“阳光动力2号”太阳能飞机环球飞行

       未来，人们将会这样记录：2015年3月9日——人类首次尝试太阳能动力环球飞行，起飞。

       这天，来自瑞士的阳光动力（SOLAR IMPULSE）2号太阳能飞机将从阿联酋的阿布扎比起飞，展开未来5个月的环球飞行。按照计划，本月下旬，它将飞经我国，并在重庆和南京停留休整。

阳光动力2号的飞行路径

这是怎样一架飞机？

        它的翼展达到72米，比波音747-8型的翼展还要宽3.5米；机长22.4米，接近一个篮球场的长度；机高6.37米，相当于三层楼；而重量仅有2.3吨，跟一辆宝马760Li的重量相差无几。

       跟它巨大的尺寸相比，阳光动力2号的飞行性能数据可能会让你有种回到莱特兄弟时代的感觉。它的起飞速度只有35千米每时，比博尔特奔跑的速度还要慢。巡航速度90千米每时，最大速度不过140千米每时，绝对是遵纪守法好司机的驾驶记录水平。

       然而，阳光动力2号又是一架集合了当今材料、电子、结构、人机工程学最顶尖技术于一体的大号玩具。它的机翼、机身和水平尾翼上共贴敷了17248片 135微米厚的单晶硅薄膜太阳能电池，虽然23%的光电效率并不是世界上最高的，却是平衡了能效、强度和重量后的最优选择。这些电池可以产生最大70千瓦 的功率，这些电力可以输出给四台单台功率13.5千瓦的电动机带动四扇4m直径的双叶螺旋桨给飞机提供动力。整个推进系统的电力——动力转换效率高达 94%。阳光充足时多余的电力还会向四个发动机吊舱中的锂聚合物电池组充电。这四组电池总重633千克，能量密度达到了260瓦时每千克，目前市面上电动 汽车的电池能量密度水平还徘徊在200瓦时每千克。这些电池可以让阳光动力2号熬过漫长的黑夜，迎来新一天的阳光。

       由于要用尽可能少的能源飞更远的距离，整架飞机的空气动力学布局采取了有着超高升阻比的滑翔机外形。细长的机翼给结构和材料提出了严苛的要求。最 终，机翼里布置了140根碳纤维肋条，外表的蒙皮则采用了一种全新开发的树脂薄膜材料，厚度仅有17微米。除了机翼肋骨，机身的大部分骨架和硬质外壳也都 采用了碳纤维材料，某些碳纤维板材每平方米的重量仅有25克，是普通打印纸的三分之一。

阳光动力2号太阳能飞机。图片来源：www.solarimpulse.com

       与目前大多数太阳能动力飞行器不一样，阳光动力2号和它的前辈阳光动力1号都是有人驾驶的，驾驶舱可以容纳一人。尤其是本次用于环球飞行的2号机， 由于必须接受跨洋飞行的挑战，飞行员将在驾驶舱中待相当长的时间。按照计划，这次最具挑战性的航段将是从南京直接飞抵夏威夷的那一段，预计飞行员会在 3.8立方米的狭小机舱中持续工作5天左右。

       为了减重，驾驶舱并未像民航飞机那样配备了增压和空调系统，所以当飞机达到8000米最大巡航高度的时候，舱内的环境会变得相当不舒适。还好有了超 强绝热材料和特殊的飞行服保护，飞行员感受到的不会是零上40℃——零下40℃的冰火两重天。每天的供给将是2.4千克食物、2.5升水和1升运动饮料。

       这五天五夜里飞行员的吃喝拉撒睡将都会在飞行座椅上完成。座椅不但集成了厕所，下面还有降落伞和救生筏以供不时之需。每隔几小时，飞行员将会被允许 打一个十几分钟的盹。还好，座椅会有充气垫让飞行员完全展开双腿。民航飞行员借助自动驾驶仪可以放心的在飞行过程中休息，但是阳光动力2号这样的飞机太 大、太轻，用术语说就是翼载太低，于是对气流特别敏感，一不小心就会失控。所以即便有特别开发的自动驾驶仪和地面控制中心的实时监控，飞行员还是会在飞机 姿态变化超过5°的时候被装在手腕上的振动器唤醒。

