楊聃

2015年1月，“陽光動力2號”落地阿布扎比。圖為飛行員皮卡爾（左）和博爾施伯格

“陽光動力2號”到達(dá)南京的時候比既定行程晚了約一個月，因為前一站重慶的氣候條件不足，不得不推遲飛行計劃?！?3年都等了，更何況這幾個星期呢？”陽光動力計劃發(fā)起人之一的伯特蘭·皮卡爾（Bertrand Piccard）對媒體表示。南京站之后就是此次環(huán)球之旅最困難的一段——飛行員在3.8立方米的狹小機(jī)艙中持續(xù)工作5天5夜，橫跨太平洋抵達(dá)夏威夷。

歷史上第一次不間斷橫跨太平洋的航行歷時41小時，如今雖然“陽光動力2號”花費(fèi)的時間比84年前還長，但這家飛機(jī)完全由太陽能提供動力，不耗費(fèi)一滴燃油。的確，能源預(yù)言家們相信可再生資源最終會在多種方面代替化石燃料，而航空業(yè)將是最后一批被代替的行業(yè)，畢竟，單位重量下化石燃料產(chǎn)能較高。陽光動力計劃的另一位發(fā)起人安德烈·博爾施伯格（André Borschberg）明確表示：他們并非要對航空業(yè)進(jìn)行革命。

“陽光動力2號”是一架怎樣的飛機(jī)？

去年4月問世的“陽光動力2號”翼展達(dá)72米，比波音747-8型的翼展還要寬3.5米;機(jī)長22.4米，接近一個籃球場的長度;機(jī)高6.37米，相當(dāng)于三層樓;重量僅有2.3噸，跟一輛寶馬760Li的重量相差無幾。它巨大的尺寸與其飛行性能數(shù)據(jù)并不成比例，起飛速度只有每小時35公里，平均時速60公里，最大時速不過140公里?！八俣仁潜炔簧蠂姎馐斤w機(jī)，可是會有另外的回報?！卑驳铝冶硎??！瓣柟鈩恿?號”集合了材料、電子、結(jié)構(gòu)、人機(jī)工程學(xué)最頂尖的技術(shù)于一體。它的機(jī)翼、機(jī)身和水平尾翼上共貼敷了1.7248萬片135微米厚的單晶硅薄膜太陽能電池，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?！捌痫w的時候電池還是空的，落地的時候電池都滿了。”這些電池可以產(chǎn)生最大70千瓦的功率，輸出給四臺單臺功率13.5千瓦的電動機(jī)帶動四扇直徑4米的雙葉螺旋槳給飛機(jī)提供動力。整個推進(jìn)系統(tǒng)的電力動力轉(zhuǎn)換效率高達(dá)97%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通常的27%。這四組電池總重633公斤，能量密度達(dá)到了260瓦時每公斤，約是市面電動汽車的電池能量密度的1.3倍。

白天飛機(jī)在電動機(jī)的帶動下，最高可上升到9000米的高度，陽光充足時多余的電力還會向四個發(fā)動機(jī)吊艙中的鋰聚合物電池組充電。夜間飛機(jī)下降到8600米的高度滑行，這也是電池放電的過程。由于要用盡可能少的能源飛更遠(yuǎn)的距離，整架飛機(jī)的空氣動力學(xué)布局采取了滑翔機(jī)外形。細(xì)長的機(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發(fā)的樹脂薄膜材料，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僅有25克，是普通打印紙的三分之一。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)，得益于碳纖維材料出色的保溫效果，即使高空飛行中溫度降至零下30多攝氏度，飛行員在飛機(jī)外殼和特殊防護(hù)服的保護(hù)下也能抵御寒冷。同樣是為了減重，“陽光動力2號”的機(jī)艙只能容納一位飛行員，伯特蘭和安德烈不僅是陽光動力項目的發(fā)起人，也是環(huán)球航行的飛行員，交替完成整個航行，一位在飛行時，另一位在地面休息的同時提供協(xié)助。

