一次向著太陽(yáng)的夢(mèng)想飛翔

丁海驁

比一場(chǎng)說走就走的旅行更率性的，是自己駕駛一架飛機(jī)環(huán)繞世界。如果剛好這架飛機(jī)本身也超酷，就絕對(duì)是一個(gè)最完美的夢(mèng)想……當(dāng)Solar Impulse 2（陽(yáng)光動(dòng)力2 號(hào)）在夜幕中降落在南京，夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。

2015年 4月 21日接近零點(diǎn)，太陽(yáng)能飛機(jī) Solar Impulse 2抵達(dá)了其環(huán)球飛行的第六站：南京。Bertrand Piccard，陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃的負(fù)責(zé)人兼飛行員在幾小時(shí)后召開的新聞發(fā)布會(huì)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(yáng)能飛機(jī)飛行員對(duì)夜晚飛行的詩(shī)意描述。

事實(shí)上，雖然從 1980年起，就已經(jīng)有過試飛成功的太陽(yáng)能飛機(jī)，也有很多科學(xué)家在理論上認(rèn)可晝夜飛行的可行性，但是現(xiàn)實(shí)中，陸續(xù)出現(xiàn)的太陽(yáng)能飛機(jī)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(yáng)能飛機(jī)。

與我們慣?？吹降淖鳛榻煌üぞ叩摹帮w機(jī)”不同，為了節(jié)省能源，實(shí)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?jī)H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(shí)的平均速度不停歇地飛行 120小時(shí)——相對(duì)傳統(tǒng)意義上作為交通工具的飛機(jī)，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(diǎn)是，你不需要消耗一滴燃油。

“陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃”的最初靈感來自 Bertrand Piccard的前一次冒險(xiǎn)。

1999年，Bertrand Piccard在結(jié)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(shè)計(jì)一架不使用任何燃料的全天陽(yáng)能飛機(jī)?！白畛蹰_始時(shí)，我們的熱氣球載有 3.7噸液態(tài)丙烷，在20天后著陸時(shí)，只剩下40公斤。整個(gè)過程中我都一直擔(dān)心燃料會(huì)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(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃”的關(guān)鍵詞，也是Solar Impulse太陽(yáng)能飛機(jī)必須達(dá)到的技術(shù)性能指標(biāo)。

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

而發(fā)起這次探險(xiǎn)的 BertrandPiccard，對(duì)于科學(xué)和探險(xiǎn)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(xiǎn)家和熱氣球運(yùn)動(dòng)員就出生在一個(gè)充滿探險(xiǎn)精神的家族。他的祖父 Auguste Piccard，一位真正的科學(xué)家和探險(xiǎn)家，在 1931年設(shè)計(jì)了一款帶有密閉加壓駕駛艙的熱氣球，成為第一個(gè)到達(dá)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(xué)家，因?yàn)橄聺摰降厍蚝Ｑ笞钌钐帲ㄌ窖篑R里亞納海溝海床）10916米被載入史冊(cè)，而且他也是第一艘觀光潛艇的發(fā)明者。

或許就是因?yàn)槌砷L(zhǎng)在這樣的家庭，“陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃”對(duì)于 Bertrand Piccard來講就是眾多冒險(xiǎn)中的一個(gè)，但是對(duì)于“陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)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(dāng) Andre Borschberg第一次收到 Bertrand Piccard邀請(qǐng)其參與陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃時(shí)，他告訴Bertrand Piccard：“我需要24小時(shí)考慮一下?！?/p>

與 Bertrand Piccard來自實(shí)踐的飛行經(jīng)驗(yàn)相比，Andre Borschberg瑞士空軍飛行員的“科班出身”使得其對(duì)飛行和飛行器的理解更加嚴(yán)謹(jǐn)，這個(gè)創(chuàng)造了保持了 8項(xiàng)國(guó)際航空協(xié)會(huì)公證的世界紀(jì)錄、將特技飛行作為個(gè)人業(yè)余愛好的職業(yè)飛行家，對(duì)陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃的考慮更多集中在對(duì)其可行性的科學(xué)論證上。最終，他還是被陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃本身無窮的創(chuàng)新性吸引，成為該計(jì)劃的發(fā)起人之一，并利用其專業(yè)知識(shí)，主導(dǎo)了計(jì)劃的可行性研究。

2003年底，陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃正式啟動(dòng)。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(yù)算高達(dá) 1.15億歐元。

“通常，如果要制造一架新飛機(jī)，就得使用現(xiàn)有的引擎；而如果想要測(cè)試新引擎，那就得使用現(xiàn)有的飛機(jī)。但陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃要設(shè)計(jì)的飛機(jī)，所有東西都是前所未有的：推進(jìn)器是新的，能源是新的，結(jié)構(gòu)也是新的……其復(fù)雜程度難以想象?！盉ertrand Piccard接受采訪時(shí)說。陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃就是要重新設(shè)計(jì)一架前所未有的全新飛機(jī)。

