乘着阳光环球飞行

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当瑞士探险家贝特朗·皮卡尔1999年成功完成气球环球旅行之时，他便开始有了要驾驶完全利用可再生能源驱动的飞机进行环球飞行的计划。当时没人相信这个计划会成功，除了一个人：安德烈·博尔施贝格。这位麻省理工学院的毕业生同样相信“人类的意志加上新技术可以真正改变世界”。当贝特朗和安德烈寻找业内航空制造公司提出需要一架达到波音747的尺寸但重量不能超过一部小汽车、可以昼夜不停飞行的太阳能飞机时，他们被明确告知这是不可能的。十四年后，他们自己组建的团队制造出了当代最令人叹为观止的太阳能飞机阳光动力2号。

2015年3月，阳光动力2号将从阿布扎比酋长国开始，预计在四到五个月的时间内，进行25天左右的环球飞行。两位飞行员计划在中国、美国、南欧或北非中途停留，并于夏天飞回始发地阿布扎比酋长国。

太阳能清洁飞行简史

上世纪70年代末，人力飞机的发展积累了制造低速、低翼载、重量轻的飞机的经验。但太阳能飞机只是单座小型飞机上安装太阳能电池，勉强飞行而已。在这一基础上，美国在80年代初研制出“太阳挑战者”号单座太阳能飞机。不过太阳能飞机依旧处于试验研究阶段，它的有效载重和速度都很低。其中最著名的太阳能无人飞机是AeroVironment公司为NASA的环境研究机和传感器技术计划研制的“太阳神”号无人机。

“太阳神”号由碳纤维合成物制造，部分起落架材料为越野自行车车轮，整架飞机仅重590千克，比小型汽车还要轻。“太阳神”在外形方面的最大特点就是有两个很宽的机翼，其机身长2.4米，而活动机翼全面伸展时却达75米，连波音747飞机也望尘莫及。

“太阳神”号机身上装有14个螺旋桨，动力来源于机翼上的太阳能电池板。在早晨阳光不是很强烈时，“太阳神”装备的太阳能电池可以为飞机提供10千瓦的电能，使飞机能够以每秒33米的速度爬高。中午时分，电池提供的电能达到40千瓦，飞机的动力性能达到最佳状态，能以每小时30至50公里的巡航速度飞行。晚上，飞机则依靠储存的电能进行巡航飞行。

2001年研究人员将“太阳神”号运往夏威夷，装上65000片太阳能板，由地面两名机师透过遥控设备“驾驶”。在10小时17分的飞行中，“太阳神”号达到22800米的目标高度。研究人员预计“太阳神”号最高可飞到30000米高空，超出喷气式客机飞行高度3倍多。

不幸的是，2003年6月26日，“太阳神”在试飞时突然空中解体，坠入夏威夷考艾岛附近海域。事后经调查，“太阳神”号在空中飞行36分钟时突然遭遇强湍流，引起两个翼端向上弯，致使整个机翼诱发严重的俯仰振荡，超出飞机结构的扭曲极限。

2003年，贝特朗·皮卡尔提出了太阳能飞机环球飞行构想，计划驾驶太阳能飞机，经过5次起降实现环球昼夜飞行，这一计划被命名为“阳光动力”，最终目标是用太阳能飞机实现永久飞行。该飞行项目参与者包括来自瑞士电梯制造商迅达和比利时化工集团苏威的工程师。直到2007年，在瑞士杜本多夫举行的新闻发布会上，设计团队展出了阳光动力太阳能飞机样机。>当今最叹为观止的飞机 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。其次，为了满足昼夜飞行的需求，发动机吊舱中也安装了633千克重的锂离子电池。因此，白天的时候，阳光动力2号上升到9000米的高空，以平均每小时90公里的速度进行飞行的同时，还能将多余的太阳能电力储存到高性能蓄电池中。到了晚上，聚合锂电池把白天的太阳能转换成电能，可供飞机夜间持续飞行8小时。由于碳纤维复合材料具备耐热性高的优点，飞行员可将白天飞行高度保持在8500到9000米之间，从而达到最佳的空气动力学效率和太阳能利用率。到了晚上，飞行高度降至1500米左右，降低耗电量，待次日太阳升起之后，飞机才重新回到高空饱和充电。

