最大太阳能飞机“阳光动力”2号到底什么样

作者:    浏览:339    发布时间:2015-3-26 10:34:46

贝特朗·皮卡尔

新闻背景

  未来两三天,人类首次尝试太阳能动力环球飞行的 “阳光动力”2号飞机将开始它的第六段飞行,并抵达重庆江北机场。预计它将在中国度过三周左右时间。

  北京时间3月9日11时12分,“阳光动力”2号从阿联酋首都阿布扎比起飞,展开了它未来5个月的环球飞行,并吸引了全世界的目光。

  块头很庞大 动作很迟缓

  “阳光动力”2号太阳能飞机翼展达到72米,比波音747-8型的翼展还要宽3.5米;机长22.4米,接近一个篮球场的长度;机高6.37米,相当于三层楼;而重量仅有2.3吨,跟一辆宝马760Li的重量相差无几。

  跟它巨大的尺寸相比,“阳光动力”2号的飞行性能数据可能会让你有种回到莱特兄弟时代的感觉。它的起飞速度只有35千米/小时,比博尔特奔跑的速度还要慢。巡航速度90千米/小时,最大速度不过140千米/小时,绝对是遵纪守法好司机的驾驶记录水平。

  然而,“阳光动力”2号又是一架集合了当今材料、电子、结构、人机工程学最顶尖技术于一体的大号玩具。它的机翼、机身和水平尾翼上共贴敷了17248片135微米厚的单晶硅薄膜太阳能电池,虽然23%的光电效率并不是世界上最高的,却是平衡了能效、强度和重量后的最优选择。

  这些电池可以产生最大70千瓦的功率,这些电力可以输出给四台单台功率13.5千瓦的电动机,带动四扇4米直径的双叶螺旋桨,给飞机提供动力。整个推进系统的电力—动力转换效率高达94%。阳光充足时多余的电力还会向四个发动机吊舱中的锂聚合物电池组充电。这四组电池总重633千克,能量密度达到了260瓦时/千克,目前市面上电动汽车的电池能量密度水平还徘徊在200瓦时/千克。这些电池可以让“阳光动力”2号熬过漫长的黑夜,迎来新一天的阳光。

  由于要用尽可能少的能源飞更远的距离,整架飞机的空气动力学布局采取了有着超高升阻比的滑翔机外形。细长的机翼给结构和材料提出了严苛的要求。最终,机翼里布置了140根碳纤维肋条,外表的蒙皮则采用了一种全新开发的树脂薄膜材料,厚度仅有17微米。除了机翼肋骨,机身的大部分骨架和硬质外壳也都采用了碳纤维材料,某些碳纤维板材每平方米的重量仅有25克,是普通打印纸的三分之一。

  飞行员吃喝拉撒睡都在座椅上

  与目前大多数太阳能动力飞行器不一样,“阳光动力”2号和它的前辈“阳光动力”1号都是有人驾驶的,驾驶舱可以容纳一人。尤其是本次用于环球飞行的2号机,由于必须接受跨洋飞行的挑战,飞行员将在驾驶舱中待相当长的时间。按照计划,这次最具挑战性的航段将是从南京直接飞抵夏威夷的那一段,预计飞行员会在3.8立方米的狭小机舱中持续工作5天左右。

  为了减重,驾驶舱并未像民航飞机那样配备了增压和空调系统,所以当飞机达到8000米最大巡航高度的时候,舱内的环境会变得相当不舒适。还好有了超强绝热材料和特殊的飞行服保护,飞行员感受到的不会是从零上40℃到零下40℃的冰火两重天。每天的供给将是2.4千克食物、2.5升水和1升运动饮料。

  这五天五夜里,飞行员的吃喝拉撒睡将都会在飞行座椅上完成。座椅不但集成了厕所,下面还有降落伞和救生筏以供不时之需。每隔几小时,飞行员将会被允许打一个十几分钟的盹。还好,座椅会有充气垫让飞行员完全展开双腿。民航飞行员借助自动驾驶仪可以放心地在飞行过程中休息,但是“阳光动力”2号这样的飞机太大、太轻,用术语说就是翼载太低,于是对气流特别敏感,一不小心就会失控。所以即便有特别开发的自动驾驶仪和地面控制中心的实时监控,飞行员还是会在飞机姿态变化超过5°的时候被装在手腕上的振动器唤醒。

  为了监控飞行员的身体状况,火柴盒大小的远程心电监测设备,可以让地面的医学专家随时获得基本的参数。负责开发这套系统的公司也正在试图将其装配在汽车上,以防止疲劳驾驶。

  延伸阅读

  谁开发了“阳光动力”号?

  “阳光动力”是由瑞士精神病学医生、探险家贝特朗·皮卡尔发起,联合企业家、前瑞士空军飞行员安德烈·波许博格于2003年11月共同组建的,目前整个团队约有100名成员,公司总部位于瑞士洛桑。他们的合作伙伴包括瑞士的欧米茄、迅达、ABB、雀巢,比利时索尔维、法国亚讯和德国拜耳这样的行业巨头。

  2009年,他们造出了“阳光动力”1号,并于当年6月实现首飞。2010年7月8日,“阳光动力”1号在波许博格的驾驶下首次完成26小时不着陆飞行,这也是人类首次实现载人太阳能飞机跨夜飞行。1号机的24小时平均功率只有区区6千瓦,勉强达到了莱特兄弟的“飞行者”1号的动力水平。

  此后的几年,团队一边对1号机进行广泛的测试和宣传,比如在美国进行了横跨美洲大陆的飞行活动,一边根据试飞的反馈设计研发2号机。2014年6月2日,在经过原型机静力试验受挫被迫更改设计的延期后,2号机首飞。

  皮卡尔家族在科学探险界是当之无愧的豪门。这个家族的成员曾在世界上最早搭乘热气球到达平流层,也曾在世界上最早到达最深的马里亚纳海沟沟底,可谓上天入地无所不能。笔者曾采访贝特朗·皮卡尔先生并向他抛出了这样的问题:“阳光动力”3号已经在你们的绘图板上了吗?比如未来会不会有一架双座的,可以不着陆环球飞行的太阳能飞机

  他的回答是:

  说yes太疯狂,说No太愚蠢。因为造那么一架飞机所需的科技还不存在,莱特兄弟第一次飞起来的时候可不敢说飞机就会变成怎样怎样的。(作者为科学松鼠会成员)