太阳能飞机将飞向何方?

作者:谢顿来源:蝌蚪五线谱发布时间:2015-03-16

两名瑞士飞行员于2015年3月9日驾驶全球最大太阳能飞机阳光动力2号从阿联酋首都阿布扎比起飞,开始长达五个月的环球航行,借此来鼓励用清洁高效技术替代陈旧而有污染的航空技术。这是太阳能飞机第一次环球飞机,因此受到全球航空界的关注。那么,为什么太阳能飞机能够不间断飞行?制约其发展的技术瓶颈到底有哪些?

  进入2015年3月以来,不温不火的全球通用航空开始吸引世人的目光,世界最大的太阳能飞机“阳光动力”2号于当月9日从阿联酋首都阿布扎比起飞,开始仅依靠太阳能为动力的首次环球飞行。本次飞行计划历时5个月,飞行时间超过25天,全程达到3.5万公里,途径停阿曼的马斯喀特、印度艾哈迈达巴德和瓦拉纳西、缅甸的曼德勒,中国重庆和南京、美国夏威夷、凤凰城和纽约等12个城市,其中欧洲南部的城市需要视天气情况而定,毕竟天气因素对太阳能飞机的干扰是相当大的。

  截止2015年3月13日,“阳光动力”2号已经抵达印度艾哈迈达巴德,此前在阿曼进行了降落休整,下一站将是瓦拉纳西和缅甸的曼德勒。抵达我国重庆的时间预计在2015年3月19日,并在当月21日清晨飞往南京,有兴趣的朋友可以算准降落和起飞的时间,准备好400毫米以上长焦头,记录下“阳光动力”2号的首次环球飞行。

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“阳光动力”2号预计在2015年3月19日抵达我国重庆,并在当月21日清晨飞往南京

“阳光动力”2号全球最大

  “阳光动力”2号作为世界上最大的有人驾驶太阳能飞机,其翼展达到了72米,要知道当前双通道宽体客机中巨无霸波音747-8的翼展只有68米,空客A-380只有80米。但“阳光动力”2号的起飞重量却非常小,只有2.3吨,相当于一辆小型货车。较大的翼展配备轻量级的机身能够获得足够的升力,这与滑翔机的布局有些类似,如果地面风足够大,停在机场上都出现摇摇晃晃的现象。在“阳光动力”2号制造之前,瑞士探险家贝特朗·皮卡尔的团队就制造了“阳光动力”1号,并创下了多项太阳能飞机的爬升纪录。

“阳光动力”1号

“阳光动力”1号

  不过,随着“阳光动力”2号的服役,太阳能动力飞机的研发再次有了新的突破。为了实现环球飞行,“阳光动力”2号使用了超过1.72万块太阳能电池板,比“阳光动力”1号多了大约6000块,翼展也增加了近10米,为敷设更多的电池板提供了足够的空间。“阳光动力”2号使用4台螺旋桨发动机,由电机驱动,每台发动机后方配有一块大型锂离子电池,蓄电池的重量占起飞重量的四分之一,能够实现140公里每小时的最大飞行速度,升限可达到1.2万米,这个高度大约为商业客机的巡航高度。

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“阳光动力”2号的研发与试飞团队,在过去的数年中创下了多项太阳能飞机的爬升纪录

太阳能电池的效率是关键

  太阳能飞机最关键的地方就是能量系统,“阳光动力”2号上使用的太阳能电池为单晶硅电池,由位于美国加州的SunPower公司提供,转换效率为22.7%,厚度仅为135微米。单晶硅电池是当前太阳能发电最常见的一种形式,加工工艺和成本都已经趋于成熟,也广泛用于航空航天领域,比如卫星上的太阳能电池板就是一个例子,不过其转换效率更高一些,转换率可达到30%。

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“阳光动力”2号的单晶硅电池由位于美国加州的SunPower公司提供

  单晶硅电池的总体水平仍然没有得到很大提升,转换效率基本维持在15%~ 20%之间,目前最高效的单晶硅电池可达到25%,当然这是实验室内的标准,还没有得到大规模推广。从中可以看出,单晶硅电池偏低的效率是制约太阳能飞机发展的最大技术瓶颈。在利用太阳光能发电的能量单元中,除了单晶硅电池外还有多晶硅电池和CIGS薄膜电池,后两者的转换率都不高,多晶硅和薄膜电池转换率大约在20%左右,因此利用成熟的单晶硅电池是目前太阳能飞机发展普遍采用的技术。

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