不落的飛行

楊雅麗

自古以來飛行就是人類的夢(mèng)想。而飛機(jī)為人類實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想插上了翅膀。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有一天你會(huì)驚覺，利用取之不盡的太陽能實(shí)現(xiàn)晝夜兼程地飛行已經(jīng)不再只是科幻小說中的情景。而是我們生活中的場(chǎng)景了。

瑞士人皮卡德出身探險(xiǎn)世家。1999年他完成了乘坐熱氣球環(huán)游世界的壯舉。在探險(xiǎn)中他經(jīng)常眺望天空?；孟胫軌?qū)⑷≈槐M用之不竭的太陽能用于飛行。皮卡德盤算每當(dāng)正午時(shí)分。地球表面接收的太陽能約為1000W/m²。每天太陽平均釋放在地球表面的能量有250W/m²。如果飛機(jī)白天能夠吸收太陽能并儲(chǔ)存于蓄電池內(nèi)。而夜間利用蓄電池中的能量飛行。這樣循環(huán)往復(fù)。就可進(jìn)行連續(xù)飛行。皮卡德為此尋找團(tuán)隊(duì)來實(shí)現(xiàn)制造一架太陽能動(dòng)力飛機(jī)的夢(mèng)想。他結(jié)識(shí)了曾在瑞士空軍服役同時(shí)也是工程師的安德烈。兩人一拍即合。共同啟動(dòng)了制造載人太陽能動(dòng)力飛機(jī)的“陽光動(dòng)力”項(xiàng)目。他們招募了90多名各領(lǐng)域的頂尖科學(xué)家并取得了上億美元的資金支持。

經(jīng)過多年努力。2010年4月。測(cè)試機(jī)“太陽驅(qū)動(dòng)1號(hào)”在瑞士空軍基地起飛。這是第一架完全依靠太陽能作為動(dòng)力的載人飛機(jī)。創(chuàng)造了多項(xiàng)世界紀(jì)錄。是世界上第一架能夠在夜間持續(xù)飛行的太陽能飛機(jī)。它成功飛越了歐洲大陸和美國(guó)全境。

初步成功之后。2014年。正式機(jī)“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”建成了（如圖1）。“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”是利用太陽能技術(shù)的集大成者。為了獲得更強(qiáng)的升力?！疤栻?qū)動(dòng)2號(hào)”的翼展達(dá)到72m。比一般的客機(jī)還要長(zhǎng)，飛機(jī)的骨架、太陽能電池板、蓄電池及各個(gè)部件都使用了超輕的新型材料。整個(gè)飛機(jī)的質(zhì)量只有2.3t。其中機(jī)身骨架使用的碳纖維蜂窩夾層材料密度為25g/m³，是紙張密度的1/3，其強(qiáng)度卻能夠達(dá)到飛行要求。最令人印象深刻的還是飛機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)。在72m長(zhǎng)的機(jī)翼上鑲嵌有1.7萬塊太陽能電池板，電池板每塊僅厚135μm。相當(dāng)于人類一根頭發(fā)絲的直徑。

為了滿足晝夜不間斷飛行對(duì)電能的需求?！疤栻?qū)動(dòng)2號(hào)”的發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙中安裝了633kg的鋰離子電池，用來儲(chǔ)存電能。有了電能的儲(chǔ)備，飛機(jī)既可以實(shí)現(xiàn)夜間飛行，也不用擔(dān)心碰到陰雨天氣?！疤栻?qū)動(dòng)2號(hào)”的平均航速為70km/h。白天飛機(jī)爬升到9000m的高度以最大化利用太陽能。夜晚則半滑翔飛行，高度逐漸降低到1500m，這使得飛機(jī)夜間對(duì)能源的需求大大減少。

環(huán)球世界的旅行者

2015年3月9日，“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”飛機(jī)從阿聯(lián)酋首都阿布扎比起航。拉開了環(huán)球旅行的帷幕。飛機(jī)計(jì)劃由西向東航行。在半年時(shí)間內(nèi)經(jīng)過印度、緬甸、中國(guó)，跨越浩瀚的太平洋，橫穿美國(guó)，飛越大西洋，然后穿越南歐、北非、中東，最終回到始發(fā)地阿布扎比。完成環(huán)球航行的壯舉。整個(gè)環(huán)球旅行共分為12段。由安德烈和皮卡德接力完成。

