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驾太阳能飞机环球20天

  本报特约记者 肖亦

  瑞士人伯特兰·皮卡德不愿意承认他的先辈们给他造成了压力。不过,诞生于一个探险世家,假如自己不混出点名堂来,还真是辱没了祖先的名头。虽然伯特兰·皮卡德的本职是一名心理医生,并且拥有著名的Solar Impulse公司,伯特兰·皮卡德还是更愿意被人称为“科学探险家”。

  伯特兰的祖父——奥古斯特·皮卡德,瑞士物理学家,密封压力舱原理的发明者,1931年,驾驶热气球到达距离地面1.6万米的大气同温层,成为第一个到达这一高度的人类。

  伯特兰的父亲——雅克·皮卡德,1960年乘坐潜水艇下潜到马里亚纳海沟海平面以下10916米的深处,并在那里停留了20分钟。这一纪录迄今为止无人打破。此外,他还是潜水探海艇的发明者。

  “我的祖父和父亲的纪录都是无法打破的,一个飞得最高,一个潜得最深。”8月10日,当伯特兰出现在2008北京奥运会合作伙伴欧米茄的奥运展厅时,对《21世纪经济报道》表示,现在他要在另外一个领域打破纪录,那就是驾驶着“阳光动力”环游世界。

  从热气球到太阳能飞机

  伯特兰本人赖以成名的冒险活动发生在1999年3月1日,他生日这天,伯特兰和英国探险家布莱恩·琼斯乘坐“百年灵3号”热气球从阿尔卑斯山脚下出发。在19天21小时47分钟不间断的飞行后,降落在埃及。他们飞越了45755公里的长路,无论从时间和距离上都创下了新的世界纪录,而且他们唯一的动力是风能。

  现在,伯特兰的下一个冒险计划,风能将为太阳能所代替。

  在法国科幻小说家Jules Verne的一部小说里有这样一群人,他们希望利用可再生能源造出一架可以环球飞行的太阳能飞机,最终实现无油耗无污染的永久航行——这个情节使伯特兰激动不已,是他脑中进行依靠阳光动力飞行的原型。

  现在,这位瑞士总裁的生活方式,将彻底成为由高科技和勇气主宰的探险活动。“阳光动力”是一架飞机,顾名思义,它的所有动力来自于太阳能,在这架飞机长达61米的翼展上,布满了太阳能电池板,这些电池板在白天的时候吸收太阳能,并转化成电能驱动飞机飞行;而多余的太阳能被存储在电池中,留待夜晚时释放出来,继续驱动飞机飞行。

  人类的太阳能飞机制造史可以追溯到1986年的时候,当时太阳能被加载在轻型飞机上,开始作为一种补充能源,不过和“阳光动力”的区别在于,后者不在依靠其他能源,完全依赖太阳。

  尽管人们已经有了很多成功利用太阳光能的事例,但是,要利用阳光能进行夜间飞行仍然是一件从未被实现的创举。与上世纪90年代及本世纪早期的诸多太阳能飞机比较起来,“阳光动力”能实现夜间飞行。这种无间断的飞行,首先考验的是太阳能的转换效率,在多大范围内能够将太阳能转化成电能呢?其次考验了飞机的重量,因为越重的飞机,虽然能够承载更多的电池板,但也必将消耗更多的驱动力,这是一对类似鱼和熊掌的关系。

  阳光动力到底是一架怎样的飞机呢?它的飞行高度在8500米,时速70公里每小时。翼展相当于空中客车A340的长度。而通过太阳能给飞机带来的动力,峰值为30千瓦,这一动力仅仅相当于1903年莱特兄弟制造的人类首架飞机的功率大小,而后者的推进力来自汽油。

  超越科学疆界的环游世界

  伯特兰在2007年7月3日到6日召开的欧洲可持续能源论坛上,公布了自己新的冒险计划:2011年5月,他将驾驶太阳能飞机“太阳脉动号”(Solar Impulse),完成环游世界之旅。

  作为一名职业探险家,他这次的合作伙伴是安德烈。

  伯特兰本人是一位心理医生,而安德烈则是洛桑理工学院的教授。特别是安德烈,作为一名机械工程师,利用太阳能帮助伯特兰实现环球飞行梦想,是件美妙的事情。

  这次太阳能环球飞行被一些人士拿来和当初NASA登月相提并论。与之前只是赞助一些计时设备不同,欧米茄这次参与了“阳光动力”的全部制造过程。“这架飞机是一个跨越材料科学,能源管理以及人机界面等领域的产物,这是对已知疆界的超越。”安德烈表示。

