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最大太陽(yáng)能飛機(jī)“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)到底什么樣

   日期:2015-03-25     來(lái)源:北京日?qǐng)?bào)    瀏覽:7621    評(píng)論:0    

  貝特朗·皮卡爾

  新聞背景

  未來(lái)兩三天,人類首次嘗試太陽(yáng)能動(dòng)力環(huán)球飛行的 “陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)飛機(jī)將開(kāi)始它的第六段飛行,并抵達(dá)重慶江北機(jī)場(chǎng)。預(yù)計(jì)它將在中國(guó)度過(guò)三周左右時(shí)間。

  北京時(shí)間3月9日11時(shí)12分,“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)從阿聯(lián)酋首都阿布扎比起飛,展開(kāi)了它未來(lái)5個(gè)月的環(huán)球飛行,并吸引了全世界的目光。

  塊頭很龐大 動(dòng)作很遲緩

  “陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)太陽(yáng)能飛機(jī)翼展達(dá)到72米,比波音747-8型的翼展還要寬3.5米;機(jī)長(zhǎng)22.4米,接近一個(gè)籃球場(chǎng)的長(zhǎng)度;機(jī)高6.37米,相當(dāng)于三層樓;而重量?jī)H有2.3噸,跟一輛寶馬760Li的重量相差無(wú)幾。

  跟它巨大的尺寸相比,“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)的飛行性能數(shù)據(jù)可能會(huì)讓你有種回到萊特兄弟時(shí)代的感覺(jué)。它的起飛速度只有35千米/小時(shí),比博爾特奔跑的速度還要慢。巡航速度90千米/小時(shí),最大速度不過(guò)140千米/小時(shí),絕對(duì)是遵紀(jì)守法好司機(jī)的駕駛記錄水平。

  然而,“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)又是一架集合了當(dāng)今材料、電子、結(jié)構(gòu)、人機(jī)工程學(xué)最頂尖技術(shù)于一體的大號(hào)玩具。它的機(jī)翼、機(jī)身和水平尾翼上共貼敷了17248片135微米厚的單晶硅薄膜太陽(yáng)能電池,雖然23%的光電效率并不是世界上最高的,卻是平衡了能效、強(qiáng)度和重量后的最優(yōu)選擇。

  這些電池可以產(chǎn)生最大70千瓦的功率,這些電力可以輸出給四臺(tái)單臺(tái)功率13.5千瓦的電動(dòng)機(jī),帶動(dòng)四扇4米直徑的雙葉螺旋槳,給飛機(jī)提供動(dòng)力。整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的電力—動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率高達(dá)94%。陽(yáng)光充足時(shí)多余的電力還會(huì)向四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙中的鋰聚合物電池組充電。這四組電池總重633千克,能量密度達(dá)到了260瓦時(shí)/千克,目前市面上電動(dòng)汽車的電池能量密度水平還徘徊在200瓦時(shí)/千克。這些電池可以讓“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)熬過(guò)漫長(zhǎng)的黑夜,迎來(lái)新一天的陽(yáng)光。

  由于要用盡可能少的能源飛更遠(yuǎn)的距離,整架飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)布局采取了有著超高升阻比的滑翔機(jī)外形。細(xì)長(zhǎng)的機(jī)翼給結(jié)構(gòu)和材料提出了嚴(yán)苛的要求。最終,機(jī)翼里布置了140根碳纖維肋條,外表的蒙皮則采用了一種全新開(kāi)發(fā)的樹(shù)脂薄膜材料,厚度僅有17微米。除了機(jī)翼肋骨,機(jī)身的大部分骨架和硬質(zhì)外殼也都采用了碳纖維材料,某些碳纖維板材每平方米的重量?jī)H有25克,是普通打印紙的三分之一。

  飛行員吃喝拉撒睡都在座椅上

  與目前大多數(shù)太陽(yáng)能動(dòng)力飛行器不一樣,“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)和它的前輩“陽(yáng)光動(dòng)力”1號(hào)都是有人駕駛的,駕駛艙可以容納一人。尤其是本次用于環(huán)球飛行的2號(hào)機(jī),由于必須接受跨洋飛行的挑戰(zhàn),飛行員將在駕駛艙中待相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。按照計(jì)劃,這次最具挑戰(zhàn)性的航段將是從南京直接飛抵夏威夷的那一段,預(yù)計(jì)飛行員會(huì)在3.8立方米的狹小機(jī)艙中持續(xù)工作5天左右。

