太阳能飞机将飞越美国 [幻灯片]

一个瑞士团队将利用新颖的工程、材料和心理学,在今年夏天尝试从海岸到海岸的飞行


关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。购买订阅有助于确保有关塑造当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。


目标是使用除了阳光之外没有其他燃料环游世界。但首先,这架环球太阳能飞机的原型机将飞越美国——于 5 月 3 日起飞,并有可能证明飞机仅靠阳光就能长距离飞行。

“我来自一个探险家家庭,”伯特兰·皮卡德解释说,他是第一个乘坐热气球环游世界的人,也是这个名为太阳能动力的瑞士项目的负责人。“太阳能动力是那次乘坐热气球环游世界(消耗了近四吨丙烷)之后的必然结果,目的是进行一次伟大的冒险,以激发人们对创新和保护自然资源的思考。”

查看太阳能动力飞机的幻灯片。

12,000 个深蓝色的硅太阳能电池阵列横跨 60 多米的翼展,这几乎和波音 747 的翼展一样长。这架飞机重 1600 公斤,比一辆小型汽车还轻。产生电力的太阳能电池本身只有 135 微米厚——相当于一根人头发的宽度——但它们可以将超过 20% 的入射阳光转化为电力,这对于起飞、动力飞行以及每天为保持飞机在夜间飞行的电池充电来说绰绰有余。

起飞需要四个电动机中的每个电动机提供 10 马力的功率,这由太阳能电池和预先充电的锂离子电池提供。发动机很快就节流至 7 马力以爬升,然后在巡航高度时每个发动机仅需 2.5 马力的功率,飞机以大约 80 公里/小时的速度飞行。飞机在下午中期爬升到 9000 米,此时阳光最充足,然后为了节省电力,在晚上慢慢下降到 1500 米,在那里依靠电池电力飞行,直到下一个日出,然后循环重复。“为了保持在空中直到下一个日出,它必须那么大那么轻,”皮卡德解释道。“我们计算了我们需要的能量,所以这给了我们表面积,也给了我们机翼载荷。”

至少四分之一的飞机重量是 90 千瓦时锂离子电池组。“如果你想在整个夜晚都待在空中并且几乎永久地在空中飞行,那么你需要很多电池和一个巨大的翼展,”皮卡德指出。

机翼、机身和承载发动机的吊舱由复合材料制成,包括坚固但轻便的碳纤维。“我们只在受力的地方使用碳纤维,”皮卡德指出。“如果没有力,那就是空的。”下一代能够环游世界的飞机将拥有 20 米长的碳纤维片,每平方米仅重 25 克,比一张纸轻三倍。还有特殊的绝缘材料(也将用于冰箱)需要保持飞行员在 8200 多米高空舒适的环境——温度波动可能从零下 40 摄氏度到 30 摄氏度。“当我们谈论节能时,这很无聊。人们对此并不兴奋,”皮卡德说。“这架飞机是一种推广这些技术的令人兴奋的方式。”

这些长途飞行最大的挑战可能更多是心理上的,而不是技术上的。在长达 24 小时的时间里,飞行员必须保持足够的警惕才能驾驶这架笨重的太阳能飞机。“飞行 20 小时以上没有问题,”皮卡德认为。(2010 年,该团队完成了26 小时的试飞)。驾驶它并不容易:这架飞机不是为了应对湍流而建造的,更不用说恶劣天气了,而且巨大的翼展使得倾斜成为一种持续的危险。为了帮助飞行员,该团队开发了一种基于振动的计算机警报,以指示飞机何时超过 5 度的倾斜角。“如果你在左侧超过 [这个角度],[你的] 左臂就会开始振动,”太阳能动力首席执行官兼副驾驶安德烈·博尔施伯格解释说,这会促使一种几乎无意识和即时的反应。“你几乎可以闭着眼睛做。”

两位飞行员计划利用自我催眠、瑜伽和冥想来努力环游世界——他们将需要对身体机能进行铁腕控制。“当我们起飞时,右侧装满了水瓶,左侧则是空瓶,”皮卡德解释说。当我们着陆时,情况正好相反。”

在旧金山附近的莫菲特机场起飞后,这架太阳能飞机将在途中停靠凤凰城、达拉斯、圣路易斯和华盛顿特区,然后在 7 月的某个时候降落在纽约市。计划是将每个飞行航段控制在 24 小时以内,尽管这架自供电飞机可以飞行更长时间。由于驾驶舱内只能容纳一人,皮卡德和博尔施伯格将轮换职责——这一切都是为了为环球旅行所需的长时间飞行做准备。“为了环游世界,我们将不得不飞行许多天和夜晚,”博尔施伯格说。“太平洋飞行至少需要五天五夜。”

在此处观看太阳能动力飞行。

太阳能飞机项目耗资约 1.5 亿美元,历时 12 年设计和制造,旨在展示可用于其他应用的技术——例如冰箱绝缘材料或可以长时间停留在空中的太阳能无人机。但是太阳能飞机不会很快载客。皮卡德指出,查尔斯·林德伯格独自飞越大西洋,又过了 25 年,一架传统飞机才能搭载 200 名乘客。“太阳能动力只是太阳能飞机长途旅行的开始。”

© . All rights reserved.