2015年3月29日?！疤栻?qū)動(dòng)2號(hào)”從緬甸進(jìn)入中國(guó)西南國(guó)境。經(jīng)過約1400km的飛行。飛越群山。于4月1日凌晨在重慶市江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)降落。“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”在重慶受到熱烈歡迎。機(jī)組成員被邀請(qǐng)到當(dāng)?shù)氐闹袑W(xué)與全國(guó)的飛行愛好者進(jìn)行了零距離的接觸。3周后飛機(jī)啟程飛往下一個(gè)目的地——南京。5月初。飛機(jī)離開南京開始了穿越太平洋的旅程。但是。飛機(jī)在太平洋東部海域遇到了極端天氣。迫降在日本名古屋。停留一段時(shí)間后。“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”再次起航。經(jīng)過118h的持續(xù)飛行，成功橫跨太平洋，順利抵達(dá)夏威夷。2016年4月21日，飛機(jī)離開夏威夷。經(jīng)過60h、約4500km的飛行抵達(dá)美國(guó)加州。

顯然“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”的環(huán)球之旅未能如期完成。但相信不久之后它將重新起航，并最終完成下一段環(huán)球之旅。這將是人類第一次沒有使用一滴燃油完成的環(huán)球飛行。這一壯舉必然會(huì)被后人所傳頌。

“清潔能源”理念的傳播者

“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”的出現(xiàn)開啟了太陽能動(dòng)力載人飛行的時(shí)代。但它仍然具有很大的局限性。它的起飛質(zhì)量只有2.3t。這與動(dòng)輒上百噸起飛質(zhì)量的商業(yè)客機(jī)相比。實(shí)在是太輕了。并且“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”碩大的機(jī)身只能搭載飛行員一人。兩名飛行員需要在陸地上接力交替駕駛飛機(jī)。

對(duì)于飛行員而言。駕駛“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”飛行是一次對(duì)心理和生理的極限挑戰(zhàn)。飛機(jī)駕駛艙只有3.8m³，飛行員在空中的飲食、如廁、活動(dòng)都會(huì)受到限制。為了減輕質(zhì)量，飛機(jī)沒有安裝加熱和減壓設(shè)備。飛行員將面對(duì)零下30℃到30℃的溫差變化。飛行過程中飛行員需要時(shí)刻準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。每隔4h才能躺在座椅上休息20min。這對(duì)飛行員的心理和生理是極大的考驗(yàn)。

太陽能飛機(jī)成功的關(guān)鍵在于如何分配能量。如果以普通“波音747”客機(jī)起飛質(zhì)量300t計(jì)算?！疤栻?qū)動(dòng)2號(hào)”搭載的1.7萬塊單晶硅太陽能電池在24h內(nèi)收集的能量。僅僅能支持“波音747”客機(jī)離開地面一瞬間所耗費(fèi)的能量。這其中最大的問題還是由于太陽能電池轉(zhuǎn)換率太低。23%的能量轉(zhuǎn)換率對(duì)于滿足大質(zhì)量的起飛而言還差得很遠(yuǎn)?！疤栻?qū)動(dòng)2號(hào)”在白天的最高速度為140km/h。這僅僅和汽車速度相當(dāng)。與現(xiàn)在動(dòng)輒800km/h的噴氣式客機(jī)的飛行速度相去甚遠(yuǎn)。由此可見。商業(yè)客機(jī)要使用太陽能電池作為主要?jiǎng)恿€有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。

“太陽驅(qū)動(dòng)2號(hào)”的出現(xiàn)代表了人類一種開拓創(chuàng)新的精神。同時(shí)它也傳遞了一種使用“清潔能源”的理念。雖然太陽能飛機(jī)并不能馬上投入應(yīng)用。但它的制造所涉及的技術(shù)可以在汽車、電子、照明等多個(gè)領(lǐng)域使用。給我們的生活帶來切實(shí)的改變。

責(zé)任編輯 林洋