一次向著太陽的夢想飛翔

丁海驁

比一場說走就走的旅行更率性的，是自己駕駛一架飛機環(huán)繞世界。如果剛好這架飛機本身也超酷，就絕對是一個最完美的夢想……當Solar Impulse 2（陽光動力2 號）在夜幕中降落在南京，夢想變成了現(xiàn)實。

2015年 4月 21日接近零點，太陽能飛機 Solar Impulse 2抵達了其環(huán)球飛行的第六站：南京。Bertrand Piccard，陽光動力計劃的負責人兼飛行員在幾小時后召開的新聞發(fā)布會上，用“美妙”一詞來形容這次萬眾矚目的旅程：“我們飛越那些蜿蜒的山脈，那些湖泊在夜晚閃爍著迷人的光，這一切都太美妙了?！?/p>

這或許是人們首次聽到太陽能飛機飛行員對夜晚飛行的詩意描述。

事實上，雖然從 1980年起，就已經有過試飛成功的太陽能飛機，也有很多科學家在理論上認可晝夜飛行的可行性，但是現(xiàn)實中，陸續(xù)出現(xiàn)的太陽能飛機依然都只能在白天飛行。

而此次帶著 Bertrand Piccard開始此次環(huán)球旅程的 Solar Impulse 2，是人類歷史上首架無需任何燃料可晝夜飛行的太陽能飛機。

與我們慣?？吹降淖鳛榻煌üぞ叩摹帮w機”不同，為了節(jié)省能源，實現(xiàn)晝夜飛行，Solar Impulse 2體型龐大但重量極輕——它的翼展超過波音747，有 72米，但重量僅為 2300公斤（也就是一輛 SUV的重量），只可搭載一名飛行員，在最高9500米的位置，以 80公里每小時的平均速度不停歇地飛行 120小時——相對傳統(tǒng)意義上作為交通工具的飛機，Solar Impulse 2顯得更加“悠閑”，駕駛它或許更像是在自駕旅行。但是重點是，你不需要消耗一滴燃油。

“陽光動力計劃”的最初靈感來自 Bertrand Piccard的前一次冒險。

1999年，Bertrand Piccard在結束了 20天的人類首次無間斷熱氣球環(huán)球飛行后，決定要設計一架不使用任何燃料的全天陽能飛機。“最初開始時，我們的熱氣球載有 3.7噸液態(tài)丙烷，在20天后著陸時，只剩下40公斤。整個過程中我都一直擔心燃料會耗盡，所以我告訴自己，下次環(huán)球飛行我絕不攜帶任何燃料?！盉ertrand Piccard后來說。

“環(huán)球”、“飛行”和“零燃料”，是“陽光動力計劃”的關鍵詞，也是Solar Impulse太陽能飛機必須達到的技術性能指標。

雖然不能說這樣的構想是異想天開，但是由于之前眾多的科學家和研究者都沒有過成功先例，所以要實現(xiàn)這樣的想法，需要解決的就不僅僅是對能源利用的難題，還需要面臨隨時可能出現(xiàn)的未知的技術障礙。因此，說這是一次對科學技術的探險并不過分。

而發(fā)起這次探險的 BertrandPiccard，對于科學和探險都不陌生，甚至可以說是融入其血液的家族基因。

這位生于瑞士洛桑的精神科醫(yī)師、冒險家和熱氣球運動員就出生在一個充滿探險精神的家族。他的祖父 Auguste Piccard，一位真正的科學家和探險家，在 1931年設計了一款帶有密閉加壓駕駛艙的熱氣球，成為第一個到達平流層看到地球曲率的第一人。他的父親 Jacques Piccard是一位海洋學家，因為下潛到地球海洋最深處（太平洋馬里亞納海溝海床）10916米被載入史冊，而且他也是第一艘觀光潛艇的發(fā)明者。

或許就是因為成長在這樣的家庭，“陽光動力計劃”對于 Bertrand Piccard來講就是眾多冒險中的一個，但是對于“陽光動力計劃”的另一名重要參與者Andre Borschberg來講，可能就沒有那么輕松。所以當 Andre Borschberg第一次收到 Bertrand Piccard邀請其參與陽光動力計劃時，他告訴Bertrand Piccard：“我需要24小時考慮一下?！?/p>

與 Bertrand Piccard來自實踐的飛行經驗相比，Andre Borschberg瑞士空軍飛行員的“科班出身”使得其對飛行和飛行器的理解更加嚴謹，這個創(chuàng)造了保持了 8項國際航空協(xié)會公證的世界紀錄、將特技飛行作為個人業(yè)余愛好的職業(yè)飛行家，對陽光動力計劃的考慮更多集中在對其可行性的科學論證上。最終，他還是被陽光動力計劃本身無窮的創(chuàng)新性吸引，成為該計劃的發(fā)起人之一，并利用其專業(yè)知識，主導了計劃的可行性研究。