        为了监控飞行员的身体状况，火柴盒大小的远程心电监测设备可以让地面的医学专家随时获得基本的参数。负责开发这套系统的公司也正在试图将其装配在汽车上，以防止疲劳驾驶。

是谁开发了这架飞机？

        阳光动力（SOLAR IMPULSE）是由瑞士精神病学医生、探险家贝特朗·皮卡尔（Bertrand Piccard，中文媒体过去的惯用译名是伯特兰德·皮卡德，新译名征得本人的认可采用法语发音）发起，联合企业家、前瑞士空军飞行员安德烈·波许博格 （André Borschberg）于2003年11月共同组建的，目前整个团队约有100名成员，公司总部位于瑞士洛桑。他们的合作伙伴包括瑞士的欧米茄 （Omega）、迅达（Schindler）、ABB、雀巢，比利时索尔维（Solvay）、法国亚讯（ALTRAN）和德国拜耳(Bayer)这样的行 业巨头。

       2009年，他们造出了阳光动力1号，并于当年6月实现首飞。2010年7月8日，阳光动力1号在波许博格的驾驶下首次完成26小时不着陆飞行，这 也是人类首次实现载人太阳能飞机跨夜飞行。1号机的24小时平均功率只有区区6千瓦，勉强达到了莱特兄弟的飞行者一号的动力水平。

       此后的几年，团队一边对1号机进行广泛的测试和宣传，比如在美国进行了横跨美洲大陆的飞行活动，一边根据试飞的反馈设计研发2号机。2014年6月2日，在经过原型机静力试验受挫被迫更改设计的延期后，2号机首飞。

谁是贝特朗·皮卡尔？

       皮卡尔家族在科学探险界是当之无愧的豪门。登月第一人尼尔·阿姆斯特朗曾经说：“在人类的探险史上，再没有哪个姓氏比皮卡尔代表着更宏大、更野心勃勃、更具创新的人类精神了。”

       这个辉煌家族的历史要追溯到1884年1月24日在瑞士巴塞尔降生的一对双胞胎男孩——奥古斯特(Auguste)和让·皮卡尔（Jean）。他们 的父亲是瑞士化学家儒勒·皮卡尔（Jules）这两个孩子很早就展现了对科学的兴趣。后来让·皮卡尔到美国发展，成为有机化学家，并于妻子珍妮特 （Jeannet）一起致力于开发有机合成材料的气球。

       而留在欧洲的奥古斯特主修物理，并也对气球飞行产生了浓厚的兴趣。1931年，奥古斯特与助手保罗·基弗（Paul Kipfer）搭乘气球从德国奥格斯堡升空，最终抵达15781米的高度。成为世界上最早到达平流层的人。在那里，奥古斯特和保罗还对上层大气和宇宙射线 进行了一系列测量。

奥古斯特与助手保罗·基弗

       这个壮举你可能并不知晓，但是这张照片你肯定见过。这是号称其中人物世界上平均智商最高的一张合影，来自于著名的1927年的索尔维会议 （Solvay congress），照片中后排最左就是奥古斯特，他参加过5次。有趣的是，当年赞助会议的索尔维创立的企业今天仍然与皮卡尔家族有着密切合作。

1927年的索尔维会议（Solvay congress），照片中后排最左就是奥古斯特

       看过奥古斯特的照片，你可能会对这个人物的形象设计产生兴趣，《丁丁历险记》里的卡尔库鲁斯教授，没错，埃尔热就是以奥古斯特为原型创造了这个漫画人物。以及，奥古斯特和让中的一人还是《星际迷航》中皮卡德船长Captain Jean-Luc Picard灵感来源。

《丁丁历险记》里的卡尔库鲁斯教授，原型就是奥古斯特

       1920年，奥古斯特的妻子玛丽安（Marianne）生下一个男孩，取名雅克（Jacques）。在父亲的熏陶下，雅克也涉足科学探险，他开始帮 父亲设计和改进深潜器。制造深潜器的灵感来自于高空气球吊舱，都是耐压结构，奥古斯特开始将目光从天空转向深海。而他的儿子雅克将父亲的尝试变成现实。 1960年1月23日，雅克和美国海军军官唐·沃尔什（Don Walsh）一起乘坐他参与设计的的里亚斯特号（Trieste）深潜器经过5个小时的下潜，最终到达世界大洋最深处——马里亚纳海沟沟底。这里的平静直 到2012年才再次被电影导演詹姆斯·卡梅隆打破。

1960年1月23日，雅克和美国海军军官唐·沃尔什一起乘坐他参与设计的的里亚斯特号

       贝特朗出生于1958年，他在大学里主修精神病学，毕业后成了一名心理治疗师。但是从小跟父亲上天入海的他同样狂热的痴迷于科学探险，1999年3 月21日，他和英国人布瑞安·琼斯（Brian Jones）乘坐的混合型气球降落于埃及，这标志着他们为期19天21小时55分钟的气球不间断环球飞行画上了句号。这也是人类历史上首次实现如此的壮举。在那一次的环球飞行中，贝特朗也曾飞跃中国领空。

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