本刊記者 金星宇

1903年12月17日，當(dāng)萊特兄弟懷著極大熱情試飛世界第一架飛機(jī)時(shí)，也許沒(méi)有想到，這個(gè)劃時(shí)代意義的發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)征服天空的夢(mèng)想，也從此改變了人類(lèi)的生活軌跡，之后，人類(lèi)的足跡從廣袤的陸地邁向了更加遼闊的天空。

在110多年后的2014年6月2日，又一架飛機(jī)的成功試飛吸引了人們的目光，雖不如當(dāng)年萊特兄弟一般全世界熱烈關(guān)注，但對(duì)于未來(lái)飛機(jī)的發(fā)展，這次試飛絕對(duì)意義非凡，它肩負(fù)的不僅是傳統(tǒng)載人飛機(jī)的使命，更承載著人們對(duì)未來(lái)新能源動(dòng)力的期許。它就是目前全球最大的太陽(yáng)能飛機(jī)“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”。

因循著人類(lèi)古老的夢(mèng)想

這次在瑞士西部城市帕耶訥成功首飛成功的“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”，由打造過(guò)“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”的“太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)”項(xiàng)目發(fā)起人、瑞士探險(xiǎn)家貝特朗·皮卡爾以及瑞士電梯制造商迅達(dá)和比利時(shí)化工集團(tuán)蘇威的工程師們共同建設(shè)完成。與它的前輩“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”相比，“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”翼展更長(zhǎng)、體積更大、重量更重，唯一沒(méi)有改變的是：在飛行中無(wú)需一滴燃料，僅依靠陽(yáng)光就能實(shí)現(xiàn)晝夜飛行的性能。

機(jī)身和機(jī)翼均采用極輕的碳纖維材料，機(jī)翼上安裝有17248塊超薄、高效太陽(yáng)能電池板。翼展達(dá)72米，堪比波音747—800型客機(jī)，重2.3噸，最大飛行高度可達(dá)8500米，最高時(shí)速為140公里。

“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”的試飛成功代表著太陽(yáng)能交通工具的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)全新發(fā)展階段，也許要不了多久，我們就能坐在無(wú)需任何燃料的飛機(jī)上，在天空中任意飛翔了。

“陽(yáng)光動(dòng)力”的研制與試飛

當(dāng)然，任何新生事物從誕生到被廣泛應(yīng)用，都必然經(jīng)過(guò)一段漫長(zhǎng)曲折的過(guò)程。讓我們梳理一下“陽(yáng)光動(dòng)力”1號(hào)和2號(hào)的研制歷程：

2003年，瑞士探險(xiǎn)家、科學(xué)家貝特朗·皮卡爾提出了太陽(yáng)能飛機(jī)環(huán)球飛行構(gòu)想，計(jì)劃駕駛太陽(yáng)能飛機(jī)，經(jīng)過(guò)5次起降實(shí)現(xiàn)環(huán)球晝夜飛行。這一計(jì)劃被命名為“陽(yáng)光動(dòng)力”（下文通用為“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”，區(qū)別于2號(hào)），最終的目標(biāo)是用太陽(yáng)能飛機(jī)實(shí)現(xiàn)永久飛行。該飛行項(xiàng)目擁有10年1.12億美元的預(yù)算。原型機(jī)于2007年4月開(kāi)始建造，2008年夏季制造完畢。

2009年6月26日，“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”原型機(jī)HB-SIA在瑞士蘇黎世杜本多夫飛機(jī)場(chǎng)亮相。

2011年6月20日，“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”亮相巴黎航展。

2011年6月開(kāi)始研制用于環(huán)球飛行的第二架太陽(yáng)能飛機(jī)HB-SIB，體型更大，并裝有更為先進(jìn)的航空儀器和更加耐壓的艙室。機(jī)身長(zhǎng)約22米，高約6米，呈三角型，單座機(jī)艙和4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)緊湊地結(jié)合在一起，可供兩人乘坐。飛機(jī)上未安裝自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備，飛行完全靠飛行員手動(dòng)操作。機(jī)身主要由碳纖維材料制成，整體重量?jī)H為1600公斤。與狹小的駕駛艙形成鮮明反差的是飛機(jī)的雙翼，翼展寬度約為64米，與空中客車(chē)A340相當(dāng)。

