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  在2011年巴黎航展上太阳能飞机首度亮相,引爆人类对未来飞行的清洁能源的想象。从上世纪七八十年代,随着成本合理的太阳能电池“太阳能”飞机概念出现。几十年的发展,太阳能飞机飞过天空、实现了载人飞行和夜间飞行,但稳定的“永久飞行”之道还面临黑夜的挑战。不依赖化石能源,不用燃料就可以把飞机送上天,这只是太阳能飞机发展史上的一小步,但在这一小步的实现的背后,充满了人类不间断地尝试与挑战,看到过去展望未来。
  太阳挑战号:第一架可载人的太阳能飞机 
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单座太阳能飞机,装有16128片硅电池 第一架载人太阳能飞机"太阳挑战者"号由美国在20世纪80年代初研制成功,它是一架单座太阳能飞机,翼展14.3米,翼载荷为60帕,飞机空重90公斤,机翼和水平尾翼的表面共贴有16128片硅电池,在理想阳光的照射下能输出3000瓦以上的功率。

 

有效载重和速度非常低,无法完成夜间飞行 这架飞机在1981年7月成功地穿越了英吉利海峡,平均时速为54千米,航程290千米。但此时的太阳能飞机尚处于试验阶段,它的有效载重和速度都非常低,仅凭"太阳挑战者"号机身上的太阳能电池和它区区54公里的时速,根本无法完成夜间飞行,而夜间飞行又是太阳能飞机最核心的性能体现,同时也是其最难逾越的技术障碍。


  太阳神号无人飞机:最著名的太阳能飞机 
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在人类追逐太阳飞行的历史上,最著名的一架太阳能飞机是AeroVironment公司为NASA的ERAST(环境研究机和传感器技术)计划研制的"太阳神号"无人机,耗资1500万美元,由美国国家航天局和美国航空环境公司联合研制。

 

太阳神号比波音747还长,装有6万余块双面硅板 是在1998年末试飞的"百人队长"的基础上放大而成,翼展增加12.5米,达到75.3米,是"探路者"的2.5倍,比波音747还长,上翼面安装有62000块SunPower双面硅太阳能电池板,能将接受到的19%的太阳能转换成电能,夏日正午时最高功率可以达到35千瓦。在"太阳神号"上,它还携带有液氢染料电池作为太阳能电池的补充,用于为夜间飞行提供能量,在携带的液氢耗尽之前,它可以在同温层连续飞行两周。

 

发动机能耗相当于一个家用吹风机 "太阳神"是一种无人驾驶的太阳能飞机。它由设在加利福尼亚州蒙罗维亚的航空环境公司负责开发、制造。飞机上共装有14个推进器,发动机消耗的能量同一个标准的吹风机差不多。在早晨阳光不是很强烈时,"太阳神"装备的太阳能电池可以为飞机提供10千瓦的电能,使飞机能够以每秒33米的速度爬高。中午时分,电池提供的电能达到40千瓦,飞机的动力性能达到最佳状态。晚上,飞机则依靠储存的电能进行巡航飞行。

 

2001年"太阳神"创下了无燃料飞行器飞行海拔高度的纪录,飞行高度为29524米。但是,2003年,该机2003年6月26日在在夏威夷考艾岛上的美国海军太平洋导弹靶场发射,试验燃料电池系统时遭遇湍流而解体,坠入太平洋。


  西风号:需要人力"手抛放飞"推送升空 
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"西风"号太阳能飞机是由英国凯奈蒂克国防技术公司研制的一架太阳能驱动的无人飞机。最初研发这种"西风"号无人机是为了拍摄2003年QinetiQ 1计划打破载人气球世界飞行高度记录。后来为了军事应用,以及地球观察和通信目的,凯奈蒂克公司仍继续研发这种"同温层飞机"。"西风"的先前型号在2008年8月飞行了83.5小时,创下非正式纪录。新的型号增强了电池性能来提高能量供给并改进了机身设计以降低阻力。

 