陽光兄弟

“我在聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）結(jié)識了安德烈?！辈靥m回憶道。2003年他帶著陽光動力的想法在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院進(jìn)行可行性研究，9個月的時間，40多個實驗室一起探討太陽能動力飛機(jī)的可行性。“他是一個執(zhí)行力很強(qiáng)的人，每件事經(jīng)過周密的計劃和組織之后就會立即采取行動。坦白說，我對他有崇敬之情?！卑驳铝耶厴I(yè)于洛桑聯(lián)邦綜合工業(yè)大學(xué)（Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne）機(jī)械工程專業(yè)以及美國麻省理工學(xué)院的管理科學(xué)專業(yè)，他從小就對航空飛行十分著迷，曾在瑞士空軍學(xué)院（Swiss Air Force School）接受飛行訓(xùn)練，并持有各類固定翼飛機(jī)和直升機(jī)的專業(yè)飛行員駕照。

“對皮卡爾家族和伯特蘭我早有耳聞，能與這樣的人合作非常難得。很幸運(yùn)當(dāng)有這樣一個機(jī)會來臨時，我抓住了它?！卑驳铝覍Ρ究浾哒f。伯特蘭不僅是一名精神病學(xué)醫(yī)生，也是第一屆跨大西洋熱氣球比賽的優(yōu)勝者。1999年3月21日，他和英國人布瑞安·瓊斯（Brian Jones）乘坐的混合型氣球降落于埃及，為期19天21小時55分不間斷環(huán)球飛行畫上了句號。

皮卡爾家族在科學(xué)探險界是名門。其家族的歷史要追溯到瑞士化學(xué)家儒勒·皮卡爾（Jules Piccard），他培養(yǎng)了雙胞胎兒子——奧古斯特（Auguste）和讓（Jean）——對科學(xué)的興趣。之后，讓·皮卡爾到美國發(fā)展，成為有機(jī)化學(xué)家，并與妻子一起致力于開發(fā)有機(jī)合成材料的氣球。而留在歐洲的奧古斯特主修物理，也對氣球飛行產(chǎn)生了濃厚的興趣。1931年，奧古斯特與助手保羅·基弗（Paul Kipfer）搭乘氣球從德國奧格斯堡升空，成為世界上最早到達(dá)平流層的人。在那里，他們還對上層大氣和宇宙射線進(jìn)行了一系列測量。

在號稱世界上平均智商最高的那張合影里就能找到奧古斯特的身影，他參加過5次索爾維會議（Solvay Conferences）。據(jù)說，埃爾熱就是以奧古斯特為原型創(chuàng)造了《丁丁歷險記》里的卡爾·庫魯斯教授這個漫畫人物。1920年，奧古斯特的兒子雅克（Jacques）出生了。在父親的熏陶下，雅克也涉足科學(xué)探險，他開始幫父親設(shè)計和改進(jìn)深潛器，制造深潛器的靈感來自耐壓結(jié)構(gòu)的高空氣球吊艙。1960年1月23日，雅克和美國海軍軍官唐·沃爾什（Don Walsh）一起乘坐他參與設(shè)計的“里亞斯特號”（Trieste）深潛器經(jīng)過5小時的下潛，到達(dá)馬里亞納海溝溝底。直到2012年，電影導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆再次打破北太平洋深處的平靜。從小跟父親雅克上天入海，伯特蘭接受的家族教育是不重復(fù)別人做過的事，把新的想法變成現(xiàn)實。

“陽光動力2號”在機(jī)翼、機(jī)身和水平尾翼上貼滿了單晶硅薄膜太陽能電池

2003年11月，伯特蘭和安德烈兩個背景和風(fēng)格完全不同的人組合在一起，因為無間的合作被稱為“陽光兄弟”。工作分配上，安德烈主內(nèi)，伯特蘭主外，前者運(yùn)用管理經(jīng)驗組建了55個來自多領(lǐng)域、擁有不同背景的專家團(tuán)隊研發(fā)飛機(jī)，后者則發(fā)揮了其影響力和演講才能為項目籌集資金。