正如前文所提，阳光动力2号的翼展虽然比波音747-81型喷气式飞机还长6米，但747-81净重超过300吨，而阳光动力2号仅重2.3吨。这得益于机身骨架使用的碳纤维蜂窝夹层材料，根据机身需要的不同强度进行层叠的安排。这种材料重量密度仅有25克每平方米，是一张普通B5纸的四分之一，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。

挑战认知领域的极限

瑞士制造方称，阳光动力2号飞机会是最大化利用结构学和空气材料学所能产生的前所未有性能的集合体。设计和制造这两架飞机非一人之力所能完成，它由阳光动力团队的100人设计和生产，同时由80多家公司提供各方面所需的技术，包括节能电池和新型轻质材料等等。比如，合作伙伴OMEGA提供了高效节能电池，Bayer和Solvay制造了更轻便的新材料，ABB和Schindler帮助SI提高了整体能源的利用率，而Altran则为飞行试验提供控制系统进行模拟飞行。

然而即使有着目前最先进的科技支持，当前阳光动力2号使用的光伏面板转换效率也仅为20%左右，飞机必须飞到9000米的高空才能吸取足够的光热。如果进行环球飞行，当处于北半球夏天，日照时间更长，但由于太阳升降期间与地平线形成的角度偏低，光伏面板其实无法在整个白天都吸取到光热。

因此，即使实现了环球飞行，要真正令太阳能飞机民用化，也还是困难重重。首先材料价格昂贵，飞机结构仍然相当脆弱，安全性不是很高，有效载荷很小。比如阳光动力2号的翼展虽然已经大过一架波音飞机，却仍无法承载驾驶员以外的乘客。

其次阳光动力2号的平均功率并不大，只相当于一辆小型摩托车，因此这也注定这架飞机的飞行速度无法与普通飞机相比，最快速度甚至追不上普通的汽车。这导致了普通飞机从北京到伦敦需要11小时行程，阳光动力2号则需要120小时。无论对于飞行员还是设计团队来说，这都是一项不小的挑战。

再次，电池光电转换效率低、重量大、价格高，受天气影响很大。比如3月开始由阿布扎比飞经印度再到中国的航线就是出于避开印度洋季风的考量。

此外，相比驾驶普通飞机，驾驶太阳能动力飞机是一个极端困难和高风险的工作。毕竟在过去还没有如此大翼展却又如此轻的一架飞机能够成功上天。因此设计团队面临的终极挑战除了提升太阳能电池动力，还需要设计出可以民用并且在能正常机场升降的太阳能飞机。

除了解决工程技术上面临的挑战，飞行员还要克服连续五个昼夜在天空中飞行的压力。长时间处于未加压的驾驶舱中，经历极寒和酷热的反复交替，对于任何人而言都是极大的心理和生理上的挑战。因为每个航段只有一名飞行员，需要连续驾驶五个昼夜。

据设计团队称，阳光动力1号的驾驶舱还不太舒适，类似经济舱，驾驶员身体只能伸展四十五度，但是到了阳光动力2号就差不多能提供商务舱的舒适环境，还包括一个休息舱。即便如此，驾驶员每次休息都不能超过20分钟，需要时刻保持警惕。而舱内温度在零下20度到零上30度间浮动，驾驶员一天所经历的温差相当于在北京四季所经历的。

为了保证身体能够承受这般寒热交替，除了进行模拟和试飞，贝特朗和安德烈还曾前往地球北纬61°的大西洋东北边缘海北海去体验极端情况下的危机状况。比如学习如何在天寒地冻的情况下跳伞，如何在冰水中求生。

与其说阳光动力2号是一个技术工程，不如说是一项有关改变未来人们生活方式的革命。虽然当今人类已经建成了无需借助外在能源的商住建筑和利用清洁能源的工业产业，但关于清洁能源的技术和应用创新仍极为不足。而阳光动力2号所使用的技术均发挥着最高效能，它利用的清洁能源可以被使用在地面的任何领域，包括建造房屋，生产电子移动设备、绝缘设备和光纤系统等。

阳光动力团队预测，40多年后，能承载300名乘客的全太阳能飞机有望正式投入运营。虽然将太阳能飞机民用化依旧困难重重，但当莱特兄弟制造出第一架飞机时，谁也没有想到，仅在24年之后，林德伯格就驾驶飞机飞越了大西洋——一个人，满载着汽油。

而就连他自己也不知道，在100年后飞机会搭载几百名的旅客做长途飞行。如今，也有这样一架飞机，只有一个驾驶员，满载着电池，只能在天气好的时候慢慢飞。