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太阳能飞机环球飞行只为一个愿景

中国经济新闻网 2015-01-14 15:52:10

  还有两个多月,阳光动力2号环球飞行就要开始了。这不是一次舒心的旅行,而是一场准备了十几年的冒险。阳光动力的两名联合创始人及飞行员波特兰·皮卡德(BertrandPiccard)和安德烈·波许博格(AndréBorschberg)将轮流驾驶这架全球最大的单座太阳能飞机,从阿联酋首都阿布扎比出发,踏上历时五个月的艰难航程。

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  在这五个月中,他们将轮流驾驶飞机进行总共25天左右的飞行,路程长达35000公里,却不消耗一滴燃料。飞机中途将在印度、缅甸、中国重庆、南京、夏威夷、美国凤凰城、欧洲南部等地进行短暂停留以更换飞行员。

  阳光动力2号的环球旅程中,最具挑战的当属横跨太平洋和横跨大西洋的航段。横跨太平洋由于路途过于遥远被分割成了从南京到夏威夷、夏威夷到凤凰城两个五天五夜的航段,横跨大西洋则是又一段可能持续三天到五天五夜的路程。阳光动力的员工表示,现在尚不清楚这些每段航程将由哪位飞行员来完成,但可以确定的是,由于飞机只能乘坐一人,每个五昼夜的航段都将由一名飞行员独自驾驶着巨大的太阳能飞机。

  在连续五昼夜的航行中,飞行员将独自一人坐在3.8立方米的机舱里,经受白天20几度、夜里零下十几度的巨大温差,还要一直保持清醒:他们每隔三个小时才能小睡20分钟。另外,阳光动力2号有着比波音747还宽的翼展和仅2.3吨的超轻机身,使得它比普通的飞机更容易受气流的影响。如果飞机刚好在他们小憩的20分钟里出现不稳定的状况,飞行员还会被无情地叫醒。艰苦的环境加上随时可能出现的危险,好好地睡上一觉将成为两位飞行员最大的奢望。

  为什么要驾驶这样一架飞机,踏上艰难的旅程呢?

  “我们建造阳光动力并不是为了载人,而是为了传递一个信息。我们希望通过环球飞行向世人展示创新和开拓精神的重要性,激励人们去质疑现有的知识和习惯。这个世界需要有新的方式来提高人类的生活质量,清洁技术和可再生能源可以在保护环境的同时提供工作岗位并创造利润,太阳能正是我们的解决方案的一部分。”皮卡德是这样描述阳光动力项目的目标的。波许博格也表示,“这次环球飞行是为了向世人传递一个信息,让更多的人看到清洁能源的潜力。”

  梦想的萌生

  阳光动力2号去年刚刚建成,但这次环球飞行的念头却可以追溯到1999年。

  项目的发起者皮卡德出生于探险世家。他的祖父奥古斯特·皮卡德(AugustePiccard)早在80年前便和助理搭乘自己制造的热气球到达1.6万米高空的大气平流层,创下世界最高的记录,而他的父亲雅克·皮卡德(JacquesPiccard)则是第一批潜入海底最深处——太平洋西北部的马里亚纳海沟的潜水者之一。皮卡德说,祖辈父辈上天入海,创下了他难以超越的记录,好在沿着地球表面移动也可以是一种探险。

  1999年,皮卡德用不到20天的时间乘坐热气球环游世界,刷新了历史记录。然而,这次冒险却在皮卡德心中埋下了深深的忧虑:燃料终究是要用完的,然后怎么办?自那开始,他就为自己定下了一个新的目标:要来一次不消耗化石燃料的环球旅行。

  坐在热气球的皮卡德眺望着上空,幻想着将取之不尽的太阳能用于飞行:白天积累能量,夜间再把白天储存的能量慢慢释放出来,飞机就可以昼夜不停地飞行了。

  环球旅行结束后,皮卡德便开始着手寻找团队来制造他梦想中的这架太阳能飞机。几经周折,他找到了洛桑联邦理工学院(EPFL)并认识了曾在瑞士空军服役的前飞行员波许博格。波许博格是一名经验丰富的飞行员、多项航空记录的保持者,同时也是力学和热力学工程师、麦肯锡咨询师、投资人和企业家。2003年,皮卡德和波许博格共同启动了阳光动力项目,这架天方夜谭般的太阳能飞机终于进入了可行性研究阶段。