拜耳公司為“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”提供的高性能產(chǎn)品和解決方案包括用于翼尖、馬達(dá)吊船和機(jī)艙的聚氨酯硬質(zhì)泡沫以及用于機(jī)艙窗體的聚碳酸酯薄膜。此外，采用拜耳公司的原材料制成的黏合劑和涂料也將在機(jī)身多處獲得應(yīng)用。

在機(jī)翼和尾翼上分布著1.2萬(wàn)塊太陽(yáng)能電池板，覆蓋面積足有240平方米。它們能將22%的光能轉(zhuǎn)化為電能。飛機(jī)底部也裝有太陽(yáng)能光電板，用于接收發(fā)射光。機(jī)身還裝有400公斤重的超薄鋰電池，用于儲(chǔ)存太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而成的電能，為飛機(jī)的4個(gè)10馬力引擎提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)直徑數(shù)米的螺旋槳，并保證飛機(jī)在夜間飛行時(shí)的動(dòng)力。

“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”的平均功率僅與萊特兄弟1903年的飛機(jī)功率相當(dāng)，這要求鋰電池每公斤的能量密度必須接近200瓦/小時(shí)，同時(shí)還要承受變形、振動(dòng)、-60℃至80℃的溫度變化和強(qiáng)紫外線照射。

白天飛行中，它會(huì)不斷爬升，讓電池盡可能多地儲(chǔ)存能量。夜晚則緩慢滑翔下降，并且利用電池儲(chǔ)能繼續(xù)飛行。

一步一個(gè)腳印的飛行測(cè)試

2009年12月，“陽(yáng)光動(dòng)力”1號(hào)飛機(jī)開(kāi)始進(jìn)行“跳蚤試驗(yàn)”——即在瑞士一條跑道上以每小時(shí)9.26公里的速度滑行2000多米。

2010年4月7日，約1.5個(gè)小時(shí)的飛行測(cè)試成功進(jìn)行。試飛員馬庫(kù)斯·謝爾德駕駛“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”以28英里的最高時(shí)速攀升至3280英尺的高空，然后在觀眾歡呼中緩緩落地，整個(gè)過(guò)程沒(méi)有耗費(fèi)任何燃料。

在2010年7月7日的25小時(shí)晝夜試飛中，“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”在陽(yáng)光充足時(shí)爬升至8500米高空，臨近夜晚時(shí)，飛機(jī)下降到1500米的高空飛行，直到第二天太陽(yáng)升起。

2011年5月13日早8點(diǎn)40分，“陽(yáng)光動(dòng)力1號(hào)”從瑞士西部小鎮(zhèn)帕耶納的空軍基地起飛，飛越法國(guó)和盧森堡兩國(guó)上空，在3600米的海拔高度連續(xù)飛行了13個(gè)小時(shí)后，于當(dāng)晚9點(diǎn)在布魯塞爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)平穩(wěn)著陸。

2012年6月，從西班牙首都馬德里飛往摩洛哥首都拉巴特，距離達(dá)2500公里（1550英里）。

2013年5月3日，從太平洋海岸的舊金山南部的墨菲特聯(lián)邦機(jī)場(chǎng)起飛，途徑鳳凰城、達(dá)拉斯和華盛頓，最后抵達(dá)大西洋沿岸的紐約市。

2014年6月2日“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”的首飛成功標(biāo)志著“陽(yáng)光動(dòng)力”系列太陽(yáng)能飛機(jī)已經(jīng)邁向了全新階段。按計(jì)劃將從2015年3月開(kāi)啟環(huán)球飛行旅程，從海灣地區(qū)起飛，經(jīng)阿拉伯海，進(jìn)入印度、緬甸、中國(guó)，然后跨越太平洋前往美國(guó)，再飛往南歐和北非，最終回到起點(diǎn)。

資料鏈接

幾款經(jīng)典的太陽(yáng)能飛機(jī)

“太陽(yáng)挑戰(zhàn)者”號(hào)

美國(guó)在上世紀(jì)80年代初研制出“太陽(yáng)挑戰(zhàn)者”號(hào)。飛機(jī)翼展14.3米，翼載荷為60帕(6公斤力/米)，飛機(jī)空重90公斤，機(jī)翼和水平尾翼上表面共有16128片硅太陽(yáng)電池，在理想陽(yáng)光照射下能輸出3000瓦以上的功率。

