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目標是使用除了陽光之外沒有其他燃料環遊世界。但首先,這架環球太陽能飛機的原型機將飛越美國——於 5 月 3 日起飛,並有可能證明飛機僅靠陽光就能長距離飛行。
“我來自一個探險家家庭,”伯特蘭·皮卡德解釋說,他是第一個乘坐熱氣球環遊世界的人,也是這個名為太陽能動力的瑞士專案的負責人。“太陽能動力是那次乘坐熱氣球環遊世界(消耗了近四噸丙烷)之後的必然結果,目的是進行一次偉大的冒險,以激發人們對創新和保護自然資源的思考。”
檢視太陽能動力飛機的幻燈片。
12,000 個深藍色的矽太陽能電池陣列橫跨 60 多米的翼展,這幾乎和波音 747 的翼展一樣長。這架飛機重 1600 公斤,比一輛小型汽車還輕。產生電力的太陽能電池本身只有 135 微米厚——相當於一根人頭髮的寬度——但它們可以將超過 20% 的入射陽光轉化為電力,這對於起飛、動力飛行以及每天為保持飛機在夜間飛行的電池充電來說綽綽有餘。
起飛需要四個電動機中的每個電動機提供 10 馬力的功率,這由太陽能電池和預先充電的鋰離子電池提供。發動機很快就節流至 7 馬力以爬升,然後在巡航高度時每個發動機僅需 2.5 馬力的功率,飛機以大約 80 公里/小時的速度飛行。飛機在下午中期爬升到 9000 米,此時陽光最充足,然後為了節省電力,在晚上慢慢下降到 1500 米,在那裡依靠電池電力飛行,直到下一個日出,然後迴圈重複。“為了保持在空中直到下一個日出,它必須那麼大那麼輕,”皮卡德解釋道。“我們計算了我們需要的能量,所以這給了我們表面積,也給了我們機翼載荷。”
至少四分之一的飛機重量是 90 千瓦時鋰離子電池組。“如果你想在整個夜晚都待在空中並且幾乎永久地在空中飛行,那麼你需要很多電池和一個巨大的翼展,”皮卡德指出。
機翼、機身和承載發動機的吊艙由複合材料製成,包括堅固但輕便的碳纖維。“我們只在受力的地方使用碳纖維,”皮卡德指出。“如果沒有力,那就是空的。”下一代能夠環遊世界的飛機將擁有 20 米長的碳纖維片,每平方米僅重 25 克,比一張紙輕三倍。還有特殊的絕緣材料(也將用於冰箱)需要保持飛行員在 8200 多米高空舒適的環境——溫度波動可能從零下 40 攝氏度到 30 攝氏度。“當我們談論節能時,這很無聊。人們對此並不興奮,”皮卡德說。“這架飛機是一種推廣這些技術的令人興奮的方式。”
這些長途飛行最大的挑戰可能更多是心理上的,而不是技術上的。在長達 24 小時的時間裡,飛行員必須保持足夠的警惕才能駕駛這架笨重的太陽能飛機。“飛行 20 小時以上沒有問題,”皮卡德認為。(2010 年,該團隊完成了26 小時的試飛)。駕駛它並不容易:這架飛機不是為了應對湍流而建造的,更不用說惡劣天氣了,而且巨大的翼展使得傾斜成為一種持續的危險。為了幫助飛行員,該團隊開發了一種基於振動的計算機警報,以指示飛機何時超過 5 度的傾斜角。“如果你在左側超過 [這個角度],[你的] 左臂就會開始振動,”太陽能動力執行長兼副駕駛安德烈·博爾施伯格解釋說,這會促使一種幾乎無意識和即時的反應。“你幾乎可以閉著眼睛做。”
兩位飛行員計劃利用自我催眠、瑜伽和冥想來努力環遊世界——他們將需要對身體機能進行鐵腕控制。“當我們起飛時,右側裝滿了水瓶,左側則是空瓶,”皮卡德解釋說。“當我們著陸時,情況正好相反。”
在舊金山附近的莫菲特機場起飛後,這架太陽能飛機將在途中停靠鳳凰城、達拉斯、聖路易斯和華盛頓特區,然後在 7 月的某個時候降落在紐約市。計劃是將每個飛行航段控制在 24 小時以內,儘管這架自供電飛機可以飛行更長時間。由於駕駛艙內只能容納一人,皮卡德和博爾施伯格將輪換職責——這一切都是為了為環球旅行所需的長時間飛行做準備。“為了環遊世界,我們將不得不飛行許多天和夜晚,”博爾施伯格說。“太平洋飛行至少需要五天五夜。”
在此處觀看太陽能動力飛行。
太陽能飛機專案耗資約 1.5 億美元,歷時 12 年設計和製造,旨在展示可用於其他應用的技術——例如冰箱絕緣材料或可以長時間停留在空中的太陽能無人機。但是太陽能飛機不會很快載客。皮卡德指出,查爾斯·林德伯格獨自飛越大西洋,又過了 25 年,一架傳統飛機才能搭載 200 名乘客。“太陽能動力只是太陽能飛機長途旅行的開始。”