回到太陽(yáng)能飛機(jī)本身，這是 SolarImpulse設(shè)計(jì)研發(fā)的基準(zhǔn)點(diǎn)。由于要實(shí)現(xiàn)晝夜不間斷飛行，因此 Solar Impulse太陽(yáng)能飛機(jī)不僅需要收集太陽(yáng)能，還必須能夠存儲(chǔ)部分太陽(yáng)能，以備在夜晚試用。所以，Solar Impulse太陽(yáng)能飛機(jī)需要裝備大量高效的由光伏電池制造的太陽(yáng)能電池板，以收集太陽(yáng)的射線轉(zhuǎn)換為電力：一方面為飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)供電，另一方面也可以給飛機(jī)的電池充電。

這也就決定了Solar Impulse太陽(yáng)能飛機(jī)的結(jié)構(gòu)必然異于常見的飛機(jī)：在保證飛機(jī)足夠輕巧的同時(shí)，還必須保證飛機(jī)足夠大，因?yàn)闄C(jī)翼作為是太陽(yáng)能飛機(jī)太陽(yáng)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(yáng)射線和存儲(chǔ)所需的太陽(yáng)能。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的飛行，Solar Impulse太陽(yáng)能飛機(jī)也必須盡可能符合空氣動(dòng)力學(xué)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(shè)計(jì)一架完全不同的飛機(jī)，因此幾乎沒有任何現(xiàn)成的零部件可以采購(gòu)，甚至沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)——Solar Impulse可以說是一個(gè)從單一零部件設(shè)計(jì)入手的全新飛機(jī)。一架普通的飛機(jī)所涉及到的零部件即多達(dá) 20萬 至 300 萬個(gè)，因此僅從設(shè)計(jì)研發(fā)的具體工作來講，Solar Impulse的研發(fā)絕對(duì)不僅僅是設(shè)計(jì)的問題，而且還涉及到對(duì)數(shù)以萬計(jì)的零部件的管理，以及一個(gè)完整的針對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的仿真驗(yàn)證、制造和裝配的業(yè)務(wù)流程。endprint

在陽(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃一開始，達(dá)索系統(tǒng)的 3DEXPERIENCE平臺(tái)就成為其產(chǎn)品研發(fā)的核心系統(tǒng)?！?DEXPERIENCE 平臺(tái)的設(shè)計(jì)和仿真應(yīng)用對(duì)我們的幫助非常大，讓我們無需構(gòu)建過于昂貴且耗時(shí)太長(zhǎng)的物理原型就能完成飛機(jī)的設(shè)計(jì)?！盉ertrand Piccard 認(rèn)為，僅僅依靠3D 數(shù)字化軟件而不構(gòu)建實(shí)體模型，“這確實(shí)有點(diǎn)瘋狂，但我們對(duì)這些技術(shù)充滿信心。”

事實(shí)上， 選擇3DEXPERIENCE平臺(tái)作為產(chǎn)品研發(fā)的工具的確保障了陽(yáng)光動(dòng)力項(xiàng)目的有序推進(jìn)。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，3DEXPERIENCE平臺(tái)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(dòng)力學(xué)規(guī)范，甚至最小的螺栓。同時(shí)，為了能夠?qū)μ?yáng)能電池板和輕型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的不同組合進(jìn)行各種設(shè)計(jì)配置的測(cè)試，Solar Impulse 的工程師也使用CATIA 來定義太陽(yáng)能電池的最佳配置，以便在降低飛機(jī)重量和盡量更大的機(jī)翼之間，做出最優(yōu)化的選擇。

此外，3DEXPERIENCE 平臺(tái)的ENOVIA SmarTeam 也提供足夠的支持，使得設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家可以最大程度地有效管理該項(xiàng)目所需的大量零部件數(shù)據(jù)。

