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當瑞士探險家貝特朗·皮卡爾1999年成功完成氣球環(huán)球旅行之時，他便開始有了要駕駛完全利用可再生能源驅(qū)動的飛機進行環(huán)球飛行的計劃。當時沒人相信這個計劃會成功，除了一個人：安德烈·博爾施貝格。這位麻省理工學院的畢業(yè)生同樣相信“人類的意志加上新技術(shù)可以真正改變世界”。當貝特朗和安德烈尋找業(yè)內(nèi)航空制造公司提出需要一架達到波音747的尺寸但重量不能超過一部小汽車、可以晝夜不停飛行的太陽能飛機時，他們被明確告知這是不可能的。十四年后，他們自己組建的團隊制造出了當代最令人嘆為觀止的太陽能飛機陽光動力2號。

2015年3月，陽光動力2號將從阿布扎比酋長國開始，預計在四到五個月的時間內(nèi)，進行25天左右的環(huán)球飛行。兩位飛行員計劃在中國、美國、南歐或北非中途停留，并于夏天飛回始發(fā)地阿布扎比酋長國。

太陽能清潔飛行簡史

上世紀70年代末，人力飛機的發(fā)展積累了制造低速、低翼載、重量輕的飛機的經(jīng)驗。但太陽能飛機只是單座小型飛機上安裝太陽能電池，勉強飛行而已。在這一基礎上，美國在80年代初研制出“太陽挑戰(zhàn)者”號單座太陽能飛機。不過太陽能飛機依舊處于試驗研究階段，它的有效載重和速度都很低。其中最著名的太陽能無人飛機是AeroVironment公司為NASA的環(huán)境研究機和傳感器技術(shù)計劃研制的“太陽神”號無人機。

“太陽神”號由碳纖維合成物制造，部分起落架材料為越野自行車車輪，整架飛機僅重590千克，比小型汽車還要輕。“太陽神”在外形方面的最大特點就是有兩個很寬的機翼，其機身長2.4米，而活動機翼全面伸展時卻達75米，連波音747飛機也望塵莫及。

“太陽神”號機身上裝有14個螺旋槳，動力來源于機翼上的太陽能電池板。在早晨陽光不是很強烈時，“太陽神”裝備的太陽能電池可以為飛機提供10千瓦的電能，使飛機能夠以每秒33米的速度爬高。中午時分，電池提供的電能達到40千瓦，飛機的動力性能達到最佳狀態(tài)，能以每小時30至50公里的巡航速度飛行。晚上，飛機則依靠儲存的電能進行巡航飛行。

2001年研究人員將“太陽神”號運往夏威夷，裝上65000片太陽能板，由地面兩名機師透過遙控設備“駕駛”。在10小時17分的飛行中，“太陽神”號達到22800米的目標高度。研究人員預計“太陽神”號最高可飛到30000米高空，超出噴氣式客機飛行高度3倍多。

不幸的是，2003年6月26日，“太陽神”在試飛時突然空中解體，墜入夏威夷考艾島附近海域。事后經(jīng)調(diào)查，“太陽神”號在空中飛行36分鐘時突然遭遇強湍流，引起兩個翼端向上彎，致使整個機翼誘發(fā)嚴重的俯仰振蕩，超出飛機結(jié)構(gòu)的扭曲極限。

2003年，貝特朗·皮卡爾提出了太陽能飛機環(huán)球飛行構(gòu)想，計劃駕駛太陽能飛機，經(jīng)過5次起降實現(xiàn)環(huán)球晝夜飛行，這一計劃被命名為“陽光動力”，最終目標是用太陽能飛機實現(xiàn)永久飛行。該飛行項目參與者包括來自瑞士電梯制造商迅達和比利時化工集團蘇威的工程師。直到2007年，在瑞士杜本多夫舉行的新聞發(fā)布會上，設計團隊展出了陽光動力太陽能飛機樣機。>當今最嘆為觀止的飛機 隊的全面優(yōu)化，在24小時的周期內(nèi)，飛機可以輸出15千瓦的穩(wěn)定功率。其次，為了滿足晝夜飛行的需求，發(fā)動機吊艙中也安裝了633千克重的鋰離子電池。因此，白天的時候，陽光動力2號上升到9000米的高空，以平均每小時90公里的速度進行飛行的同時，還能將多余的太陽能電力儲存到高性能蓄電池中。到了晚上，聚合鋰電池把白天的太陽能轉(zhuǎn)換成電能，可供飛機夜間持續(xù)飛行8小時。由于碳纖維復合材料具備耐熱性高的優(yōu)點，飛行員可將白天飛行高度保持在8500到9000米之間，從而達到最佳的空氣動力學效率和太陽能利用率。到了晚上，飛行高度降至1500米左右，降低耗電量，待次日太陽升起之后，飛機才重新回到高空飽和充電。

正如前文所提，陽光動力2號的翼展雖然比波音747-81型噴氣式飛機還長6米，但747-81凈重超過300噸，而陽光動力2號僅重2.3噸。這得益于機身骨架使用的碳纖維蜂窩夾層材料，根據(jù)機身需要的不同強度進行層疊的安排。這種材料重量密度僅有25克每平方米，是一張普通B5紙的四分之一，但是強度完全滿足飛機的機械要求。飛機表面使用的是柔性蒙皮，主要目標也是減重。

