不落的飛行

楊雅麗

自古以來飛行就是人類的夢想。而飛機為人類實現夢想插上了翅膀。隨著科學技術的發展，有一天你會驚覺，利用取之不盡的太陽能實現晝夜兼程地飛行已經不再只是科幻小說中的情景。而是我們生活中的場景了。

瑞士人皮卡德出身探險世家。1999年他完成了乘坐熱氣球環游世界的壯舉。在探險中他經常眺望天空。幻想著能夠將取之不盡用之不竭的太陽能用于飛行。皮卡德盤算每當正午時分。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。如果飛機白天能夠吸收太陽能并儲存于蓄電池內。而夜間利用蓄電池中的能量飛行。這樣循環往復。就可進行連續飛行。皮卡德為此尋找團隊來實現制造一架太陽能動力飛機的夢想。他結識了曾在瑞士空軍服役同時也是工程師的安德烈。兩人一拍即合。共同啟動了制造載人太陽能動力飛機的“陽光動力”項目。他們招募了90多名各領域的頂尖科學家并取得了上億美元的資金支持。

經過多年努力。2010年4月。測試機“太陽驅動1號”在瑞士空軍基地起飛。這是第一架完全依靠太陽能作為動力的載人飛機。創造了多項世界紀錄。是世界上第一架能夠在夜間持續飛行的太陽能飛機。它成功飛越了歐洲大陸和美國全境。

初步成功之后。2014年。正式機“太陽驅動2號”建成了（如圖1）。“太陽驅動2號”是利用太陽能技術的集大成者。為了獲得更強的升力。“太陽驅動2號”的翼展達到72m。比一般的客機還要長，飛機的骨架、太陽能電池板、蓄電池及各個部件都使用了超輕的新型材料。整個飛機的質量只有2.3t。其中機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，其強度卻能夠達到飛行要求。最令人印象深刻的還是飛機的動力系統。在72m長的機翼上鑲嵌有1.7萬塊太陽能電池板，電池板每塊僅厚135μm。相當于人類一根頭發絲的直徑。

為了滿足晝夜不間斷飛行對電能的需求。“太陽驅動2號”的發動機吊艙中安裝了633kg的鋰離子電池，用來儲存電能。有了電能的儲備，飛機既可以實現夜間飛行，也不用擔心碰到陰雨天氣。“太陽驅動2號”的平均航速為70km/h。白天飛機爬升到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，這使得飛機夜間對能源的需求大大減少。

環球世界的旅行者

2015年3月9日，“太陽驅動2號”飛機從阿聯酋首都阿布扎比起航。拉開了環球旅行的帷幕。飛機計劃由西向東航行。在半年時間內經過印度、緬甸、中國，跨越浩瀚的太平洋，橫穿美國，飛越大西洋，然后穿越南歐、北非、中東，最終回到始發地阿布扎比。完成環球航行的壯舉。整個環球旅行共分為12段。由安德烈和皮卡德接力完成。

2015年3月29日。“太陽驅動2號”從緬甸進入中國西南國境。經過約1400km的飛行。飛越群山。于4月1日凌晨在重慶市江北國際機場降落。“太陽驅動2號”在重慶受到熱烈歡迎。機組成員被邀請到當地的中學與全國的飛行愛好者進行了零距離的接觸。3周后飛機啟程飛往下一個目的地——南京。5月初。飛機離開南京開始了穿越太平洋的旅程。但是。飛機在太平洋東部海域遇到了極端天氣。迫降在日本名古屋。停留一段時間后。“太陽驅動2號”再次起航。經過118h的持續飛行，成功橫跨太平洋，順利抵達夏威夷。2016年4月21日，飛機離開夏威夷。經過60h、約4500km的飛行抵達美國加州。

顯然“太陽驅動2號”的環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球之旅。這將是人類第一次沒有使用一滴燃油完成的環球飛行。這一壯舉必然會被后人所傳頌。

“清潔能源”理念的傳播者

“太陽驅動2號”的出現開啟了太陽能動力載人飛行的時代。但它仍然具有很大的局限性。它的起飛質量只有2.3t。這與動輒上百噸起飛質量的商業客機相比。實在是太輕了。并且“太陽驅動2號”碩大的機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。

對于飛行員而言。駕駛“太陽驅動2號”飛行是一次對心理和生理的極限挑戰。飛機駕駛艙只有3.8m³，飛行員在空中的飲食、如廁、活動都會受到限制。為了減輕質量，飛機沒有安裝加熱和減壓設備。飛行員將面對零下30℃到30℃的溫差變化。飛行過程中飛行員需要時刻準備應對突發狀況。每隔4h才能躺在座椅上休息20min。這對飛行員的心理和生理是極大的考驗。

太陽能飛機成功的關鍵在于如何分配能量。如果以普通“波音747”客機起飛質量300t計算。“太陽驅動2號”搭載的1.7萬塊單晶硅太陽能電池在24h內收集的能量。僅僅能支持“波音747”客機離開地面一瞬間所耗費的能量。這其中最大的問題還是由于太陽能電池轉換率太低。23%的能量轉換率對于滿足大質量的起飛而言還差得很遠。“太陽驅動2號”在白天的最高速度為140km/h。這僅僅和汽車速度相當。與現在動輒800km/h的噴氣式客機的飛行速度相去甚遠。由此可見。商業客機要使用太陽能電池作為主要動力還有相當長的路要走。

“太陽驅動2號”的出現代表了人類一種開拓創新的精神。同時它也傳遞了一種使用“清潔能源”的理念。雖然太陽能飛機并不能馬上投入應用。但它的制造所涉及的技術可以在汽車、電子、照明等多個領域使用。給我們的生活帶來切實的改變。

責任編輯 林洋