这不是传说:太阳能飞机及其创始人的故事

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将时钟顺时针拨转到2015年3月初,这**天朗气清,在中东那片明黄色的沙漠中,一架飞机缓缓升空,它的机翼看起来比波音747还要长,表面涂满了碳黑色的电池材料,驾驶舱中有一名飞行员,带着墨色飞行镜,镇定自若地操控着这架不需要任何燃料的太阳能动力飞机Solar Impulse,即将飞越海洋,跨越大陆,完成环球航行。

翻开世界地图,Solar Impulse将从蕴藏石油宝藏的波斯湾沿岸沙漠起飞,躲过五月里带来无情降雨的印度季风,飞过布满金色星星点点佛塔之尖的缅甸,跨越中国绵延21000公里的巍峨长城,接着飞过漫漫太平洋、美利坚大陆和大西洋,回到*初启航的地方—阿布扎比。

这是一次不寻常的环球旅行,是一次科学探索,一场华丽的冒险。来自瑞士的Bertrand Piccard和André Borschberg将驾驶仅仅依靠太阳能动力的飞机Solar Impulse 2,连续五天日夜兼程,用时四到五个月穿越海洋陆地,完**类史上**环球太阳能飞行计划。

这不是一场舒心的旅程,而是一次对人体极限和工程技术边界的考验。Bertrand Piccard和André Borschberg是否做好了准备迎接挑战?他们又是否能书写历史?

飞翔壮举

驾驶一架永续动能的飞机环球旅行,或许怎么看都是一件难以想象的天方夜谭,但Bertrand Piccard和André Borschberg偏向虎山行。他们缘何具备这样的勇气,又蕴藏怎样的能力去完成这件不可能的事?

这就不得不从Bertrand Piccard家族悠久的科学探索史说起。他的祖父Auguste Piccard,作为一名物理学家、发明家和探险家,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,以收集宇宙射线数据。此后,Auguste的兴趣从地球上空转向了地球内核,决定下深海一探究竟。

1960年,Bertrand的父亲Jacques Piccard随美国**,成为**批抵达地球海洋11000米*深处—位于太平洋西北部的马里亚纳海沟的“挑战者深渊”(Challenger Deep),并停留了20分钟之久。自此,Piccard家族对于距离的不懈探索打破了彼时的世界记录——上至大气层*高处,下至海洋*深处。

“如果你的祖父是Auguste Piccard,而你的父亲是Jacques Piccard,那就很容易理解为什么热气球是你的运动,因为不断挑战的精神就流淌在你的血液中。”Bertrand曾对媒体如是说。就像他祖父所说的:“探索便是科学家的日常运动。”传承了祖辈父辈的先驱精神,Bertrand Piccard于1999年搭乘明红色、鹅蛋状的Breitling Orbiter 3热气球,完成了不间歇环球20天的壮举。

4年后,他又向全世界宣布将启动一个名为Solar Impulse的太阳能驱动的长距离飞行项目。他与搭档André Borschberg于2008年进行了一次太阳能飞机的试飞试验。此后,他们组建了一个来自六个国家的65名跨学科专家和100多名外部顾问的团队,这便是即将完成壮举的Solar Impulse幕后英雄。

如前所述,Solar Impulse太阳能飞机将由两位驾驶员操纵完成环球航行。除了作为一次真正意义的科学探索,在SI团队心中,这次飞行更是一个**的平台——与全世界人们分享和探讨太阳能作为清洁或可再生能源的可能性和前景,也希望激发每一个人锐意进取的精神和创造更好未来的决心。

由于Solar Impulse每段航程持续五天,在飞机上Bertrand和André不仅需要进行飞行操作,还将通过卫星通信系统与地面通话、接受采访,同时还需要“生活”在上面,包括饮食、休息和如厕。而每每经停所在,他们还将与当地的政府、产业经济和学界的权威,以及年轻一代人进行交流和沟通。

而此次他们的环球飞行计划在中国经停三到四周的时间,也是经停时间*久的国家。考虑到飞行所需的无云和无强风的气象条件,通过在中国划定一个“空中走廊”,确定了落地城市为重庆和南京。Bertrand表示:“重庆是中国发展西部腹地很重要的城市,而南京则是我们开启跨越太平洋航程的地方。”

面临挑战

Bertrand和André即将驾驶的是一个“****”尝试的永动飞机,它无需任何燃料也不会排放任何污染物,同时日夜兼程的飞行能力也并非是一个消耗燃油的普通飞机所能具备的,这意味着他们和合作伙伴必须研发出全新的解决方案。

在真正搭乘Solar Impulse 2飞机进行环球航行之前,SI团队首先设计并制造了Solar Impulse 1作为原型机进行一系列测验和试飞。据领导技术研发团队的André介绍,SI2和SI1并没有本质区别,但在研发SI1的时候,项目并不为人知所有没有得到*先进的技术支持,SI2则受到合作伙伴的大力支持,极大提高了飞机的性能。

具体来看,SI2机身采用多层叠的碳纤维材料,根据机身所需的不同强度进行层叠的安排,而每一层碳纤维材料一平方米只有25克,是一张普通B5纸质量的四分之一;它还能够飞行长距离,鉴于太阳能飞机性能,驾驶SI从北京到伦敦需要120小时,而普通飞机是11个小时;而由于能量来源于太阳,所以SI在中午太阳*强的时候只输出6千瓦功率,总功率为50到65千瓦。

从外观看,Solar Impulse 2 的机翼比大型喷气式飞机波音747还要长,虽然有庞大的身躯但重量却接近一辆SUV轿车。SI方面称,这架飞机会是*大化利用结构学和空气材料学所能产生的****性能的集合体。 

而设计和制造这两架飞机非一人之力所能完成,它由SI团队的100人设计和生产,同时由80多家公司提供各方面所需的技术,包括节能电池和新型轻质材料等等。比如,合作伙伴Omega提供了高效节能电池,Bayer 和Solvay制造了更轻便的新材料,ABB和Schindler帮助SI提高了整体能源的利用率,而Altran则为飞行试验提供控制系统进行模拟飞行。

除了解决工程技术上面临的挑战,连续五个昼夜在天空中飞行,并且长时间处于未加压的驾驶舱中,经历极寒和酷热的反复交替,不管对于任何人而言,都是极大的心理和生理上的挑战。因为每个航段只有一名飞行员需要连续驾驶五个昼夜,作为飞行员,他们正在坚持进行训练,以保证身体的耐受力和可持续性。

“当时SI1的驾驶舱还不太舒适,和经济舱感觉差不多,但是到了SI2就差不多能提供公务舱的舒适环境,还包括一个休息舱。”Bertrand如是说,“即便如此,我们每次休息都不能超过20分钟,需要时刻保持警惕。而舱内温差在在零下20到零上30度间浮动,我们**所经历的温差相当于在北京四季所经历的。”

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