挑戰(zhàn)認知領域的極限

瑞士制造方稱，陽光動力2號飛機會是最大化利用結(jié)構(gòu)學和空氣材料學所能產(chǎn)生的前所未有性能的集合體。設計和制造這兩架飛機非一人之力所能完成，它由陽光動力團隊的100人設計和生產(chǎn)，同時由80多家公司提供各方面所需的技術(shù)，包括節(jié)能電池和新型輕質(zhì)材料等等。比如，合作伙伴OMEGA提供了高效節(jié)能電池，Bayer和Solvay制造了更輕便的新材料，ABB和Schindler幫助SI提高了整體能源的利用率，而Altran則為飛行試驗提供控制系統(tǒng)進行模擬飛行。

然而即使有著目前最先進的科技支持，當前陽光動力2號使用的光伏面板轉(zhuǎn)換效率也僅為20%左右，飛機必須飛到9000米的高空才能吸取足夠的光熱。如果進行環(huán)球飛行，當處于北半球夏天，日照時間更長，但由于太陽升降期間與地平線形成的角度偏低，光伏面板其實無法在整個白天都吸取到光熱。

因此，即使實現(xiàn)了環(huán)球飛行，要真正令太陽能飛機民用化，也還是困難重重。首先材料價格昂貴，飛機結(jié)構(gòu)仍然相當脆弱，安全性不是很高，有效載荷很小。比如陽光動力2號的翼展雖然已經(jīng)大過一架波音飛機，卻仍無法承載駕駛員以外的乘客。

其次陽光動力2號的平均功率并不大，只相當于一輛小型摩托車，因此這也注定這架飛機的飛行速度無法與普通飛機相比，最快速度甚至追不上普通的汽車。這導致了普通飛機從北京到倫敦需要11小時行程，陽光動力2號則需要120小時。無論對于飛行員還是設計團隊來說，這都是一項不小的挑戰(zhàn)。

再次，電池光電轉(zhuǎn)換效率低、重量大、價格高，受天氣影響很大。比如3月開始由阿布扎比飛經(jīng)印度再到中國的航線就是出于避開印度洋季風的考量。

此外，相比駕駛普通飛機，駕駛太陽能動力飛機是一個極端困難和高風險的工作。畢竟在過去還沒有如此大翼展卻又如此輕的一架飛機能夠成功上天。因此設計團隊面臨的終極挑戰(zhàn)除了提升太陽能電池動力，還需要設計出可以民用并且在能正常機場升降的太陽能飛機。

除了解決工程技術(shù)上面臨的挑戰(zhàn)，飛行員還要克服連續(xù)五個晝夜在天空中飛行的壓力。長時間處于未加壓的駕駛艙中，經(jīng)歷極寒和酷熱的反復交替，對于任何人而言都是極大的心理和生理上的挑戰(zhàn)。因為每個航段只有一名飛行員，需要連續(xù)駕駛五個晝夜。

據(jù)設計團隊稱，陽光動力1號的駕駛艙還不太舒適，類似經(jīng)濟艙，駕駛員身體只能伸展四十五度，但是到了陽光動力2號就差不多能提供商務艙的舒適環(huán)境，還包括一個休息艙。即便如此，駕駛員每次休息都不能超過20分鐘，需要時刻保持警惕。而艙內(nèi)溫度在零下20度到零上30度間浮動，駕駛員一天所經(jīng)歷的溫差相當于在北京四季所經(jīng)歷的。

為了保證身體能夠承受這般寒熱交替，除了進行模擬和試飛，貝特朗和安德烈還曾前往地球北緯61°的大西洋東北邊緣海北海去體驗極端情況下的危機狀況。比如學習如何在天寒地凍的情況下跳傘，如何在冰水中求生。

與其說陽光動力2號是一個技術(shù)工程，不如說是一項有關(guān)改變未來人們生活方式的革命。雖然當今人類已經(jīng)建成了無需借助外在能源的商住建筑和利用清潔能源的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，但關(guān)于清潔能源的技術(shù)和應用創(chuàng)新仍極為不足。而陽光動力2號所使用的技術(shù)均發(fā)揮著最高效能，它利用的清潔能源可以被使用在地面的任何領域，包括建造房屋，生產(chǎn)電子移動設備、絕緣設備和光纖系統(tǒng)等。

陽光動力團隊預測，40多年后，能承載300名乘客的全太陽能飛機有望正式投入運營。雖然將太陽能飛機民用化依舊困難重重，但當萊特兄弟制造出第一架飛機時，誰也沒有想到，僅在24年之后，林德伯格就駕駛飛機飛越了大西洋——一個人，滿載著汽油。

而就連他自己也不知道，在100年后飛機會搭載幾百名的旅客做長途飛行。如今，也有這樣一架飛機，只有一個駕駛員，滿載著電池，只能在天氣好的時候慢慢飛。