1981年7月7日，“太陽(yáng)挑戰(zhàn)者”號(hào)從巴黎西北部25英里遠(yuǎn)的科邁伊森·維克辛起飛，以平均時(shí)速30英里、1.1萬(wàn)英尺的飛行高度，飛越了英吉利海峽，最后在英國(guó)東南海岸的曼斯頓皇家空軍基地著陸，成為世界第一架以太陽(yáng)能為動(dòng)力飛越英吉利海峽的飛機(jī)。

“太陽(yáng)神”號(hào)無(wú)人機(jī)

美國(guó)太空總署資助研制的“太陽(yáng)神”號(hào)無(wú)人機(jī)僅重590公斤，機(jī)身長(zhǎng)2.4米，活動(dòng)機(jī)翼全面伸展時(shí)長(zhǎng)達(dá)75米，連波音747飛機(jī)也望塵莫及。

“太陽(yáng)神”號(hào)機(jī)身上裝有14個(gè)螺旋槳，動(dòng)力來(lái)源于機(jī)翼上的太陽(yáng)能電池板。在早晨陽(yáng)光不是很強(qiáng)烈時(shí)，可為飛機(jī)提供10千瓦的電能，飛機(jī)能以每秒33米的速度爬高。中午提供的電能達(dá)40千瓦，飛機(jī)動(dòng)力性能達(dá)到最佳，巡航飛行時(shí)速可達(dá)30至50公里。晚上，飛機(jī)則依靠?jī)?chǔ)存的電能進(jìn)行巡航飛行。

“天空使者”號(hào)

“天空使者號(hào)”實(shí)際上是蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院和歐洲宇航局合作設(shè)計(jì)的一款太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)火星研究飛行器。能夠在火星上空飛行，必須滿(mǎn)足以下火星飛行條件：低密度大氣層、微弱的太陽(yáng)能、多變的風(fēng)向和冰點(diǎn)以下溫度。為此，科學(xué)家們論證得出飛機(jī)的最佳翼展約為3米。而電池重量約占了整個(gè)飛機(jī)重量2.6公斤的一半。

由于擁有小而輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)，“天空使者號(hào)”可以裝載一些高技術(shù)設(shè)備。數(shù)字傳感器可以測(cè)量高度和空速，這使飛機(jī)能在海岸或者峽谷之類(lèi)的目標(biāo)上空飛行。攜帶的電荷耦合照相機(jī)(CCD)可拍攝地面圖像。當(dāng)飛機(jī)自動(dòng)駕駛出現(xiàn)故障時(shí)，科學(xué)家還可通過(guò)一個(gè)地面控制站監(jiān)控和給飛行中的飛機(jī)發(fā)送指令。

中國(guó)第一架太陽(yáng)能飛機(jī)“翱翔者”號(hào)

中國(guó)首架太陽(yáng)能飛機(jī)“翱翔者”號(hào)，是北京航空航天大學(xué)飛機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用力學(xué)系（現(xiàn)為航空科學(xué)與工程學(xué)院）李曉陽(yáng)博士和趙庸教授在1992年設(shè)計(jì)制造的，該機(jī)是中國(guó)歷史上有記載的首架具原創(chuàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的太陽(yáng)能飛行器，機(jī)體和機(jī)翼采用碳纖和凱夫拉、輕木等材料手工制造，機(jī)翼設(shè)置翼尖小翼，以擴(kuò)大翼展和降低誘導(dǎo)阻力，提高飛行性能。上翼面和水平尾翼能夠利用的面積，都用交互布陣法鋪設(shè)和連接單晶硅太陽(yáng)能電池薄片。這些薄片極易碎裂，因此上翼表面與太陽(yáng)能電池之間設(shè)有GPPS薄膜的緩沖層。

該機(jī)采用一組特制的鎳氫電池組儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池獲得的電能，并作為中間交換器來(lái)為配有減速裝置的低速螺旋槳推進(jìn)器提供電力。用望遠(yuǎn)鏡配合人工目視操作來(lái)進(jìn)行飛行控制操作，飛控設(shè)備為改良的Ftb.1024。為減輕重量，該機(jī)用人手投擲起飛，回收用滑橇式降落架。受當(dāng)時(shí)條件所限，“翱翔者”號(hào)只有極小的任務(wù)載荷能力。