全球最大太阳能飞机环球航行大揭秘

人类是一个热衷挑战的物种。最高的山，最深的海，最远距离的飞行，这些挑战除了考验人的精神与体能，同时考验技术水平。最好的潜水艇才能抵达大洋底部，最好的飞行器才能飞跃整个星球。

随手打开任何一个表现未来的电影与电视节目，几乎都可以看到同一个相似的场景:具有黑色表面的车辆与飞机安静的前进。太阳能与电力驱动，这就是人类对未来交通工具的想像，也是比较合理的想像。Tesla的火爆是因为足够酷，但电力驱动本身并不是什么新鲜事物。电力驱动能量效率高，动力高度可控，无需变速箱调整功率与扭矩，同时安静、清洁。

但电力驱动和传统能源使用体验上的最大不同，就是电力补充太慢。而无处不在的太阳能刚好可以补上这个短板。目前，太阳能光伏电池的效率大约在30%以下徘徊，一般采用并联与电池储存的方式达到增强续航和功率的要求。

太阳能清洁飞行历史

上世纪70年代，太阳能飞机就是单座小型飞机上安装太阳能电池，勉强能飞而已。1981年，“太阳挑战者”号太能能飞机飞越了英吉利海峡，创造了当时的记录。2001年，最著名的太阳能飞机“太阳神”号完成了无燃料飞行器飞行海拔高度的纪录，飞行高度米。“太阳神”拥有可以提供40千瓦峰值功率的太阳能电池组，配合普通电池与液氢电动机可以完成长达两周的不间断无人飞行。在即将到来的2015年3月，伯特兰·皮卡德(Bertrand Piccard)和安德烈·波尔施博格(Andreacute; Borschberg)将驾驶太阳能动力飞机“Solar Impulse 2”号(阳光动力2号)，连续五天日夜兼程，用时四到五个月穿越海洋陆地，完成人类史上首次环球太阳能环球飞行计划。

本次即将启程的“阳光动力2号”是Bertrand Piccard和Andreacute; Borschberg制造的第二款太阳能飞机。初代产品“阳光动力号”(Solar Impulse)曾在2012与2013年进行长距离飞行测试，2012年完成了瑞士飞往西班牙1116千米的不停站纪录，2013年则完成了横跨美国的飞行测试。“阳光动力2号”使用了与前作大体相似的结构，但是在核心部件部分都有了大幅更新。

“阳光动力2号”大升级

曾经的“阳光动力号”机身表面覆盖个太阳能电池阵列，展翼208英尺，四台10马力电动机。“阳光动力2号”是在1号的瞩目中诞生，众多大公司与学校参与了这个项目。飞机的翼展提升至71米(236英尺)，核心部分太阳能电池阵列换装了全新的薄膜太阳能电池，能量转化效率22.7%，共块，能为飞机提供65千万的峰值功率。

动力部分也有升级。在机翼下方的四个发动机吊舱中，安装了全新的四台无刷直流电机，动力提升至17.4马力，螺旋桨稳定转速提升到525转每分钟，时速提高到最高约90公里每小时。为了满足昼夜飞行的需求，发动机吊舱中安装了633公斤重的的锂离子电池。但“阳光动力2号”的难题不在白天，还是在黑夜。经过飞机制造团队的全面优化，在24小时的周期内，飞机可以输出15千瓦的稳定功率。

“阳光动力2号”的翼展超过72米，比魔音747-8型喷气式飞机还长6米。但747-8净重超过300吨，而“阳光动力2号”仅重2.3顿。与尺寸相比，这架太阳能飞机简直薄如蝉翼。得益于机身骨架使用的碳纤维蜂窝夹层材料，这种材料重量密度仅有25克每平方米，比纸还要轻3倍，但是强度完全满足飞机的机械要求。飞机表面使用的是柔性蒙皮，主要目标也是减重。

阳光动力2号与波音747对比

单人五昼夜环球之旅

“阳光动力2号”希望在2015年达成环球飞行的目标，计划单次飞行时间5昼夜，两位飞行员轮换完成。实际上，完成这样的飞行难度不在于飞机性能，而是体能极限。

我还记得，2009年美国《大众科学》上刊登了一则热气球不停站环球飞行的故事。“百年灵轨道飞行器3号”(Breitling Orbiter 3)热气球从瑞士出发，历时19天21小时47分钟，飞行距离为公里。气球的两位驾驶员中，就有“阳光动力号”的联合创始人伯特兰·皮卡德。当年的气球旅行举世瞩目，除了气球运动充满不确定性之外，两位驾驶员在吊舱中的极限生活也是挑战—毕竟空间狭小，食物与饮水都非常有限。

但和“阳光动力2号”的环球旅行相比，气球飞行至少还能睡个好觉。在“阳光动力2号”计划的环球旅行中，五昼夜的单次飞行中飞行员只能把座椅放倒简单休息，并且会有仪器监控飞机状态，如果遇到异常，会迅速把飞行员叫醒。要知道，与一般的飞机不同，这架极限轻量化的太阳能飞机动力有限，同时翼展极宽，机翼载荷又很小，这使得飞机非常容易受到气流影响，难以控制。同时，为了兼顾太阳能电池的充电，飞机起飞后并不是快速巡航高度，而是需要分阶段爬升至约9千米的高度，让太阳能电池达到最大功率状态充电，在后续的旅程中，飞机要按阶段下降高度，利用气流节省电力，维持夜晚的低空飞行。

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