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天上飞着“永动机”

2015-01-09苏化语

北方人 2014年10期
关键词:博格飞行员太阳能

苏化语

“我们的飞机确实可以连续飞一个月。问题是,飞行员能做到这点吗?”

说这话的是安德里·波施博格,他跟好友伯特兰德·皮查德共同主导制造了世界上最大的太阳能飞机“太阳动力2号”,并且已经成功完成了试飞。按照他的说法,他们的飞机从理论上来说,可以永远飞行而无需降落。

17248块太阳能板

永远飞行,这像是科幻小说里的概念。不过,这概念具体到“太阳动力2号”上面,依赖的其实是17248块太阳能板。这些单晶硅电池板都非常薄,每块厚度只有135微米,它们平铺在机翼、机身和水平尾翼上,为飞机源源不断地吸收太阳能。

为了能够多吸收太阳能,其机翼也被造得极其宽大,翼展长达72米,比波音747的翼展还要大!至于太阳能板的面积总和,也达到了269.5平方米之多。

太阳能板吸收得到的能量经过转换之后,都储存在锂聚合物电池里。出于绝缘考虑,工程师们用高密度的泡沫将电池包裹起来,然后分别放入四个引擎舱内;当然少不了的还有温度调节系统,能够保证这些电池能在安全的温度里工作。

这些电池的能量密度为260Wh/kg,在锂电池里算是很高端的产品,然而比起燃油动辄上万Wh/kg的能量密度来说确实差距甚远。所以,电池组总重量就达到了633公斤。众所周知,重量越大,能耗越大,如果飞机太重的话,从太阳那里得到的能量会不会不够用?为了解决这个问题,当然只能从减轻其他部分的重量着手。

于是,波施博格带领着工程师团队研发出来一种全新的架构,去掉了所有不必要的功能,减掉了每一克非必须的重量。机翼上层由太阳能电池板完全覆盖,而下层则是一层高强度高延展性的碳涂层“皮肤”,机翼内部还有140根碳纤维棒以50厘米的间隔排列,以提供稳定的支撑力量。这种架构令机身总重量竟然比顶级滑翔机还轻数倍。事实上,它的重量只跟一架小货车相当,仅为2300公斤。

不过,就像电动车一样,太阳能飞机在发动机性能表现上比起燃油飞机要有所欠缺。根据“太阳动力”官方的说法,这款飞机的引擎系统效率达到了94%,已是创纪录新高,但24小时飞行的平均输出功率不过15马力,最大输出功率也只有70马力(每个引擎17.5马力),甚至比不上汽车。

马力不足,速度也是个问题。该飞机的速度与飞行高度成正比,不过总的来说都很低:在海平面高度上,最小时速仅为36公里,最大时速也不过90公里;就算是在最高的高度上,最大时速也才140公里。何况为了进一步节省能源,这架飞机也会采取日间/夜间模式,也就是说,日间飞行高度8500米,夜间飞行高度就只有1500米,也难怪波施博格要担心飞行员无法坚持全程飞行。

飞行员怎么办

速度显然是“太阳动力”系列的桎梏。上一代产品在去年曾经完成过横跨美国的飞行,可是总耗时达到了45天之久;这一次,波施博格和皮查德团队对“太阳动力2号”的期许是环球飞行,预计飞行时间将达到500小时。

于是才有了波施博格那句话——他们的飞机可以永远飞行在空中,但飞行员无法坚持500个小时。于是,要想让环球飞行的梦想变为现实,就得从解决飞行员的生理问题开始。

出于减轻机身重量的考虑,“太阳动力2号”没有配备加压和供暖系统,所以飞行员所要面临的,就是从零下40℃到零上40℃的极端考验。怎么办呢?波施博格团队也很绝,他们要求飞行员多穿衣服。

当然不止如此,“太阳动力2号”的驾驶舱结构中采取了高密度的保温材料,尽可能保证舱内飞行员和仪器不会受到温度影响。另外,为了应对高度带来的缺氧现象,飞机上还带着6罐氧气,只要有需要,就能给飞行员供氧。

经过特殊设计的驾驶舱拥有3.8平方米的宽阔空间,飞行座椅甚至可以拉平,让飞行员在飞机上得到休息。当然,由于飞机驾驶舱内只能容纳一人,所以飞行员在飞行途中最多只能小憩片刻。“为了保证尽快恢复体能和精力,我们的飞行员都需要经过特殊训练”,其官方介绍说,“自我催眠及冥想技术能帮助飞行员们保持专注度和敏锐度。”机上还配备有食物和饮水,足够飞行员一周的需求。

按计划,“太阳动力2号”的环球旅行将会安排在明年举行,而500个飞行小时将被分割成不同阶段,分摊在3个月内完成,其中,单次最长的飞行将达到5天——6天。对于人类飞行员来说,这样的考验相当巨大。

还看老天脸色

除了生理上的考验,飞行员还需要面对新机型的考验。这种崭新的飞行器与飞行员们常开的飞机当然都有很大不同,所以,为了让飞行员能够适应,“太阳动力”团队还专门打造了一个模拟器,帮助飞行员熟悉操作和适应舱内生活。

自动驾驶系统也必不可少,在飞行员休息的时候,飞机的方向就靠这个系统来把控了。与此同时,它还会检测任何可能的障碍或者安全限制,自动提出示警或者做出规避动作。

另外,为了保证飞行安全,飞机将始终与位于瑞士贝耶内小镇上的任务控制中心保持连线,上百组技术参数都将通过卫星数据传输实时送到任务控制中心。在飞行过程中所有可能遭遇到的情况都已经经过了演算,这个任务中心将保证飞机尽量在适合的天气中飞行。当然了,在经过管制飞行区域和需要在国际机场降落时,任务中心也会提供信息和帮助,以减轻飞行员的压力。

对于“太阳动力”团队来说,他们的终极目标是要将太阳能飞机应用到商业飞行,并建立一个无需燃料的航空公司。他们显然还任重而道远:“太阳动力2号”在阴天的表现尚且不算良好,遑论应对恶劣天气飞行;乘客的舒适度将如何保证;还有速度和载重等问题,这些都将是巨大的考验。

然而,“太阳动力2号”的推出已经在人类历史上跨出了一大步。诚如皮查德接受BBC采访时所言:“我们的飞机能够在无需燃料的情况下日夜飞行,这是史无前例的事情。这架飞机的诞生,也证明清洁能源大有可为,我们的世界应该可以变得更加干净。”endprint

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