清明節后，世界最大太陽能動力飛機“陽光動力2號”(Solar Impulse)，即將從重慶飛往南京。連日來，國人對這架從阿聯酋首都阿布扎比飛來的大飛機興趣不減，它所代表的高新技術，在未來有何應用意義也引發討論。記者近日采訪滬上專家，一起來深入解析這架靠陽光飛行的大飛機。

　　綠色飛機 有效減少CO2排放

　　世界經濟，特別是亞太經濟的快速發展使得航空運輸量也不斷增長，航空業對環境的影響日益成為各國航空界關注的焦點，并成為技術發展的重要推動力之一。減少甚至不使用化石燃料讓飛機飛行是人類長期以來的一個夢想，多年來科學家和冒險家努力將夢想化為現實。早在20世紀中期太陽能飛行器的研究就開始了，直到上世紀70年代，隨著太陽能電池的成本得以控制，太陽能飛機的設計和建造也終于完成，不過僅為微型機。

　　“陽光動力2號”并不是首架將太陽能轉化為電能提供飛行動力的飛機，在此之前，無論他的“哥哥”“陽光動力1號”或是更早些由美國國家航空暨太空總署(NASA)和美國無人機廠商AeroVironment公司合作研發的“太陽神號”等飛行器都曾經將在藍天白云間不斷挑戰太陽能飛行的高度和長度。

　　“實際上國際上已經有許多研究機構或公司進行過此類嘗試，也遇到過不少問題。‘陽光動力2號’無疑是一架綠色飛機，相比其他，它在‘陽光動力1號’的基礎上做了改進，應該說在飛行器的綜合集成方面表現突出。”上海交通大學航空與航天學院副研究員宋文濱說。

　　據了解，目前航空業的二氧化碳排放量已占全球人為二氧化碳總排放量的2%，并且每年仍在以3%的速度增加。已有一些航班采用由石化航空燃料及完全由廢棄食用油提煉而成的生物航空燃料制成的混合燃料推動，從上海飛往香港其間二氧化碳排放量約可減少25公噸。減重設計

　　波音747的百分之一

　　一架飛機的設計需要綜合各種因素，“陽光動力2號”將空氣動力學、材料、結構、電子、人機工程學等方面的先進技術集成一體。“太陽能的功率比較小，這對飛機來說是一個挑戰。”宋文濱解釋，因此它必須首先克服“體重”問題。“陽光動力2號”的機體使用碳纖維材料，承載能力高重量輕，其中一些碳纖維板材每平方米的重量僅有25克;為了減重，駕駛艙未配備增壓和空調系統，而是通過艙體使用輕質保溫隔熱材料，及為飛行員配備特殊飛行服來抵御飛行中遇到的“冰火兩重天”;此外，儲存電能的太陽能面板也選用輕薄款。這樣一來，整架飛機重量控制在2300公斤，這僅相當于一輛小轎車的重量，僅有波音747飛機的百分之一重。“此外，飛機本身使用太陽能也減輕了攜帶燃料的重量。”宋文濱補充道。

　　飛機大而輕，受氣流的影響會很大，因此氣動效率和操穩特性也是一大難點。空氣阻力中的誘導阻力受到翼展影響，翼展越長誘導阻力越小。“對于民用飛機的設計，翼展受到跑道寬度等因素的約束，往往是一項‘硬約束’。最大的寬體飛機A380機型的80米翼展已是極限，而對于太陽能飛機這樣的小飛機來說，72米已經非常長了。除了重量的考慮，實際使用的現實問題也必須參考，如果過寬就沒有機場能夠降落了，因此需要平衡考量而不可能無限延長機翼。”宋文濱認為“陽光動力2號”72米巨大翼展正是這款太陽能飛機空氣動力設計最大的特點之一，即便更多面積能夠獲得更多太陽能，機翼也不可能設計得再寬了，而是通過在機身上布置太陽能面板作為補充。

　　此外，速度也是“陽光動力2號”安全飛行的關鍵。它的起飛速度只有35千米/小時，巡航速度為90千米/小時，最大速度不過140千米/小時。宋文濱解釋，對于此類太陽能飛機，速度過快會使得空氣載荷過高而帶來結構重量的增加，通過計算90千米/小時可能是最佳時速。正因如此，“陽光動力2號”日前從馬斯喀特飛抵艾哈邁達巴德1500余公里就用了14小時，而14小時普通商業客機已經可以從上海飛到半個地球之外的紐約了。

　　除了綜合取勝，在宋文濱看來，“陽光動力2號”在駕駛艙設計等方面也進行了前沿探索。在整個環球飛行中，最具挑戰的航段將是幾天后從南京出發飛越太平洋抵達美國夏威夷的這一段。這段漫長的飛行預計需要5天左右的時間，而期間飛行員將在3.8立方米的狹小機艙中持續工作和短暫休息。“當環境和空間都受到限制時，如何讓飛行員能舒適地保持長時間飛行也是一項值得探索的課題。”宋文濱說。

　　未來應用 運載多人還不大可能

　　那么，太陽能是否能成為飛機的主要能源來源?這也是本次“陽光動力2號”受到萬眾聚焦的焦點。它的機翼、機身和水平尾翼上共貼敷了17248片135微米厚的單晶硅薄膜太陽能電池，轉換效率為23%。這些電池可以產生最大70千瓦的功率，這些電力可以輸出給四臺單臺功率13.5千瓦的電動機帶動四扇4米直徑的雙葉螺旋槳給飛機提供動力。陽光充足時多余的電力向機載鋰聚合物電池組充電。

　　上海交大機械與動力工程學院太陽能發電及制冷教育部工程研究中心主任王如竹教授表示，太陽能功率低，維持一個人的飛行尚且可行，倘若要運載多人恐怕在民用飛機的運用上還不太可能。“不過，在衛星等小型的航天器的使用中，太陽能的運用已經非常普遍。”

　　純太陽能飛機的夢想早已有之，但其工程實現既需要單項技術的進步，也需要綜合集成能力的提高。在宋文濱看來，此次“陽光動力2號”的環球飛行很好地驗證了純太陽能飛機實現長航時飛行的可行性。“最終的目的是希望將來能夠在實際中得到應用。但目前看來，離將來在實際中的應用還有一定距離。”他說，“比如一架太陽能飛機能帶多少人、多少貨，或者多少商用機場能夠接納著陸的實際價值還有待商榷。不過，在無人機等小載荷飛機實現上還是很有意義的。同時，可以進一步宣傳綠色航空的理念，推動新技術的研發。”

　　“陽光動力2號”晝夜飛行的環球之旅也是人類飛行史上的又一次為大冒險，也令人們看到太陽能作為清潔能源的無限可能。太陽能飛機或許距離普通人還很遙遠，但我國太陽能技術發展并不落后。王如竹教授表示，尤其是太陽能用于民用建筑領域，為居民提供生活能源，我國具有很大發展前景。

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