2003年底，陽光動力計劃正式啟動。在隨后的 12年中，相繼有具有各種專業(yè)的 80位專家，100位專家顧問和 90位合作伙伴和贊助商參與其中，總預算高達 1.15億歐元。

“通常，如果要制造一架新飛機，就得使用現(xiàn)有的引擎；而如果想要測試新引擎，那就得使用現(xiàn)有的飛機。但陽光動力計劃要設計的飛機，所有東西都是前所未有的：推進器是新的，能源是新的，結構也是新的……其復雜程度難以想象。”Bertrand Piccard接受采訪時說。陽光動力計劃就是要重新設計一架前所未有的全新飛機。

回到太陽能飛機本身，這是 SolarImpulse設計研發(fā)的基準點。由于要實現(xiàn)晝夜不間斷飛行，因此 Solar Impulse太陽能飛機不僅需要收集太陽能，還必須能夠存儲部分太陽能，以備在夜晚試用。所以，Solar Impulse太陽能飛機需要裝備大量高效的由光伏電池制造的太陽能電池板，以收集太陽的射線轉換為電力：一方面為飛機的發(fā)動機供電，另一方面也可以給飛機的電池充電。

這也就決定了Solar Impulse太陽能飛機的結構必然異于常見的飛機：在保證飛機足夠輕巧的同時，還必須保證飛機足夠大，因為機翼作為是太陽能飛機太陽能電池板的所在地，需要足夠大才能攜帶足夠多的電池來盡可能地捕獲更多的太陽射線和存儲所需的太陽能。同時，為了實現(xiàn)真正意義上的飛行，Solar Impulse太陽能飛機也必須盡可能符合空氣動力學原理，足夠穩(wěn)健，以便能耐受惡劣的天氣。

由于是從零開始設計一架完全不同的飛機，因此幾乎沒有任何現(xiàn)成的零部件可以采購，甚至沒有現(xiàn)成的經驗——Solar Impulse可以說是一個從單一零部件設計入手的全新飛機。一架普通的飛機所涉及到的零部件即多達 20萬 至 300 萬個，因此僅從設計研發(fā)的具體工作來講，Solar Impulse的研發(fā)絕對不僅僅是設計的問題，而且還涉及到對數(shù)以萬計的零部件的管理，以及一個完整的針對產品數(shù)據(jù)的仿真驗證、制造和裝配的業(yè)務流程。endprint

在陽光動力計劃一開始，達索系統(tǒng)的 3DEXPERIENCE平臺就成為其產品研發(fā)的核心系統(tǒng)。“3DEXPERIENCE 平臺的設計和仿真應用對我們的幫助非常大，讓我們無需構建過于昂貴且耗時太長的物理原型就能完成飛機的設計?！盉ertrand Piccard 認為，僅僅依靠3D 數(shù)字化軟件而不構建實體模型，“這確實有點瘋狂，但我們對這些技術充滿信心?！?/p>

事實上， 選擇3DEXPERIENCE平臺作為產品研發(fā)的工具的確保障了陽光動力項目的有序推進。

在設計環(huán)節(jié)，3DEXPERIENCE平臺的 CATIA 系統(tǒng)用來完成Solar Impulse 完整的3D 數(shù)字模型，包括駕駛艙的位置、空氣動力學規(guī)范，甚至最小的螺栓。同時，為了能夠對太陽能電池板和輕型復合材料結構的不同組合進行各種設計配置的測試，Solar Impulse 的工程師也使用CATIA 來定義太陽能電池的最佳配置，以便在降低飛機重量和盡量更大的機翼之間，做出最優(yōu)化的選擇。

此外，3DEXPERIENCE 平臺的ENOVIA SmarTeam 也提供足夠的支持，使得設計團隊的科學家可以最大程度地有效管理該項目所需的大量零部件數(shù)據(jù)。

花費了眾多頂尖科學家無數(shù)的心血，六年后，2009 年，第一架太陽能飛機Solar Impulse 1 誕生。 Solar Impulse 1 整體可以分為：機身、機翼、駕駛艙和吊艙等幾個主要部分。翼展63.40 米， 長度21.85 米， 重量1600 公斤，駕駛艙1.4 立方米，發(fā)動機4 個， 每個10 馬力， 太陽能電池17628 個，最大巡航高度為海拔8500米。2010 年4 月7 日，在瑞士的帕耶訥機場，Solar Impulse 1 進行了首次試飛，持續(xù)了87 分鐘。此后，在飛行了500 小時后，2013 年5 月～ 7 月，Solar Impulse 1 在美國完成了一次對美洲大陸的橫穿飛行：從西向東，分六個階段從舊金山飛到紐約。

此后，為了做一次真正的環(huán)球飛行，陽光動力計劃又開始對Solar Impulse1 進行升級。2014 年，Solar Impulse 1的“升級版”Solar Impulse 2 問世。

