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为什么造太阳能飞机?


阳光动力号挑战技术极限




阳光动力号的驾驶舱在风洞中,2013年。这架太阳能飞机推动了多项科技的发展,不仅仅是在航空学中 (Fred Merz/Rezo/SolarImpulse/Polaris)

阳光动力号的驾驶舱在风洞中,2013年。这架太阳能飞机推动了多项科技的发展,不仅仅是在航空学中

(Fred Merz/Rezo/SolarImpulse/Polaris)

阳光动力号不是未来的飞机机型,也并非为此而生。如同它的名字一样,这一承载着皮卡尔和波许博格几许冒险精神的载体,实际上也为科学和技术输送了无限动力。它所带来的成果,并不一定是人们事先就能想到的。

翼展相当于一架波音747,而重量只相当于一辆小轿车;不过其功率也就相当于一辆轻便摩托车:脆弱的阳光动力号(英),只有在天气和煦时才能起飞,其最高时速也只有90公里。而它的哥哥姐姐们,以快于它10倍的速度,每年运送着50多亿乘客。对必须赢利的航空公司来说,他们不会将机组人员塞到太阳能飞机里,尽管如今的飞机每秒钟就要烧掉11'500升煤油。

2003年,当皮卡尔(Bertrand Piccard)在介绍该项目、解释其初衷时,他说:“我们的目标是发送一个强烈的信号:我们如今已有能力发挥先锋精神、倡导可更新能源”,如今,他不改初衷。

挑战极限

可提到革新和科技,就不得不提到高等院校。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL,英、法),自太阳能飞机项目之初,就与之展开了紧密的合作。“这样的项目会刺激研究的发展,让人类发明出至今尚不存在、挑战极限的东西,”该大学的Pascal Vuilliomenet说:“这创造了一个让各院系、各实验室的老师、助教、学生们共同工作的机会。这也会吸引更多的新生源,比如有的学生,他从来不知道,自己还会对材料工程学感兴趣。而在这里,我们可以用具体的案例对材料工程学进行讲解”。

为了造出阳光动力号,对材质的要求可谓苛刻。飞机必须同时满足轻巧、笔直、稳定等条件。在洛桑联邦理工学院附近,就有2家在粘接材料上世界领先的公司。Nord TPT用碳纤维和树脂混合物完成了基本材质,Decision SA完成了飞机结构。“我们的2个实验室都在为飞机材质的优化而工作,”Vuilliomenet说:“就像在厨房里,要在一定的温度下、用一定的时间、在一定的压力下烹饪。最后,与一般产品相比,阳光动力号的结构更轻、更坚固。而这两家公司也可以将研发的科技用于建造船舰或卫星”。

最大功效

利用太阳能环游世界

除了皮卡尔和波许博格(André Borschberg)之外,已经有瑞士人利用太阳能完成了环游世界的旅行:这就是Planet Solar船队(英、法、德)。他们不是在空中,而是在水系里完成了这一壮举。2010年9月27日-2012年5月4日,这艘艇航行6万多公里,完成了这一行程。在此之后,该艇用于科技平台,并成为宣传新能源的得力工具。

“阳光动力号的一个重要不同就是,它的任何一部分都是实验室里生产出来的,每个零部件都耗时耗财。而Planet Solar太阳能艇的所有零部件都是精心挑选的现成组件,我们希望借此证明,市场已经能够提供先进且经济实惠的产品了,”PlanetSolar的联合创始人、负责人Pascal Goulpié说。

这两个项目相得益彰。“我们都是为了推动可更新能源的发展,我们的船也并非未来的模型,”Goulpié说:“世界上的许多地方,都适合发展太阳能。对我来说,未来将由多种能源供给构成:太阳、风,可能还会采用一种化石燃料”。

尽管飞机双翼上安装的17'248块太阳能电池并不具备技术革新性,但它们的重量一定要轻而又轻。因此,一种由比利时Solvay公司最新研发的非常轻的合成材料,取代了一般太阳能电池的玻璃表面。该技术也可以用于其他领域,Solvay就在此基础上开发了新的电池组件,在同样节约重量的情况下,将储电量自2%提高到10%。

太阳能飞机所提出的挑战还在于,在能量有限的情况下,尽可能有效地利用、使用能源。纳沙泰尔的Etel公司与洛桑联邦理工学院合作研发,将从电池到发动机之间的能源流高度优化,这样96%的能源都可以直接传导到给发动机。Pascal Vuilliomenet说,这也创了一项纪录。

当然,付出这么多努力,电动马达的功率也只是提高了几个百分点,但是“如果没有这个项目,那么我们既没有时间、也没有资源,去取得这些进步,”Vuilliomenet说,“尽管它很小,但我们还是从中得到了许多新知识,今后还是可以用于航空业,应用范围或许很广”。迅达电梯公司就研发了一种太阳能电梯,其能源管理技术就是直接从阳光动力号上得来的。

“监视”飞行员

在驾驶舱里,特别值得注意的是驾驶员的状态,在长途飞行时,驾驶员要没日没夜地保持清醒,只有在设定好的时间内,才可以最多睡上20分钟。“传感器用于测量呼吸、心跳、脑活动;摄像头则用于监控眼睛及下巴肌肉的活动”,洛桑联邦理工学院的发言人Emmanuel Barraud说:“为此我们研发了一台计算机,很轻,耗电很少”。

“如果飞行员在眨眼,那么可能是阳光太晒或者眼睛发干。但如果他的下巴松弛、心脏跳动变慢,那么他一定是睡着了。警报马上会响起来。这种技术还可以用于汽车,”Emmanuel Barraud说。

“当然,我们在开车时并不会带上一个插满电极的头盔,但除了司机打瞌睡时会闭眼以外,我们还是了解到了许多更有趣的东西。


(转译:宋婷), 瑞士资讯swissinfo.ch



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