  这话虽然听起来有点冠冕,不过安德烈自己介绍了其中的玄机。比如他与欧米茄的合作就涉及到一个技术原因。在阳光动力机翼下方的四个发动机舱中,各配备有一个发动机,以及70多个蓄电池组的聚合物锂电池和一个调节充放电及温度的控制系统。

  这些都必须做得足够小,足够轻,而功率要足够大。已知的发动机生产商都无法生产出匹配标准的实物,最后安德烈找到了欧米茄,这家钟表生产商,结合其母公司Swatch集团制造Smart汽车的技术,开发了现在这款最大功率为10马力,转速200-400转/分钟,能在零下40度工作的动力系统。关键是这些设备都足够轻,保证“阳光动力”的机翼负荷小于每平方米8千克。

  除此之外,技术难点还体现在降低飞机自重上,在宽阔的翼展上密布着12000块电池板。这些电池板的厚度仅为180微米。这层比头发丝还细的电池板,轻质的同时,在光能转换效率上也达到了20%以上,“宇航飞机的太阳能电池板要好过我们的产品,不过重量太大了,无法适应我们的需要。”安德烈表示。

  虽然通过各种方式来降低重量,但还是远远不够。工程师们开始大幅削减飞机的其余部分,优化整个能量链条的功效。在整个飞机的1500公斤重量中,400公斤是电池。为了节省载荷,以便放下两位驾驶者,必须找到更轻的材料。

  然而,“更轻”是如此艰难,“所有在测试过程中经得起碰撞而没有破碎的材料,却偏偏都有重量超标的可能性。”安德烈表示。最后,飞机的主架结构选择采用碳素纤维和蜂巢结构,以三明治的夹层法压制而成,在巨大的翼展下,保证了结构不发生变形。

  与此同时,较之平时大家熟悉的飞机,“阳光动力”省去了一些种类的仪表盘,也免除了一般飞机的密封增压设备。总之,未来翱翔天空的“阳光动力”不仅是一个绿色版本,还是一个简化版本。

  “最危险就是无所作为”

  作为一名探险家,记者问伯特兰最危险的经历是什么?伯特兰表示,其实每一次探险都是建立在精密计算和反复测试的基础上的,因此,到底有多么“险”,这和先辈们在科技手段不发达情况下的所作所为已经大相径庭。

  “不过,我觉得最危险的事情在于,我们固步自封,拘泥于现有的习惯。虽然探险本身会在身体和物理上带来挑战,不过最危险的就是无所作为。”伯特兰表示。

  在1903年,莱特兄弟发明了人类的首架飞机,但是到林白驾驶单人飞机穿越大西洋,中间花去了24年时间;而又过去25年,让200人同时坐飞机穿越大西洋的飞行得以实现。谈到让“阳光动力”飞机实现商业化,安德烈对本报记者表示,“商业化前景很难。”

  这架零燃料、零污染的飞机将在2009年5月实现首次试飞,试飞会完成36小时不间断的飞行。安德烈表示试飞是一个重要过程,飞机目前是边研发,边设计,边测试,很多技术虽然在计算机的模拟中是可行的,但在现实中到底怎样,谁也说不好。

  “阳光动力”背后是一系列的商业支持,假如一切顺利的话,真正的环球飞行计划将在2011年开始进行。这次飞行从迪拜出发,一路向东到印度,飞越喜马拉雅山脉来到中国,再穿越太平洋到中北美地区,此后飞越太平洋,回到中东地区。整个行程基本上是围绕着“北回归线”进行的,时间为20天左右。

  在这一线路的飞行中,难点自然是穿越两次大洋,因为这意味着飞机无法获得补给,也不能降落。仅有的五次降落中,伯特兰表示将会与那些商业赞助者好好谋划一下,假如有中国的赞助商,那么在中国做一站停留将是理所当然的事情。

  整个“阳光动力”项目需要7000万美元的投资,欧米茄集团在内的企业已经赞助了其中的67%外,在赞助企业的名单中,也不乏苏威集团、德意志银行、丰田汽车、维氏瑞士军刀、瑞士能源集团等等。

  “这个项目不仅仅是个欧洲的项目,而是一个全球的项目,”伯特兰对记者表示。他同时表示,希望大家不要认为这是一个飞机项目,而是一个太阳能项目。“阳光飞机”不是说飞机在商业化前景上有多么了不起的表现,它的目的在于告诉人们,原来太阳能可以做更多的事情,包括“环球飞行”。而此前,这是人们无法企及的梦想。

(责任编辑:romp)

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