能多地储存能量。夜晚则缓慢滑翔下降，并且利用电池储能继续飞行。

一步一个脚印的飞行测试

2009年12月，“阳光动力”1号飞机开始进行“跳蚤试验”——即在瑞士一条跑道上以每小时9.26公里的速度滑行2000多米。

2010年4月7日，约1.5个小时的飞行测试成功进行。试飞员马库斯·谢尔德驾驶“阳光动力1号”以28英里的最高时速攀升至3280英尺的高空，然后在观众欢呼中缓缓落地，整个过程没有耗费任何燃料。

在2010年7月7日的25小时昼夜试飞中，“阳光动力1号”在阳光充足时爬升至8500米高空，临近夜晚时，飞机下降到1500米的高空飞行，直到第二天太阳升起。

2011年5月13日早8点40分，“阳光动力1号”从瑞士西部小镇帕耶纳的空军基地起飞，飞越法国和卢森堡两国上空，在3600米的海拔高度连续飞行了13个小时后，于当晚9点在布鲁塞尔国际机场平稳着陆。

2012年6月，从西班牙首都马德里飞往摩洛哥首都拉巴特，距离达2500公里（1550英里）。

2013年5月3日，从太平洋海岸的旧金山南部的墨菲特联邦机场起飞，途径凤凰城、达拉斯和华盛顿，最后抵达大西洋沿岸的纽约市。

2014年6月2日“阳光动力2号”的首飞成功标志着“阳光动力”系列太阳能飞机已经迈向了全新阶段。按计划将从2015年3月开启环球飞行旅程，从海湾地区起飞，经阿拉伯海，进入印度、缅甸、中国，然后跨越太平洋前往美国，再飞往南欧和北非，最终回到起点。

资料链接

几款经典的太阳能飞机

“太阳挑战者”号

美国在上世纪80年代初研制出“太阳挑战者”号。飞机翼展14.3米，翼载荷为60帕(6公斤力/米)，飞机空重90公斤，机翼和水平尾翼上表面共有16128片硅太阳电池，在理想阳光照射下能输出3000瓦以上的功率。

1981年7月7日，“太阳挑战者”号从巴黎西北部25英里远的科迈伊森·维克辛起飞，以平均时速30英里、1.1万英尺的飞行高度，飞越了英吉利海峡，最后在英国东南海岸的曼斯顿皇家空军基地着陆，成为世界第一架以太阳能为动力飞越英吉利海峡的飞机。

“太阳神”号无人机

美国太空总署资助研制的“太阳神”号无人机仅重590公斤，机身长2.4米，活动机翼全面伸展时长达75米，连波音747飞机也望尘莫及。

“太阳神”号机身上装有14个螺旋桨，动力来源于机翼上的太阳能电池板。在早晨阳光不是很强烈时，可为飞机提供10千瓦的电能，飞机能以每秒33米的速度爬高。中午提供的电能达40千瓦，飞机动力性能达到最佳，巡航飞行时速可达30至50公里。晚上，飞机则依靠储存的电能进行巡航飞行。

“天空使者”号

“天空使者号”实际上是苏黎世瑞士联邦理工学院和欧洲宇航局合作设计的一款太阳能驱动火星研究飞行器。能够在火星上空飞行，必须满足以下火星飞行条件：低密度大气层、微弱的太阳能、多变的风向和冰点以下温度。为此，科学家们论证得出飞机的最佳翼展约为3米。而电池重量约占了整个飞机重量2.6公斤的一半。

由于拥有小而轻质的结构，“天空使者号”可以装载一些高技术设备。数字传感器可以测量高度和空速，这使飞机能在海岸或者峡谷之类的目标上空飞行。携带的电荷耦合照相机(CCD)可拍摄地面图像。当飞机自动驾驶出现故障时，科学家还可通过一个地面控制站监控和给飞行中的飞机发送指令。

中国第一架太阳能飞机“翱翔者”号

中国首架太阳能飞机“翱翔者”号，是北京航空航天大学飞机设计与应用力学系（现为航空科学与工程学院）李晓阳博士和赵庸教授在1992年设计制造的，该机是中国历史上有记载的首架具原创自主知识产权的太阳能飞行器，机体和机翼采用碳纤和凯夫拉、轻木等材料手工制造，机翼设置翼尖小翼，以扩大翼展和降低诱导阻力，提高飞行性能。上翼面和水平尾翼能够利用的面积，都用交互布阵法铺设和连接单晶硅太阳能电池薄片。这些薄片极易碎裂，因此上翼表面与太阳能电池之间设有GPPS薄膜的缓冲层。

该机采用一组特制的镍氢电池组储存太阳能电池获得的电能，并作为中间交换器来为配有减速装置的低速螺旋桨推进器提供电力。用望远镜配合人工目视操作来进行飞行控制操作，飞控设备为改良的Ftb.1024。为减轻重量，该机用人手投掷起飞，回收用滑橇式降落架。受当时条件所限，“翱翔者”号只有极小的任务载荷能力。