阳光动力2号：空中实验室

不论中间发生什么，我们只能一鼓作气飞越太平洋

3月9日清晨6时30分，阿布扎比玫瑰红色的晨曦还显得有些灰蒙蒙。地面团队按计划，把即将首次载人环球飞行的太阳能飞机推入跑道，好让飞行员在沙漠里的热空气起来前，把飞机飞上天。

否则，热浪造成的不稳定气流，会给飞机带来安全风险。就在此时，警报器声突然大作。机械师立刻上机排查所有可能的故障隐患。而位于摩纳哥的控制中心里，电子工程师们则是根据卫星传回来的实时数据，进行安全评估。等机械师将机载电子设备关闭并重启后，警报随即消除。又过了漫长的20分钟，安全委员会最终点头放行。

坐在控制中心的摩纳哥大公阿尔贝二世对着话筒说：“你放心飞吧，我们等你回来。”虽然起飞比原计划晚了40分钟，但飞机依然安全地经过短暂的滑行，像蜻蜓一般缓慢飞入空中。预计它可以赶在印度洋和中国南部的季风来到前，飞入太平洋。

这是一架由一家瑞士创新团队制造出来的、完全由太阳能驱动的载人飞机，名为阳光动力2号（Solar Impulse 2）。3月9日起，它将在4个月到5个月内实际飞行25天，完成它的首次环球飞行。它从阿布扎比起飞，途经印度、缅甸、中国的重庆和南京、美国、欧洲或北非（目前未定），最后再回到阿布扎比。

挑战极限

用太阳能飞机进行环球飞行的想法，最早来自瑞士探险家贝特朗-皮卡尔 （Bertrand Piccard）。那还是1999年，他刚刚驾驶热气球，完成了不间断的环球旅行。他曾经去敲飞机制造商的门， 但是碰了一鼻子灰。从此，皮卡尔决定自己组建团队、拉赞助，独立完成这个宏愿。

从2003年与瑞士的洛桑高等理工学院达成合作，进行可行性研究开始；一直到2009年造出原型机并进行试飞；再到曾在瑞士空军服役的商人兼工程师——博尔施贝格（André Borschberg）的强力加盟；如今，这个项目已经得到ABB集团、索尔维集团（Solvay）、迅达集团（Schindler）、拜耳材料科学公司等80多家公司的资金和技术支持，成为吃“百家饭”长大的孩子。太阳动力2号的翼展宽达72米，比波音747-8I的68.5米还宽，仅次于空客A380的79.8米。但它的总重量只有2.3吨，相当于一辆家用汽车，比起440吨的波音747-8I和560吨的空客A380，可谓轻如鸿毛。

机翼为碳纤维材料，其表面以空气动力学最优的方式，平整地覆盖了17248块由索尔维公司提供的太阳能电池板。它比该公司已面向市场的产品， 减少了35%的重量，并给发动机提供 65千瓦的峰值功率。而这些能量可以通过四台17.5马力的无刷直流电机，让飞机达到70公里的时速。此外，飞机上搭载的633公斤锂电池，可以让飞机在夜晚有充足的电力进行飞行。出于飞行安全考虑，ABB集团集成传感器研究组的斯蒂文·马林科维克博士（Stevan Marinkovic）还给驾驶舱设计了辅助电源系统，从而保障一旦主电路出现故障， 蓄电池可以给包括导航系统在内的电子设备进行供电。这套系统是基于对电路断路器的监控与分析，该技术原本被ABB用于发电厂与大电网之间的断路设计。

为了让整体重量尽可能地轻，飞机的驾驶舱中只能容下一名飞行员，传统民航飞行中副驾驶员的工作则由控制中心完成。

飞行中的所有数据包括气象数据都将传输到位于摩纳哥的控制中心，在这里，有着40年民航飞机驾龄的总控制师雷蒙德·科莱克（Raymond Clerc）会综合空中飞行管制员、气象学家、数学算法工程师，以及机械电子工程师的所有情报， 然后通过通讯员给飞行员提供信息。

尽管如此，这架太阳能飞机依然十分脆弱。它的轻盈也给它的机动性带来障碍。科莱克告诉记者：“由于重量不够，它在转弯时不能像普通民航飞机那样可以达到30度的倾角，而是只能用2度至3度的倾角进行转弯，因此极为缓慢。一旦超过 5 度，警报系统就会立刻给飞行员发出警报。”更不要说遇到乱流等复杂天气情况，需要飞行员保持时刻警惕。因此，虽然在设计上，只要把座椅放平，飞行员就可以半曲体卧睡，但是考虑到人体在睡眠25分钟后，会进入深度睡眠，所以，飞行员胳膊上的振动报警器会在他睡20分钟后，把他叫醒。这便给飞行员的生理与心理带来很大的挑战，因为他从南京飞到夏威夷的这一段航程，需要独自飞行5个昼夜。

“不论中间发生什么，我们只能一鼓作气飞越太平洋。”科莱克对记者说：“一旦掉头，西风还是会把我们吹回去。”

