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梦想驱动

来源:用户上传      作者: 李之涵

  太阳能飞机飞行计划代价高昂,没有商业化前景,但科学家们更看重的是宣传无污染飞行。
  
  飞行自古以来都是人类的梦想,而各种各样的飞行器就是实现人类梦想的翅膀,随之而来的是飞行器的能源消耗不断上升。航空技术的发展,已经使人们惊觉:利用取之不竭的阳光实现永久飞行,正跳出科幻的意味,变得越来越真实可及,正如英国皇家航空俱乐部的巴里•罗尔夫所说:“谁知道将来还有什么会成为可能呢?”
  太阳能飞机是上世纪70年代随着成本合理的太阳能电池的出现而问世的,当时只有微型型号,直到1980年才首次载人飞行,但飞行距离一直较短。
  2003年,瑞士探险家贝特朗•皮卡尔提出太阳能飞机环球飞行构想,计划2011年挑战太阳能飞机环球载人飞行的构想,通过5次起降实现环球昼夜飞行,这一计划被命名为“太阳脉动”,这将是太阳能飞机历史上首次载人作昼夜、长距离飞行。
  
  从“挑战者”到“太阳脉动”
  
  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。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。飞机翼展14.3米,翼载荷为60帕(6公斤力/平方米),飞机空重90公斤,机翼和水平尾翼上表面共有16128 片硅太阳电池,在理想阳光照射下能输出3000瓦以上的功率。这架飞机1981年7月成功地由巴黎飞到英国,平均时速54公里,航程290公里。
  之后,有人提出设计一种无人驾驶的高空、低速遥控太阳能飞机,白天飞行时利用取得的太阳辐射能尽量爬高(或贮能于蓄电池内),夜间利用高度作滑翔飞行(或由蓄电池取得能量)。这样依靠取之不尽的太阳能,可维持长时期的飞行,这样的飞机可首先用于气象观测和侦察任务。
  2007年11月5日,在瑞士杜本多夫举行的新闻发布会上,“太阳脉动”太阳能飞机样机首次亮相:“太阳脉动”机翼上装有1.2万对太阳能电池板;白天飞行时,可将多余的太阳能电力储备到高性能蓄电池中供夜间飞行使用;它的翼展63.4米,与空客A340型飞机相当,而重量只有1600公斤,仅相当于一辆普通小汽车;飞机用超轻碳纤维材料制成,为减轻飞机重量,驾驶基本是机械操纵,没有使用大量电子设备,甚至连机身都是贴薄膜,没有涂油漆。
  瑞士探险家将贝特朗•皮卡尔计划不使用普通燃料而驾驶太阳能飞机进行连续环球飞行,“太阳脉动”计划因此吸引了众多航空爱好者的目光。“太阳脉动”计划离现实越来越近:2010年7月8日,“太阳脉动” 在安德烈•勃希勃格的驾驶下,成功完成首次夜间试飞,创造了26小时零9分钟的不间断飞行记录,这也是太阳能飞机持续时间最长、飞行高度最高的世界记录;2011年5月2日,“太阳脉动”从瑞士飞往比利时,降落在布鲁塞尔国际机场,完成首次跨国飞行,因为飞越国界并在外国机场降落需要各方面紧密配合,是一个“巨大的技术挑战”。
  “太阳脉动”计划面临的最大挑战是彻夜飞行,因为夜间无法采集阳光,飞机只能依靠电池白天储蓄的有限能量。皮卡尔承认:“我们最大的问题是能否在白天储存足够的太阳能,保证夜晚飞行。”这一问题在2010年的试飞中得以突破。
  据“太阳脉动”新闻处介绍,7月7日白天,这架太阳能飞机在海拔8500米高空飞行,为飞机的电瓶充电,以备夜航。傍晚前约2小时,当阳光不足以为机翼上的太阳能采集板提供热能时,飞机开始降低高度,23时将降至1500米,依靠飞机蓄电池飞行至8日清晨。不过,地面控制人员会根据天气状况,判断太阳能电力,在日落前决定是否让“太阳脉动”号继续在夜间飞行以完成整个测试。飞行控制负责人克劳德•尼科利尔说,是否继续飞行取决于“太阳脉动”号白天的蓄电情况以及高海拔风力水平,“我们有信心它能做到”。
  
  绿色梦想
  
  “太阳脉动”的试飞成功,验证了仅靠太阳能驱动完成夜间飞行的可行性。贝特朗•皮卡尔说,此次试验旨在证明可再生能源和清洁能源技术的潜力,并向大众推广普及。“我们不依赖化石能源,不用燃料把飞机送上天。”皮卡尔说,“这不仅是航空业的一次彻底变化,也是我们社会的一个完全转变。”
  皮卡尔的研究小组共有60名科研人员,研究机构设在瑞士,他们的研究得到了法国达索特航空和欧洲宇航局的大力支持,整个项目投资7000万欧元。在每次实际飞行前,皮卡尔和他的研究小组都要完成充分的数据模拟以保证飞行安全。网上模拟要充分考虑“太阳脉动”可能遇到的各种实际情况,确定具体飞行的高度。此外,模拟还要考虑恶劣天气,以及如何避开云层、如何最大限度获取阳光等问题。参与飞行计划的气象学家卢卡•特鲁曼斯说:“我生来第一次希望天天都艳阳高照。”
  在能源消耗方面,飞机一直是最昂贵的交通手段,温室气体排放占全球3%以上。而太阳能飞机堪称最纯净的绿色飞行方式。皮卡尔预计,“太阳脉动”太阳能飞机飞行计划代价高昂,需要9400万美元投资,目前没有商业化前景,但科学家们更看重的是宣传无污染飞行,皮卡尔希望这架飞机能引起人们对可持续发展技术更多的讨论。
  据英国媒体报道,到2014年,以飞机为主要出行工具的乘客人数有望从2009年的25亿人次增加至33亿人次。航空业虽然总体规模不大,但也是促使全球变暖的因素之一,各种交通工具排放的二氧化碳中,航空业占12%。因此,亟需设法让航空业变得更环保。毫无疑问,现代飞机的效率比以前要高很多。1967年,第一架波音737客机能搭乘100名乘客飞行2775公里,而最新型号的波音737-800则能在搭载多一倍乘客、飞行多一倍航程的同时,将燃料消耗减少23%。更高效的涡轮风扇发动机,更轻的机体结构,空气动力学方面的各种改进以及飞行管理系统的发展共同促成了这一进步。不过飞机还是老样子:雪茄状的机身、大大的尾巴、两只翅膀,每只翅膀上吊着一个豆荚形的发动机。很多飞机设计师认为,对传统形状的飞机来说,其节能降耗的潜力已然用尽,只有让飞机“改头换面”,颠覆传统,才能进一步大幅削减燃料消耗。
  国际航空运输协会希望能在2050年实现飞行器的碳排放量为零。致力于太阳能飞机研发的“太阳脉动”研究小组设想,在未来,着重解决光能吸收问题。因为只有大幅度提高电池功效,才可能使机上人数增加。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。


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