為救災(zāi)設(shè)計(jì)的光電能源飛艇

蘇　峰

設(shè) 界

近日，主修工業(yè)設(shè)計(jì)的大學(xué)生Andrew Leinonen提出的“光電能源飛艇”設(shè)計(jì)概念贏得了2008 ACIDO Rocket Show“自然災(zāi)害類”第一名。

這項(xiàng)設(shè)計(jì)試圖綜合飛艇與再生能源發(fā)電兩種不會(huì)破壞生態(tài)平衡的技術(shù)，以此服務(wù)于災(zāi)難救助。對(duì)于突然受災(zāi)的地區(qū)，這種能源飛艇將起到巨大作用：它漂浮空中，利用太陽(yáng)能蓄電池和風(fēng)葉片儲(chǔ)集電源合成一個(gè)無(wú)線通訊站，連線到地面供電車，為醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、凈水裝置以及各類電器供電，為災(zāi)區(qū)救援和重建提供迅捷幫助。

空中旅行是溫室氣體排放量迅猛增長(zhǎng)的元兇。由于航空業(yè)自身的特殊性，目前在替代品方面少有選擇。但是，飛艇的重量輕于飛機(jī)，是為一種可能性。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，飛艇所產(chǎn)生的影響比噴氣式飛機(jī)要低80%-90%。歷史上建造現(xiàn)代飛艇的努力均告失敗，關(guān)鍵在于初始規(guī)模巨大，難以吸引風(fēng)險(xiǎn)投資。這項(xiàng)概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是建造一個(gè)規(guī)模適中、僅滿足當(dāng)前需求的飛艇，未來(lái)將向一個(gè)更注重可持續(xù)發(fā)展的航空工業(yè)過(guò)渡。

“光電能源飛艇”是一艘無(wú)人駕駛的飛艇，它可以產(chǎn)生并向?yàn)?zāi)區(qū)提供亟需的可再生能源與通訊線路。利用表層涂蓋的光電薄膜，加上一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，它可以提供清潔的能源并通過(guò)連接電纜進(jìn)行傳輸。經(jīng)由一套電信設(shè)備，它也可充當(dāng)一個(gè)無(wú)線電、移動(dòng)電話信號(hào)的中繼站，幫助救援協(xié)調(diào)和溝通。

從體積來(lái)看，飛艇需要造得相當(dāng)大才能產(chǎn)生足夠浮力以提高自身的有效載荷，同時(shí)，由于相對(duì)較低的轉(zhuǎn)換效率，薄膜太陽(yáng)能電池也需要大片區(qū)域，因此這兩種技術(shù)相輔相成。與標(biāo)準(zhǔn)飛艇相比，“光電能源飛艇”是僅20米長(zhǎng)的小飛艇，但在飛艇頂部提供了約180平方米的光伏表面積。它所采用的太陽(yáng)能電池以CIGS技術(shù)為基礎(chǔ)(該技術(shù)仍在發(fā)展中，目前轉(zhuǎn)換效率為14%)，可以完整地貼于飛艇表面，減少重量同時(shí)節(jié)約資金。

從操作來(lái)看，“光電能源飛艇”可以自動(dòng)飛行到它的部署地點(diǎn)。如果飛艇駐防在美國(guó)遍布全球的空軍基地，它們能在兩天內(nèi)到達(dá)世界上任何一個(gè)自然災(zāi)害區(qū)域。一旦到達(dá)站點(diǎn)，飛艇緊接著降低動(dòng)力箱，那些產(chǎn)生的能量被傳送到地面上，為野外醫(yī)院、抽取凈化水、照明、通信以及電腦設(shè)備提供電力。在平均緯度和大氣條件下，一艘“光電能源飛艇”每天能制造約125萬(wàn)千瓦時(shí)的電能。

與常規(guī)飛艇設(shè)計(jì)不同，“光電能源飛艇”使用氫氣取代氦氣。盡管氫氣在“興登堡事件”(注：1937年5月6日，“興登堡號(hào)”從德國(guó)飛抵美國(guó)新澤西州，降落時(shí)發(fā)生火災(zāi)，97名乘客中36人遇難。由于美國(guó)拒絕出售給德國(guó)氦氣，迫使飛艇使用極易燃燒的氫氣代替，多數(shù)人認(rèn)為氫氣是事故的元兇)中遭盡斥責(zé)，但其實(shí)上，飛艇表層所涂的油漆才是那次災(zāi)難的真正禍?zhǔn)住！肮怆娔茉达w艇”無(wú)人駕駛，體型也遠(yuǎn)小于曾經(jīng)的“齊柏林”(Zeppelin飛艇，一種硬式飛艇，尺寸巨大，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力強(qiáng)勁，當(dāng)時(shí)被廣泛應(yīng)用于軍事及民用航空運(yùn)輸)飛艇，所以它對(duì)人的風(fēng)險(xiǎn)要小很多。日前，氦氣正變得越來(lái)越少，美國(guó)氦氣存儲(chǔ)預(yù)計(jì)2035年將消失。相比之下，同單位的氫氣比氦氣產(chǎn)生更大浮力，費(fèi)用也更便宜，并且是可持續(xù)利用的。 氫氣最大的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以用來(lái)作為車載氫燃料電池的燃料，這種電池能在夜間或太陽(yáng)能、風(fēng)能輸出功率較低的時(shí)候提供緩沖電力。飛艇底部的兩個(gè)擴(kuò)張板打開(kāi)，提供氫燃料緩沖容量，并能抵消在高度、大氣溫度和壓力上的變化。

雖然Andrew Leinonen的“光電能源飛艇”僅是一項(xiàng)概念設(shè)計(jì)，在不久的將來(lái)未必能大規(guī)模被采用，但為今后的災(zāi)難救援帶來(lái)了新的思路與啟發(fā)。