然而，在陆地上的起降也绝非易事， 它需要跟民航飞机的起降错开。由于太阳能飞机比普通飞机的航速低、性能差， 因此在提升和下降的时候，也都只能缓慢进行。负责中国境内的飞行管制协调员耿秀林告诉记者：“选择经停重庆和南京的一个重要原因在于，它们都是双跑道机场。”尽管耿秀林曾多次驾驶通用飞机，飞过这条航线以及航线上的起降点，但是他在飞机起飞前十天就抵达摩纳哥，以便更好地了解飞机和团队。

“空中实验室”

“我和皮卡尔还是孩子的时候，我们的父亲就相互认识。”等飞机成功起飞，摩纳哥大公终于长舒一口气，对着镜头说起轻松的话。

这些年来，皮卡尔和博尔施贝格动用自己的私人关系，拉到18位像摩纳哥大公这样富有激情的赞助人，其中包括维珍航空的创始人——布兰森爵士（Sir Richard Branson）。除此之外， 还有一票科技型公司成为他们的合作伙伴，为其提供资金和技术。

“最早是2003年12月，皮卡尔在我们的一个内部活动上做了一个演讲。”比利时化学企业索尔维集团负责太阳动力号项目的总监克劳德·迈克尔（Claude Michel）对记者说“：我们觉得，这跟集团的‘能源采集与储存以及‘轻型材料这两大战略高度吻合。”

对于可再生能源来说，能量储存一直是瓶颈。而对于一切以轻盈为最高标准的阳光动力号来说，更是如此。因此在帮第一代原型机做研发的时候，索尔维把电池的能量密度从自己早前通用产品的180Wh/Kg提高到240Wh/Kg。而在投入第二代飞机研发时，索尔维对电极工艺进行改善，使能量密度最终达到260Wh/Kg。

按照科学工程联盟的常规做法，研发阶段的产品用于阳光动力号，但是专利的所有权则归索尔维。因此，索尔维也紧锣密鼓地为该产品申请专利，将其推向大众市场。

正是基于这种合作机制，阳光动力号像大量科技型初创企业一样，成为实验室研发和新产品市场之间，不可缺少的一环，从而打破传统产业链在新技术应用上难以消除的惰性。

“如果要把一个轻型材料用在车企的产品线上，研发、模拟、测试，来来回回要花上好几年。”拜耳材料科学公司负责太阳动力号项目的研发总监霍斯博士（Bernd Rothe）对记者说：“但是，这架飞机则不同，它能够带来很快的反馈。通过它，我们可以让大家知道， 拜耳的材料都能达到什么品质。”作为PU材料（聚氨脂）和PC材料（聚碳酸酯）这两大基本化学材料的发明者，拜耳从 2010 年开始成为阳光动力号的合作伙伴。它把自己硬性泡沫的PU材料用作驾驶舱的隔热材料，透明的PC材料用于制造驾驶舱的窗户。

由于飞机将在零下40摄氏度和40摄氏度的环境中交替飞行，因此拜耳的一项重要任务，就是提高驾驶舱的隔热性，同时还要让材料更轻。在泡沫材料中，空气提供了隔热的效果，拜耳的目标则是把气孔做得更小。

“这个飞机就像是一个材料界的奥林匹克。”霍斯博士表示。从2010年至今，拜耳从化学到装备制造等领域，为这个飞机成立了15个项目组进行研发。例如，两个项目组分别针对PU材料里降低密度、提高绝缘性这两个性质进行研发。有趣的是，由于拜耳专注于PU材料及其工艺研究，而索尔维擅长于添加剂制作，因此，两家公司在新材料的研发中亦达成合作，最终使得气孔比早前产品缩小40%，隔热性提高10%。

然而，并不是所有的研发都会被阳光动力号采纳。原本，拜耳的一个项目是研发特殊的黏合剂，用来把太阳能电池黏合在机翼上。研发团队做出来的黏合剂可以达到40g/m2的轻量，并且可以适合大规模工业化生产，但是，考虑到其他团队能够在非工业级做到 38g/ m2，最终拜耳的产品被淘汰了。如此下来，15个项目，最终只有 5个项目被运用在这架飞机上。

在研发过程中，研究员虽然在工作性质上参与到阳光动力号，但是他们仍然归属于原先的工作团队，因此通过研究汇报机制，依然可以让研发及时转入产品开发。如今，拜耳也为这种新型PU材料申请了专利，并进入市场拓展期。

这种开放式的创新机制，让合作企业之间得以进行跨行业的技术交流，这对于传统产业的企业发展来说至关重要。“电梯行业已经从机械时代跨入数据驱动的时代，我们在合作中相互取长补短。”迅达集团驻阳光动力号的工程师马丁·普菲斯特（Martin Pfister）告诉记者。

相较于当前流行的通航飞机和民航飞机，太阳能飞机依然面对成本高、载重小、航速低、性能差等问题。因此， 这个创新团队目前尚未有商业化制造太阳能飞机的计划。他们的目的，是通过夺目的环球飞行，传递出清洁能源的理念，让空中能够实现的技术，同样在地面实现。

此外，该团队还希望能够借此推动各国政府，在2015年12月的巴黎气候峰会上作出减排承诺。