雖然體型超越了Solar Impulse 1，但是Solar Impulse 2 與其前一代的太陽能飛機的結構是相似的，升級更多體現(xiàn)在技術上：為了讓飛機最大程度地節(jié)約能源并依靠電池供電在夜間飛行，Solar Impulse 2 使用了超輕的材料——重量為每平方米25 克的碳纖維（比紙輕3 倍），蜂巢形式的多孔泡沫，用在飛機的整個架構中，機身（飛機的主體），駕駛艙和加強桿（代表機翼中心線的中央橫梁）。

機翼的結構上，工程師以 50厘米的間隔放置了 144條翼肋，機翼的上表面由太陽能電池板組成，這里安裝了 270平方米的太陽能電池板——17248個太陽能電池，每天最多可以吸收 340千瓦的太陽能，每個電池的厚度僅為135微米，比人的頭發(fā)絲還細。為了最大程度地減輕飛機重量，他們不是將電池安裝到機翼上，而且直接用電池本身組成機翼結構，就像是一件“太陽能皮膚”一樣。

在機翼下表面，陽光動力工程師設計出 4個模塑成型碳纖維吊艙，每個吊艙都包含電機、鋰聚合物電池和螺旋槳。每個電機的動力為17.4馬力，鋰聚合物電池安裝在 4個吊艙或外殼中，通過高密度泡沫進行隔離。電池總重量為 633公斤，略超過飛機總重量的1/4。4個螺旋槳每個直徑 4米，通過電池中存儲的能源，可實現(xiàn)晝夜飛行的動力。

除此之外，為了適應長時間飛行，Solar Impulse 2也考慮了駕駛員的舒適性：駕駛艙增加到 3.8立方米 ——雖然這依然是一個相對非常狹小的空間，但是，這里也為飛行員提供了自給自足生存一周所有需要的一切。多功能座椅可以通過調節(jié)，實現(xiàn)躺靠的最佳位置，還有可以充氣的襯墊，一切都像是在家里一樣舒適——它能立刻轉換成床，甚至廁所。另外，安裝在兩側機翼上的 16盞著陸燈（發(fā)光二極管，LED燈）可以在夜間照亮跑道，以適應夜晚飛行和著陸的安全性要求。

2015年 3月 9日，Solar Impulse 2的環(huán)球飛行之旅展開。這次環(huán)球飛行預計飛行 35000公里，500小時，將由 Bertrand Piccard和 Andre Borschberg輪流駕駛來完成，將會飛越太平洋和大西洋兩大洋，穿越阿拉伯海、印度、緬甸、中國、太平洋、美國、大西洋、南歐和北非，南京是其第六站。

Andre Borschberg在飛機降落南京后表示：“飛抵南京代表著整個環(huán)球飛行任務的轉折點，12年前我們啟動了這項計劃，現(xiàn)在我們終于迎來了這一時刻。在之后不到一個月的時間里，我們要克服所有技術上和人身上的困難，在精神上和身體上為‘Solar Impulse 2最長的一次飛行——從南京到夏威夷，足足五天五夜的飛越太平洋之旅做好準備?！?/p>

在南京的現(xiàn)場發(fā)布會上，有記者向Bertrand Piccard提問：在這么多的環(huán)球飛行經驗中，哪段旅程最讓你難忘？Bertrand Piccard不假思索地說：“哦，我一定要說，是下一段。因為對于我和Andre Borschberg來講，支持我們來做 Solar Impulse項目的最大動力，就是對未來總是充滿了無限的沖動。當然，我們在這些旅程當中收獲了無數(shù)難忘的瞬間。我們最難忘記的，是 Solar Impulse 2每到一地，就會給那里的年輕人和孩子帶去對科技的熱情，對環(huán)保的深入認識，以及對冒險的全新理解，這也是 Solar Impulse 2堅持要做環(huán)球飛行非常重要的原因?！?/p>

記者手記

與我們常規(guī)認識的交通工具相比，即便成功如 Solar Impulse 2，太陽能飛機依然對環(huán)境有極大的依賴，其要真正為更廣大的人群提供便利，還需要解決諸多的技術難題，有很長的路要走。但是無疑，Solar Impulse 2正在努力縮短這個過程。

從更廣泛的意義上講，Solar Impulse 2很大程度上實際并非是對具體技術和應用的推進，而是在推動一種思維方式，一種基于現(xiàn)有技術勇于想象，并積極投入將想象變?yōu)楝F(xiàn)實的創(chuàng)新態(tài)度。對于正在努力定位自身價值、尋找個人存在于意義的人來講，Solar Impulse 2都是一個非常有說服力的熱血傳奇。尤其是對于轉型中的中國制造業(yè)企業(yè)、制造業(yè)企業(yè)中的設計師、科學家來講，在技術和資源不再是門檻的現(xiàn)在，也許不應該繼續(xù)把夢想鎖在腦海中，只有去嘗試實踐自己的夢想，才有機會將夢想真正變成現(xiàn)實。

真希望這樣一場向著太陽的夢想飛行，可以帶著更多的夢想，一起飛翔。endprint