  然而,摆在他们面前的是重重困难。为了能安装足够多的太阳能板,这架飞机需要庞大的机翼;为了降低能量消耗,它又需要非常非常轻。为了制造这样一架飞机,他们找到了一家又一家的飞机、滑翔机制造商,得到的都是同一个答案:不可能造出来。

  不过他们还是找到了解决的办法。皮卡德游说了政府机构和多家公司出资支持,波许博格招募了90多名各领域的顶尖专家,建立起自己的工程师团队;在团队之外,他们还获得了80家公司在技术上和财务上的支持。

  最终,在阳光动力核心技术团队的努力和80家技术合作伙伴、100多名外部专家的支持下,历时13年,耗资1.6亿瑞士法郎(约1.6亿美元),原型测试机“阳光动力号”和正式的产品“阳光动力2号”先后建成了,环球飞行也将于今年3月开始。

  80家公司,一个愿景

  将这80家来自各行各业的公司团结在一起的,是阳光动力的愿景:以技术的进步来降低能源消耗,为人类创造一个可持续的未来。而融合了各公司尖端技术的阳光动力2号飞机,也被称作是“飞行的实验室”。

  阳光动力2号翼展达72米,比波音747还要宽;这样一个庞然大物的重量却只有2.3吨,和一辆小汽车相当,不到波音747的百分之一。飞机可以做得如此之轻,利益于骨架、太阳能板、电池、涂料以及各个部件都使用了超轻的材料。

  在能源的利用率上,覆盖阳光动力2号机翼的17248块薄膜太阳能电池能量转化率达22.7%,而发动机能效则高达94%,让普通热力发动机30%的能效相形见绌。

  这架“空中实验室”大部分的材料来自欧洲跨国化工集团索尔维(solvay)。索尔维是项目的第一个参与者,为阳光动力2号研发了超过13项超轻材料和新技术,制造了6000余个部件。飞机的电池、驾驶舱等部分的材料全都来自索尔维。机身使用的碳纤维蜂窝夹层材料正是索尔维的产品,这种材料每立方米仅重25克,密度是纸张的1/3,却能达到连续飞行所要求的强度。

  机翼上覆盖的太阳能电池板来自美国加州的光伏企业SunPower。这些太阳能板转化率为22.7%,厚度却仅有135微米,相当于人类的一根头发丝,还可以轻微弯曲。与能量的转化率只有18%左右的普通家用太阳能电池相比,它有着更高的能效;与人造卫星上转化率高达30%的太阳能电池相比,它又做到了更轻、更薄。

  瑞士表商欧米茄也是阳光动力的重要合作伙伴。欧米茄不仅为项目提供了资金,也提供了先进的机械技术。飞行员座位前的仪表就是由欧米茄设计制造的,这些仪表能显示飞机的飞行路径、平衡状态、电池充电情况等多项关键指标,供飞行员快速阅读。在飞行员的衣袖中,也配备欧米茄设计的振动装置。如果飞机出现不稳定的状况,这些装置就能及时提醒飞行员,甚至将他们从睡梦中唤醒。此外,欧米茄还与Swatch一起,为飞机打造了一套着陆灯系统。

  阳光动力的电气系统由瑞士电力及自动化厂商ABB和电梯制造商迅达集团(Schindler)提供。

  另外,拜耳材料实验室(BayerMaterialScience)为阳光动力提供了多种高科技材料,包括超轻的碳纳米管、聚氨酯绝缘材料等。其中,飞机上使用的聚氨酯绝缘材料已经走进我们的日常生活,被用于高级冰箱。

  相信这就是80家合作伙伴最希望看到的场景:尖端的技术从“飞行的实验室”降落到地面,走进日常的生活。

  路线规划

  飞机已经建成,环球飞行尚未开始。两位飞行员将在整个旅途中面临重重挑战。为了将风险降到最低,阳光动力的气象团队精心地规划了飞行路线。

  想让太阳能飞机昼夜连续飞,最基本的条件是白天充够电。进入移动互联网时代,“手机又没电了”成了让全球人民头疼的大问题,有阳光就能充电的阳光动力号也有这个困扰。在昼夜连续飞行的过程中,阳光动力号将在白天向上爬升,尽可能多地接受阳光照射并储存能量;夜里,这架飞机又将以最小的能量消耗缓慢下降,并在3000米的高度依靠电池存储的能量继续飞行。对于阳光动力来说,横跨太平洋、夏威夷到美国本土、横跨大西洋等几段可能持续五昼夜的航程中,充电这件事更是一点也马虎不得。充电需要足够长的日照时间,所以纬度太高的地区都不在考虑范围之内。

