不落的飞行

杨雅丽

自古以来飞行就是人类的梦想。而飞机为人类实现梦想插上了翅膀。随着科学技术的发展，有一天你会惊觉，利用取之不尽的太阳能实现昼夜兼程地飞行已经不再只是科幻小说中的情景。而是我们生活中的场景了。

瑞士人皮卡德出身探险世家。1999年他完成了乘坐热气球环游世界的壮举。在探险中他经常眺望天空。幻想着能够将取之不尽用之不竭的太阳能用于飞行。皮卡德盘算每当正午时分。地球表面接收的太阳能约为1000W/m²。每天太阳平均释放在地球表面的能量有250W/m²。如果飞机白天能够吸收太阳能并储存于蓄电池内。而夜间利用蓄电池中的能量飞行。这样循环往复。就可进行连续飞行。皮卡德为此寻找团队来实现制造一架太阳能动力飞机的梦想。他结识了曾在瑞士空军服役同时也是工程师的安德烈。两人一拍即合。共同启动了制造载人太阳能动力飞机的“阳光动力”项目。他们招募了90多名各领域的顶尖科学家并取得了上亿美元的资金支持。

经过多年努力。2010年4月。测试机“太阳驱动1号”在瑞士空军基地起飞。这是第一架完全依靠太阳能作为动力的载人飞机。创造了多项世界纪录。是世界上第一架能够在夜间持续飞行的太阳能飞机。它成功飞越了欧洲大陆和美国全境。

初步成功之后。2014年。正式机“太阳驱动2号”建成了（如图1）。“太阳驱动2号”是利用太阳能技术的集大成者。为了获得更强的升力。“太阳驱动2号”的翼展达到72m。比一般的客机还要长，飞机的骨架、太阳能电池板、蓄电池及各个部件都使用了超轻的新型材料。整个飞机的质量只有2.3t。其中机身骨架使用的碳纤维蜂窝夹层材料密度为25g/m³，是纸张密度的1/3，其强度却能够达到飞行要求。最令人印象深刻的还是飞机的动力系统。在72m长的机翼上镶嵌有1.7万块太阳能电池板，电池板每块仅厚135μm。相当于人类一根头发丝的直径。

为了满足昼夜不间断飞行对电能的需求。“太阳驱动2号”的发动机吊舱中安装了633kg的锂离子电池，用来储存电能。有了电能的储备，飞机既可以实现夜间飞行，也不用担心碰到阴雨天气。“太阳驱动2号”的平均航速为70km/h。白天飞机爬升到9000m的高度以最大化利用太阳能。夜晚则半滑翔飞行，高度逐渐降低到1500m，这使得飞机夜间对能源的需求大大减少。

环球世界的旅行者

2015年3月9日，“太阳驱动2号”飞机从阿联酋首都阿布扎比起航。拉开了环球旅行的帷幕。飞机计划由西向东航行。在半年时间内经过印度、缅甸、中国，跨越浩瀚的太平洋，横穿美国，飞越大西洋，然后穿越南欧、北非、中东，最终回到始发地阿布扎比。完成环球航行的壮举。整个环球旅行共分为12段。由安德烈和皮卡德接力完成。

2015年3月29日。“太阳驱动2号”从缅甸进入中国西南国境。经过约1400km的飞行。飞越群山。于4月1日凌晨在重庆市江北国际机场降落。“太阳驱动2号”在重庆受到热烈欢迎。机组成员被邀请到当地的中学与全国的飞行爱好者进行了零距离的接触。3周后飞机启程飞往下一个目的地——南京。5月初。飞机离开南京开始了穿越太平洋的旅程。但是。飞机在太平洋东部海域遇到了极端天气。迫降在日本名古屋。停留一段时间后。“太阳驱动2号”再次起航。经过118h的持续飞行，成功横跨太平洋，顺利抵达夏威夷。2016年4月21日，飞机离开夏威夷。经过60h、约4500km的飞行抵达美国加州。

显然“太阳驱动2号”的环球之旅未能如期完成。但相信不久之后它将重新起航，并最终完成下一段环球之旅。这将是人类第一次没有使用一滴燃油完成的环球飞行。这一壮举必然会被后人所传颂。

“清洁能源”理念的传播者

“太阳驱动2号”的出现开启了太阳能动力载人飞行的时代。但它仍然具有很大的局限性。它的起飞质量只有2.3t。这与动辄上百吨起飞质量的商业客机相比。实在是太轻了。并且“太阳驱动2号”硕大的机身只能搭载飞行员一人。两名飞行员需要在陆地上接力交替驾驶飞机。

对于飞行员而言。驾驶“太阳驱动2号”飞行是一次对心理和生理的极限挑战。飞机驾驶舱只有3.8m³，飞行员在空中的饮食、如厕、活动都会受到限制。为了减轻质量，飞机没有安装加热和减压设备。飞行员将面对零下30℃到30℃的温差变化。飞行过程中飞行员需要时刻准备应对突发状况。每隔4h才能躺在座椅上休息20min。这对飞行员的心理和生理是极大的考验。

太阳能飞机成功的关键在于如何分配能量。如果以普通“波音747”客机起飞质量300t计算。“太阳驱动2号”搭载的1.7万块单晶硅太阳能电池在24h内收集的能量。仅仅能支持“波音747”客机离开地面一瞬间所耗费的能量。这其中最大的问题还是由于太阳能电池转换率太低。23%的能量转换率对于满足大质量的起飞而言还差得很远。“太阳驱动2号”在白天的最高速度为140km/h。这仅仅和汽车速度相当。与现在动辄800km/h的喷气式客机的飞行速度相去甚远。由此可见。商业客机要使用太阳能电池作为主要动力还有相当长的路要走。

“太阳驱动2号”的出现代表了人类一种开拓创新的精神。同时它也传递了一种使用“清洁能源”的理念。虽然太阳能飞机并不能马上投入应用。但它的制造所涉及的技术可以在汽车、电子、照明等多个领域使用。给我们的生活带来切实的改变。

责任编辑 林洋