2009年6月26日，“陽光動力”原型機(jī)——首架無需化石燃料驅(qū)動便可實現(xiàn)晝夜飛行的飛機(jī)HB-SIA面世。第二年，安德烈駕駛“陽光動力”原型機(jī)完成了太陽能飛行歷史上的首次夜航。2012年，“陽光動力”原型機(jī)從瑞士貝耶納出發(fā)，飛越地中海抵達(dá)摩洛哥，完成首次洲際飛行。隨后，“陽光動力”原型機(jī)從舊金山飛往紐約，中途在菲尼克斯、達(dá)拉斯、圣路易斯和華盛頓特區(qū)停留，成功穿越美國?！瓣柟鈩恿?號”自2015年3月開始的環(huán)球之旅從阿聯(lián)酋首都阿布扎比起飛，途經(jīng)阿曼的馬斯喀特、印度的艾哈邁達(dá)和瓦拉納西、緬甸的曼德勒、中國的重慶和南京，飛越太平洋抵達(dá)夏威夷，隨后橫跨美國大陸。在美國大陸期間飛機(jī)計劃停留3站，其中兩站確定為鳳凰城以及紐約肯尼迪機(jī)場，而計劃位于美國中西部的那站屆時則將根據(jù)實際天氣狀況確定。隨后飛機(jī)將再次起飛橫越大西洋，在南歐和北非做最后幾站的停留，最終返回出發(fā)地阿布扎比。

飛行體驗與5天5夜

在飛行之前兩位飛行員必須要做一些準(zhǔn)備和訓(xùn)練?！皩τ诎驳铝襾碚f，始于17歲的駕齡讓他對飛機(jī)的操作了如指掌，而我的經(jīng)驗就沒那么豐富了，除了熱氣球只有駕駛滑翔機(jī)的相關(guān)經(jīng)驗，安德烈教我很多飛行技巧，而我則用我的醫(yī)學(xué)背景建議他如何在飛行中保持舒適。”伯特蘭說，“在模擬器中進(jìn)行的訓(xùn)練讓我們在身體和心理上做好準(zhǔn)備。訓(xùn)練之余，我們也經(jīng)常討論在極端情況下應(yīng)該采取什么樣的措施。冒險并不是蠻勇，如果飛機(jī)傾斜角度到達(dá)15度就要棄機(jī)。這也是我接受的訓(xùn)練之一，閉著眼睛都要知道如何使用降落傘，以及隨后的求生技能。”對于操作感受，安德烈更加有發(fā)言權(quán)?！爱吘刮沂怯H眼看著這架夢想中的家伙從計算機(jī)屏幕一步一步成型的?！柟鈩恿?號跟我們以往駕駛的飛機(jī)大不一樣。一開始的時候你可能會覺得它有點(diǎn)遲疑，所有的操作反應(yīng)都很慢，剛開始確實很棘手。幸好我們先造出了飛行模擬器，才不會摔飛機(jī)?！?/p>

飛躍太平洋的5天5夜是整個行程中最困難的一段，這不僅是對太陽能飛機(jī)的挑戰(zhàn)，更是對飛行員的挑戰(zhàn)。因為飛機(jī)翼載太低，換句話說太大，太輕，對氣流特別敏感，飛行員需要在航行中時刻保持警醒以防飛機(jī)失控。對于民航飛行員來說，借助自動駕駛儀可以放心地在飛行過程中休息，而“陽光動力2號”即便有特別開發(fā)的自動駕駛儀和地面控制中心的實時監(jiān)控，飛行員還是只能每隔幾小時睡20分鐘，過程中如果機(jī)翼傾斜角度超過5度，飛行員就會被衣袖上的振動器震醒。他們也通過瑜伽、冥想和自我催眠來保持盡量清醒?！白晕掖呙邔ξ襾碚f是非常奏效的方法。通常情況下我們的意識是外在的，而自我催眠可以將意識帶回內(nèi)在。這樣就能觀察自身，我是否緊張，是否有壓力，是否有壞的情緒，然后我們可以通過呼吸把這些負(fù)面因素排出體外，達(dá)到完全的放松。這樣就能更專注或許更有勇氣和體力去完成我必須要做的事情?！辈靥m表示。安德烈認(rèn)為這種作息方式結(jié)合相應(yīng)的方法非常好用：“雖然我們這樣訓(xùn)練了很長時間，但并沒有結(jié)合真正的飛行持續(xù)5天，跨越太平洋仍然算是首次嘗試?！?/p>