  除了阳光之外,这架又大又轻的飞机对其他气象条件也有着极高的要求:它需要在几乎无风、无云的情况下飞行,这就更提高了选择航线的难度。阳光动力的员工介绍称,通过过去几年的气象数据的模拟,气象团队为阳光动力2号选择了五六月的时段、从中国沿海到夏威夷的路线来横跨太平洋。这是最艰难、最危险的航段,其他航段的安排都要优先满足这一航段的要求。于是,就有了以波斯湾为起点和终点,中途在印度、缅甸、中国、美国、欧洲南部落脚的初步规划。

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    阳光动力根据气候状况规划的初步路线

  起点和落脚城市的最终确定则考虑了其他因素。除了满足飞机所需的气候条件外,阳光动力也极为看重落脚的城市是否有发达的清洁能源产业,以及当地政府是否重视清洁能源的发展。阿联酋虽是石油产地,却有着新能源行业的顶尖公司马斯达尔(Masdar),甚至正在阿布扎比郊区兴建一座乌托邦:完全依靠太阳能和风能的环保城市马斯达尔。马斯达尔公司也是阳光动力的合作伙伴和东道主。

  在阳光动力航程的规划中,中国是非常重要的一站,飞机将在中国重庆、南京两个城市落地,总共停留近两个月。阳光动力公司和两位创始人将在中国举行一系列面向普通民众和青年学生的活动,并会见政府官员、企业家,为他们发展清洁能源的愿景争取更多的支持。阳光动力团队将中国作为重要落脚点的原因之一,是中国府对清洁能源的重视。彭博新能源财经(BloombergNewEnergyFinance)近年来所统计的数据显示,中国2014年开发太阳能、风能等绿色能源上的投资高达895亿美元,较2013年增加了32%,位居世界第一,且投资额远超位居第二的美国。

  挑战生理极限

  抛开气候不谈,几段五天五夜的连续飞行也考验着人类体能的极限。

  海拔9000米,机舱内摄氏零下20度,外部环境零下40度,空气稀薄到需要氧气面罩;不到12个小时,飞行员可能就要下降到海拔3000米以下,感受40度的酷暑和巨大的气压变化。这样的巨变将周而复始,在五个昼夜中不断地重复。在这样的冷热交替中,飞行员将独自一人坐在3.8立方米的机舱中,陪伴他的只有一周的食物和水、救命用的降落伞救生筏和眼前仪表盘上的数据。

  巨大的温差、狭小的空间、时刻可能出现的危险都不是最艰难的挑战,真正考验生理极限的,是连续五天五夜集中精神,每隔3小时小睡上20分钟。

  为了适应长时间的连续飞行,两位飞行员先后参加了72小时的模拟飞行实验。实验模拟的是从美国东岸到西班牙的跨大西洋航段,如果幸运的话,这一航段72小时就能完成,如果不那么顺利,也可能花上五天五夜。在实验中,飞行员将被关在模拟机舱中,体验海拔3000米到9000米的高度变化,应付飞行中可能出现的各种状况。

  两位飞行员都是怎样熬过模拟实验,又将靠什么熬过五天五夜的飞行呢?他们总结说,要打破常规,做一些不平常的事情。

  精神病医生皮卡德给出的答案是催眠。据称,他在乘热气球环球飞形时就对自己进行了催眠,以激发自身的潜能。在上周瑞士洛桑的媒体沟通会上,皮卡德简单解释了催眠的原理。他说,我们的注意力平时都集中于外部世界,去看、去听、与人沟通交流;而要想在监控飞机状况的同时获得一定程度的休息,就需要切断感官与外部世界的联系,将注意力集中于自己的内心,这样就可以在睁眼看着仪表盘,监控飞行状况的同时获得最大限度的放松。

  波许博格的应对方法则是瑜伽。通过瑜伽他可以更好地控制自己的身体,在保持大脑清醒的状态下让身体尽量休息。阳光动力2号机舱虽小,飞行员的座椅却是经过特殊设计的,放倒靠背就成了波许博格的瑜伽垫。

  他们二人在五昼夜连续飞行中将保持怎样的精神状态呢?阳光动力的官方网站将在整个航程中通过飞机上搭载的GoPro运动录像机对机舱内的状况进行直播,届时我们将看到两位飞行员五昼夜的生活,还可能有机会和他们交流。

来源:新浪科技 编辑:马博      

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