"西风"号无人机的商务开发方说:"经证实,使用太阳能系统的飞机飞完两个完整夜晚,这尚属世界首例。白天飞机太阳能提供动力飞行并为电池充电,夜间电池放电为飞机提供动力,如此往复。""西风"号无人机的最高飞行高度为58000英尺(18000米)之多。"西风"号是为高空飞行设计的,机身脆弱,动力小,因此完全不能依靠自身动力起飞,寻找一种稳定可靠的发射方式,西风"号模型机在美国新墨西哥州成功完成试飞,由于它的自身动力过于弱小,在试飞过程中,3名男子顺着风沿着跑道一路狂奔,才总算将它"送"上蓝天。


  Solong无人太阳能飞机:首次实现夜间飞行 
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位于美国加州的AC推进公司是一家小型的研究公司,该公司研制的SoLong无人机利用锂离子膝上计算机电池存储能量,而不使用燃料电池存储能量,从而首次实现了利用太阳能飞行两个完整夜晚的里程碑。

 

这架飞机没有任务适用性,在飞行中要求六名经验丰富的滑翔机飞行员集中精力。保证发动机在白天的大部分时间不工作以便使更多的太阳能存入电池。而且飞机没有携带任务载荷,尽管电视摄像机能当作简单的侦察设备来使用。此外,这架飞机还需要在夏天白天时间较长的无云天气和适宜气候条件下使用。SoLong无人机在飞行过程中获得的能量不稳定,所以,有时候必须滑翔或者滑移。

 

为了保证连续飞行,SoLong由6名熟练的滑翔机飞行员遥控操纵,使它在白天尽可能依靠上升气流,关闭发动机,折叠螺旋桨进行滑翔,将电池板储存的能量留到夜间使用。它的飞行特意安排在白昼较长的夏天和基本无云的天气,机上也没有其他有效载荷,因此还没有太大实用价值。Solong局限性在于:需要人力在地面遥控操作,且只适合白昼长的夏季,从这个意义上来说它仍然是失败者。


  天空使者号:手动发射仅飞行5个小时 
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"天空使者"号实际上是苏黎世瑞士联邦理工学院和欧洲宇航局合作设计的一款太阳能驱动火星研究飞行器。研究者相信随着技术的进步,在10年至20年内"天空使者"将能够抵达火星内轨道。

 

2005年初,科学家们建造和测试了首台原型机,通过手动发射,该原型机在地球上空持续飞行了5小时。原型机采用了包括西印度轻木虑芯和碳纤维在内的刚性轻质材料制作而成。飞行器配备了216块硅太阳能电池,在理想太阳光条件下可以为飞机提供80瓦特以上的电力。

 

由于拥有小而轻质的结构,"天空使者号"可以装载一些高技术设备。数字传感器可以测量高度和空速,这使飞机能够在诸如海岸或者峡谷之类的目标上空飞行。携带的电荷耦合照相机(CCD)可拍摄地面图像。当飞机自动驾驶出现故障时,科学家还可以通过一个地面控制站监控和给飞行中的飞机发送指令。但这一个飞行器只是停留在"飞行5小时"的研究阶段,距离成功飞向太空仍有很远的差距。


  太阳驱动号:世界上最大的太阳能飞机 
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"太阳驱动"号太阳能飞机于7年前开始研制,样机2009年出厂,机上仅设一个座位,未安装自动导航设备,飞行完全靠飞行员手动操作,由四台小型电力发动机驱动,由机翼上的太阳能电池板提供电力。从巴黎航展的最新情况来看,太阳驱动号已经实现了长时间的夜间跨国飞行,尽管还不具备民用乘坐的实用功能,但的确是目前太阳能飞机最成功的一次尝试。


 
  在追逐太阳飞行的路上失败和不完美是一直存在着,即使面对诸多困难,依靠太阳能把人类带上天空翱翔的梦想依然充满着无限诱惑。也许40多年后,太阳能飞机承载数百名乘客进行商业飞行将不再是梦想。正如冒险家、太阳驱动号项目负责人贝特朗•皮卡尔说所言:"这不仅是航空业的一次彻底变化,也是我们社会的一个完全转变"。


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网易发现者 编辑/视觉:张弛 NN050 发现者(关注微博) 转发到微博 | 探索首页 | 回到顶部