通常情況下，飛行員每天的供給是2.4公斤食物、2.5升水和1升運(yùn)動飲料。航行中，飛行員的吃喝拉撒睡都在飛行座椅上完成。座椅不但集成了廁所，下面也有降落傘和救生筏以供不時之需。幸好，“陽光動力2號”的設(shè)計可以保證飛行員在休息時完全展開雙腿。事實上，飛行的過程沒有想象的那么苦悶和緊張，伯特蘭和安德烈不僅能自拍，還時刻與地面保持聯(lián)系。和地面的交流包括很多類型，比如和法國方面的交流以及和摩洛哥地面控制中心的交流，后者尤為重要，討論最頻繁的是飛行的策略?！澳β甯缒沁厱M(jìn)行模擬測試來預(yù)測后面的飛行情況，他們對衛(wèi)星發(fā)送的飛機(jī)數(shù)據(jù)和天氣情況做出反饋，這樣即便是面對5天5夜的飛行也不會讓我們感到驚慌失措。另外20位工程師和技師從各個方面給予我們協(xié)助?！卑驳铝疫€分享了一次有趣的經(jīng)歷：“雖然我們做了很多模擬飛行，但有一項貌似忽略了，以至于我第一次飛行要吃早餐的時候，打了個電話給地面控制中心：‘嘿，你們知道勺子放哪了嗎？聽完這個問題，所有人都大笑不止?！?/p>

對于兩位飛行員來說，機(jī)艙里的娛樂活動就是欣賞眼前的世界，千差萬別的地貌和自然的魅力?！斑@是一個難得的機(jī)會讓我活在當(dāng)下，觀察自身，觀察周圍的環(huán)境。我不必?fù)?dān)心何時要到達(dá)哪里，我只需要知道如何用這樣一個可再生資源來完成這一項目。”安德烈補(bǔ)充道。

新技術(shù)與新能源

太陽能飛機(jī)的概念來自伯特蘭1999年的熱氣球環(huán)球飛行?！澳谴物w行我一直忐忑不定，害怕在完成探險之前燃料就用完了。落地時，我們只剩了40公斤液化丙烷，行程開始時我們可是準(zhǔn)備了3.7噸啊！這讓我深刻體會到了依靠化石燃料意味著什么。我也下定決心，下次環(huán)球航行不再用燃料?！标柟鈩恿φ沁@樣一個解決方案。伯特蘭的出身對其項目的推行也有不利的影響，那些不看好的人覺得，作為一個探險世家的繼承人，這樣一架飛機(jī)能夠滿足他的存在感，卻是一種荒唐的行為。很多評論家也做了負(fù)面的評價。在接受外媒采訪時，伯特蘭表示：“讓他們回到懷特兄弟的時代，看到用木頭和布料做成的飛機(jī)，他們同樣覺得沒有未來。但事實是怎樣的？飛機(jī)不但把人們從大洋的一邊送到另一邊，66年后，人類甚至登上了月球?！?/p>

陽光動力的合作伙伴中沒有傳統(tǒng)飛機(jī)制造廠?！叭鹗坑芯淅显挘瑹襞莶皇琴u蠟燭的人發(fā)明的。我們需要跳出固定思維來想問題。”伯特蘭說，“事實上，不僅儀表顯示器和提醒飛行員預(yù)警的振動器，就連超輕著陸燈系統(tǒng)也是腕表品牌歐米茄提供的。整套系統(tǒng)包括強(qiáng)化LED燈和著陸LED燈、聚焦透鏡、電纜、電源變壓器和連接器，共重1公斤，并且僅耗費(fèi)150千瓦的電量?！睘榱吮O(jiān)控飛行員的身體狀況，火柴盒大小的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測設(shè)備可以讓地面的醫(yī)學(xué)專家隨時獲得基本的參數(shù)。負(fù)責(zé)開發(fā)這套系統(tǒng)的公司也正在試圖將其裝配在汽車上，防止疲勞駕駛。用于“陽光動力2號”的技術(shù)可以轉(zhuǎn)換成高空通訊平臺，它可以在距離地面15～20公里的地方停留數(shù)月甚至數(shù)年。這對于發(fā)展中國家來說，可以用比衛(wèi)星低的成本實現(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。

就像登月一樣，陽光動力計劃同樣刺激了那些可以應(yīng)用于地面的技術(shù)革新。“無論是冰箱里新的保溫材質(zhì)還是路面交通的電池，如果我們能在飛機(jī)上應(yīng)用成功，我們就能把它們應(yīng)用在任何領(lǐng)域。畢竟，應(yīng)用于飛行器是最難實現(xiàn)的?！辈靥m說。

（本文參考了果殼網(wǎng)對陽光動力的報道以及CNBC對伯特蘭·皮卡爾的訪談）