史无前例

2016-10-24 20:02:46 航空世界 2016年9期

温杰

7月26日,阿联酋当地时间凌晨4时5分,全球最大的太阳能飞机“阳光动力”2号(Solar Impulse 2)缓缓降落在阿布扎比机场,史无前例地完成了全程大约2.5万英里(超过4万千米)的环球飞行。“阳光动力”2号飞机的环球之旅,创下人类飞行史上的多项世界纪录,尽管存在着飞行速度有限、易受天气影响和电池出现故障等问题,但还是向世界展示了清洁能源和可再生能源的巨大潜力。

“阳光动力”太阳能飞机项目由瑞士人贝特朗·皮卡尔和安德烈·博尔什贝格联合发起。作为一名医生和精神病专家,皮卡尔还是一名气球飞行员和探险家,曾完成了人类历史上首次不间断气球环球飞行,而博尔什贝格则是一位工程师、战斗机飞行员出身的职业飞行员。2003年,当皮卡尔提出驾驶太阳能飞机进行一次环球飞行时,两人一拍即合。

实现梦想并非一蹴而就,从概念设计、飞机研制到环球飞行,整个过程耗时13年,耗资近1.5亿美元。在此期间,皮卡尔和博尔什贝格逐步深入研究高效能电池和绿色能源技术,最终成为了这两个领域的专家。两人强调“阳光动力”并不完全是一个航空研究项目,更多的是一个能源项目,希望通过低能耗的航空飞行验证项目,使人们意识到可持续环境新时代的正在到来。

“阳光动力”飞机的研制可谓人类科技面临的一次重大挑战,必须在能源、重量、坚固性和飞行性能各方面都取得平衡,来自6个国家的150名各领域专家利用4年时间,进行研究、建造、模拟和试验,才完成了最初的原型机“阳光动力”1号。2010年,这架太阳能飞机先后完成了太阳能飞机首次夜间飞行、首次跨越北美等任务,创下了26小时飞行的纪录,证明了其在白天能够储存足够的电能供夜间飞行所用。5年后,经过改进的“阳光动力”2号准备再次启程,向终极目标发起冲击。

“阳光动力”2号是目前全球最大的太阳能飞机,超大展弦比机翼的翼展达到72米,与A380飞机的翼展相当,可以最大限度地降低诱导阻力。但是,该机采用质量低于25克/米2的碳纤维层板制造,重量仅为2.3吨,还不到A380飞机的1%。硕大机翼的一个重要作用是可以尽可能多地安装厚度仅为135微米的单晶硅电池,以确保90小时不间断飞行。该机在机翼、机身和尾翼的表面铺设了17248块光伏电池板,为飞机提供持续的可再生能源。这些电池板的总重量为633千克,大约相当于飞机重量的四分之一。

这些光伏电池板在白天吸收太阳能,转化为电能,除了为飞机动力装置提供电力外,多余部分储存在4块高性能锂电池中,为飞机在夜间飞行时提供动力。“阳光动力”2号采用了4台电动机,用于驱动螺旋桨,每台电动机最大功率可达7.5千瓦,但平均工作在1.875千瓦,足以维持约45千米/时的巡航速度,最大速度可以达到140千米/时,最大巡航高度可以达到8500米,

为了尽可能减少能耗,这架太阳能飞机在设计时最大限度地减少自身结构重量,甚至驾驶舱的设计也是遵循这一原则。驾驶舱的空间只有3.8米3,仅能容下一人,没有暖气和加压设备,飞行员在飞行过程中只能放倒座椅,进行片刻小憩。此时,飞机可以借助增稳系统(SAS)和监测和预警系统(MAS),在自动驾驶模式下飞行20分钟。

不可否认的是,“阳光动力”2号的飞行安排非常容易受到天气状况的影响,每一段航程开启前都需要等到有利的天气和时段。为了获得最佳的日照时间,飞行员驾驶“阳光动力”2号不仅要避开各种危险情况,还要保持适当的速度和高度。白天,飞机要爬升到8500米的高度,夜间为了节省能源,只能下降到1500米的高度飞行。

2015年3月9日起,“阳光动力”2号从阿布扎比起飞,开始了环球飞行之旅,并一路宣传清洁能源和可再生能源。在超过16个月时间里,“阳光动力”2号在空中飞行超过500小时,飞越了四个大陆和两个大洋,先后途径阿曼、印度缅甸、中国、日本、美国、西班牙、埃及等国的16个城市,进行保养和补给。

随着“阳光动力”2号环球之旅的结束,至少19项世界纪录由此诞生,包括首次载人太阳能飞机的环球航行、连续5昼夜的最长单独飞行时间、首次太阳能飞机横跨大西洋等,而皮卡尔则看重这次环球飞行对于清洁能源发展的重要意义。他表示,飞行史的成功得益于能源利用的发展,这次环球飞行的成功向世界证明了我们已经可以成熟地使用清洁能源和可再生能源,我们可以利用这些能源来取得一些看似不可思议的成绩。