  為了減重,駕駛艙并未像民航飛機(jī)那樣配備了增壓和空調(diào)系統(tǒng),所以當(dāng)飛機(jī)達(dá)到8000米最大巡航高度的時(shí)候,艙內(nèi)的環(huán)境會(huì)變得相當(dāng)不舒適。還好有了超強(qiáng)絕熱材料和特殊的飛行服保護(hù),飛行員感受到的不會(huì)是從零上40℃到零下40℃的冰火兩重天。每天的供給將是2.4千克食物、2.5升水和1升運(yùn)動(dòng)飲料。

  這五天五夜里,飛行員的吃喝拉撒睡將都會(huì)在飛行座椅上完成。座椅不但集成了廁所,下面還有降落傘和救生筏以供不時(shí)之需。每隔幾小時(shí),飛行員將會(huì)被允許打一個(gè)十幾分鐘的盹。還好,座椅會(huì)有充氣墊讓飛行員完全展開(kāi)雙腿。民航飛行員借助自動(dòng)駕駛儀可以放心地在飛行過(guò)程中休息,但是“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)這樣的飛機(jī)太大、太輕,用術(shù)語(yǔ)說(shuō)就是翼載太低,于是對(duì)氣流特別敏感,一不小心就會(huì)失控。所以即便有特別開(kāi)發(fā)的自動(dòng)駕駛儀和地面控制中心的實(shí)時(shí)監(jiān)控,飛行員還是會(huì)在飛機(jī)姿態(tài)變化超過(guò)5°的時(shí)候被裝在手腕上的振動(dòng)器喚醒。

  為了監(jiān)控飛行員的身體狀況,火柴盒大小的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測(cè)設(shè)備,可以讓地面的醫(yī)學(xué)專家隨時(shí)獲得基本的參數(shù)。負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)這套系統(tǒng)的公司也正在試圖將其裝配在汽車上,以防止疲勞駕駛。

  延伸閱讀

  誰(shuí)開(kāi)發(fā)了“陽(yáng)光動(dòng)力”號(hào)?

  “陽(yáng)光動(dòng)力”是由瑞士精神病學(xué)醫(yī)生、探險(xiǎn)家貝特朗·皮卡爾發(fā)起,聯(lián)合企業(yè)家、前瑞士空軍飛行員安德烈·波許博格于2003年11月共同組建的,目前整個(gè)團(tuán)隊(duì)約有100名成員,公司總部位于瑞士洛桑。他們的合作伙伴包括瑞士的歐米茄、迅達(dá)、ABB、雀巢,比利時(shí)索爾維、法國(guó)亞訊和德國(guó)拜耳這樣的行業(yè)巨頭。

  2009年,他們?cè)斐隽?ldquo;陽(yáng)光動(dòng)力”1號(hào),并于當(dāng)年6月實(shí)現(xiàn)首飛。2010年7月8日,“陽(yáng)光動(dòng)力”1號(hào)在波許博格的駕駛下首次完成26小時(shí)不著陸飛行,這也是人類首次實(shí)現(xiàn)載人太陽(yáng)能飛機(jī)跨夜飛行。1號(hào)機(jī)的24小時(shí)平均功率只有區(qū)區(qū)6千瓦,勉強(qiáng)達(dá)到了萊特兄弟的“飛行者”1號(hào)的動(dòng)力水平。

  此后的幾年,團(tuán)隊(duì)一邊對(duì)1號(hào)機(jī)進(jìn)行廣泛的測(cè)試和宣傳,比如在美國(guó)進(jìn)行了橫跨美洲大陸的飛行活動(dòng),一邊根據(jù)試飛的反饋設(shè)計(jì)研發(fā)2號(hào)機(jī)。2014年6月2日,在經(jīng)過(guò)原型機(jī)靜力試驗(yàn)受挫被迫更改設(shè)計(jì)的延期后,2號(hào)機(jī)首飛。

  皮卡爾家族在科學(xué)探險(xiǎn)界是當(dāng)之無(wú)愧的豪門。這個(gè)家族的成員曾在世界上最早搭乘熱氣球到達(dá)平流層,也曾在世界上最早到達(dá)最深的馬里亞納海溝溝底,可謂上天入地?zé)o所不能。筆者曾采訪貝特朗·皮卡爾先生并向他拋出了這樣的問(wèn)題:“陽(yáng)光動(dòng)力”3號(hào)已經(jīng)在你們的繪圖板上了嗎?比如未來(lái)會(huì)不會(huì)有一架雙座的,可以不著陸環(huán)球飛行的太陽(yáng)能飛機(jī)?

  他的回答是:

  說(shuō)yes太瘋狂,說(shuō)No太愚蠢。因?yàn)樵炷敲匆患茱w機(jī)所需的科技還不存在,萊特兄弟第一次飛起來(lái)的時(shí)候可不敢說(shuō)飛機(jī)就會(huì)變成怎樣怎樣的。(作者為科學(xué)松鼠會(huì)成員)

 

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