花費(fèi)了眾多頂尖科學(xué)家無數(shù)的心血，六年后，2009 年，第一架太陽(yáng)能飛機(jī)Solar Impulse 1 誕生。 Solar Impulse 1 整體可以分為：機(jī)身、機(jī)翼、駕駛艙和吊艙等幾個(gè)主要部分。翼展63.40 米， 長(zhǎng)度21.85 米， 重量1600 公斤，駕駛艙1.4 立方米，發(fā)動(dòng)機(jī)4 個(gè)， 每個(gè)10 馬力， 太陽(yáng)能電池17628 個(gè)，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(jī)場(chǎng)，Solar Impulse 1 進(jìn)行了首次試飛，持續(xù)了87 分鐘。此后，在飛行了500 小時(shí)后，2013 年5 月～ 7 月，Solar Impulse 1 在美國(guó)完成了一次對(duì)美洲大陸的橫穿飛行：從西向東，分六個(gè)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(yáng)光動(dòng)力計(jì)劃又開始對(duì)Solar Impulse1 進(jìn)行升級(jí)。2014 年，Solar Impulse 1的“升級(jí)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(yáng)能飛機(jī)的結(jié)構(gòu)是相似的，升級(jí)更多體現(xiàn)在技術(shù)上：為了讓飛機(jī)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(jī)的整個(gè)架構(gòu)中，機(jī)身（飛機(jī)的主體），駕駛艙和加強(qiáng)桿（代表機(jī)翼中心線的中央橫梁）。

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

在機(jī)翼下表面，陽(yáng)光動(dòng)力工程師設(shè)計(jì)出 4個(gè)模塑成型碳纖維吊艙，每個(gè)吊艙都包含電機(jī)、鋰聚合物電池和螺旋槳。每個(gè)電機(jī)的動(dòng)力為17.4馬力，鋰聚合物電池安裝在 4個(gè)吊艙或外殼中，通過高密度泡沫進(jìn)行隔離。電池總重量為 633公斤，略超過飛機(jī)總重量的1/4。4個(gè)螺旋槳每個(gè)直徑 4米，通過電池中存儲(chǔ)的能源，可實(shí)現(xiàn)晝夜飛行的動(dòng)力。

除此之外，為了適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)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(gè)相對(duì)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(diào)節(jié)，實(shí)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(zhuǎn)換成床，甚至廁所。另外，安裝在兩側(cè)機(jī)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(yīng)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(yù)計(jì)飛行 35000公里，500小時(shí)，將由 Bertrand Piccard和 Andre Borschberg輪流駕駛來完成，將會(huì)飛越太平洋和大西洋兩大洋，穿越阿拉伯海、印度、緬甸、中國(guó)、太平洋、美國(guó)、大西洋、南歐和北非，南京是其第六站。

Andre Borschberg在飛機(jī)降落南京后表示：“飛抵南京代表著整個(gè)環(huán)球飛行任務(wù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，12年前我們啟動(dòng)了這項(xiàng)計(jì)劃，現(xiàn)在我們終于迎來了這一時(shí)刻。在之后不到一個(gè)月的時(shí)間里，我們要克服所有技術(shù)上和人身上的困難，在精神上和身體上為‘Solar Impulse 2最長(zhǎng)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(zhǔn)備。”

在南京的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布會(huì)上，有記者向Bertrand Piccard提問：在這么多的環(huán)球飛行經(jīng)驗(yàn)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?yàn)閷?duì)于我和Andre Borschberg來講，支持我們來做 Solar Impulse項(xiàng)目的最大動(dòng)力，就是對(duì)未來總是充滿了無限的沖動(dòng)。當(dāng)然，我們?cè)谶@些旅程當(dāng)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(huì)給那里的年輕人和孩子帶去對(duì)科技的熱情，對(duì)環(huán)保的深入認(rèn)識(shí)，以及對(duì)冒險(xiǎn)的全新理解，這也是 Solar Impulse 2堅(jiān)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(rèn)識(shí)的交通工具相比，即便成功如 Solar Impulse 2，太陽(yáng)能飛機(jī)依然對(duì)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(shù)難題，有很長(zhǎng)的路要走。但是無疑，Solar Impulse 2正在努力縮短這個(gè)過程。

從更廣泛的意義上講，Solar Impulse 2很大程度上實(shí)際并非是對(duì)具體技術(shù)和應(yīng)用的推進(jìn)，而是在推動(dòng)一種思維方式，一種基于現(xiàn)有技術(shù)勇于想象，并積極投入將想象變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的創(chuàng)新態(tài)度。對(duì)于正在努力定位自身價(jià)值、尋找個(gè)人存在于意義的人來講，Solar Impulse 2都是一個(gè)非常有說服力的熱血傳奇。尤其是對(duì)于轉(zhuǎn)型中的中國(guó)制造業(yè)企業(yè)、制造業(yè)企業(yè)中的設(shè)計(jì)師、科學(xué)家來講，在技術(shù)和資源不再是門檻的現(xiàn)在，也許不應(yīng)該繼續(xù)把夢(mèng)想鎖在腦海中，只有去嘗試實(shí)踐自己的夢(mèng)想，才有機(jī)會(huì)將夢(mèng)想真正變成現(xiàn)實(shí)。

真希望這樣一場(chǎng)向著太陽(yáng)的夢(mèng)想飛行，可以帶著更多的夢(mèng)想，一起飛翔。endprint