环球旅行不用油:世界最大太阳能飞机开始横跨美国
2016-05-03 11:26:00   来源:环球网
内容摘要
世界最大太阳能飞机阳光动力2号按计划离开美国旧金山湾区,飞往亚利桑那州凤凰城,开始其首次环球旅行第10段也是美国本土第1段旅程。在美国旧金山停留期间,项目发起人将与硅谷多家科技公司会面,传递并交流其在全球范围内推广清洁能源的理念,展示人类的开拓和创新精神。

根据阳光动力2号官方网站信息,2016年4月23日晚,由瑞士探险家、飞行员贝特兰德·皮卡德独自驾驶,阳光动力2号从夏威夷出发,历经62小时、4200公里不间断飞行后,降落在旧金山以南硅谷中心地带山景城的莫菲特机场,完成其环球旅行中最危险的第9段旅程。

在旧金山湾区休整不足10日,阳光动力2号由皮卡德的伙伴安德烈·博尔施贝格执飞,开始横跨美国大陆的第1段旅程,预计飞行16小时23分钟,飞行里程720英里(1158.73公里),于当地时间3日凌晨12时30分(太平洋时间2日晚上10时30分)抵达凤凰城古德伊尔机场。

在旧金山停留期间,项目发起人皮卡德、博尔施贝格及其团队与硅谷多家科技公司会面,传递并交流其在全球范围内推广清洁能源的理念,展示人类的开拓和创新精神。

阳光动力2号预计2016年6月中旬飞往纽约。

 

阳光动力2号由瑞士人设计,是目前世界上第一架不用其他燃料、不排放污染、仅依靠太阳能发电储电提供动力昼夜持续飞行的飞机。

2015年3月9日,飞机从阿拉伯联合酋长国首都阿布扎比起飞,开始其首次环绕世界飞行旅程,经过阿曼、印度、缅甸、中国、日本、美国夏威夷等地,因为没有紧急停靠的陆地,从夏威夷到旧金山的跨太平洋飞行是最危险的一段。

阳光动力2号重逾5000磅(约2268公斤),相当于一部面包车或中等卡车的重量。机翼宽72米,比一架波音747的68.5米还宽。

飞行所需的太阳能由飞机机翼上内置的17000多块太阳能板生成并储存在自身锂聚合物电池中,晚上飞行时依靠储蓄的电能。

 

解读】:阳能飞机“阳光动力2号”

在一对超过波音747翼展的巨翅下,有一个勉强能容纳一人的飞行舱,年近六旬的贝特朗驾驶世界最大的太阳能飞机来到环球飞行的第6站。这天是22日。

2003年,太阳能飞机还只是贝特朗脑子里的一个想法。今天,这架花费了约1.5亿瑞士法郎(折合人民币近10亿元)的太阳能飞机,终于实现了乘着阳光环游世界,而这些资金几乎全部由合作企业提供。

那么问题来了,用十亿元支持一个创意是不是太贵了?

4月22日,瑞士驻华大使戴尚贤、瑞士联邦政府科技文化中心执行主任孟思恺在南京接受科技日报记者采访。他们的看法不仅改变了我们看待“不可能事件”的方式,同时也为中国的政府部门、科学家、企业上了一堂活生生的“政产学研”结合创新课。

融合多项世界第一技术

人类对取之不尽的太阳能的追求和利用从来没有停止脚步。

阳光动力2号并非世界首架太阳能飞机,但是只有它率先踏上了环球飞行的探险之旅,这必须归功于它集合了薄膜光伏电池、碳纤维材料、飞控设计、高效电机等多项世界顶尖技术。

“22.7%的转换效率已经是行业内的领先水平了!而且,这些电池板厚度只有135微米,相当于一根头发丝。”东南大学太阳能技术中心副主任王军对此赞叹不已。他告诉记者,硅晶类光伏电池的转换效率极限就是30%,普通光伏电池的转换效率约为16%。

尽管如此,太阳能提供的电力功率还是比较小。“这对飞机制造来说是一个挑战!”东南大学汪昕副教授解释,因此它必须首先克服“体重”问题。阳光动力2号的机体使用碳纤维材料,承载能力高重量轻,其中碳纤维板材每平方米的重量仅有25克,比普通纸张还要轻3倍,其强度却达到飞行要求。

“对于民用飞机的设计,翼展受到跑道宽度等因素的约束,往往是一项‘硬约束’。最大的宽体飞机A380机型的80米翼展已是极限,而对于太阳能飞机这样的小飞机来说,72米已经非常长了。”南京航空航天大学郑祥明副教授认为,阳光动力2号巨大的翼展正是其空气动力设计最大的特点之一。

此外,阳光动力2号使用4台无传感器无刷电机,能量效率高达97%,居世界领先水平。新型直流电驾驶舱使得飞机仪表板内部的电子设备的减重上实现了巨大突破,其重量足足减少了50%。

“阳光动力2号”在飞行中

政府、科学家、企业缺一不可

造手表的欧米茄、生产食品的雀巢、电梯制造商迅达……阳光动力2号的机身上印满合作企业的名称,但它们无一是航空企业,为啥也跟着“大蜻蜓”环球飞行呢?

“阳光动力2号集合这么多世界领先的技术,都来自于我们的合作伙伴。”贝特朗自豪地告诉记者。

“瑞士有着学术界与工业界合作的长久传统。100多个瑞士政府机构、研究中心和私人企业参与支持这一项目。”瑞士驻华大使戴尚贤认为,阳光动力2号是这一传统的又一成功案例。

包括洛桑联邦理工大学、联邦材料科学与技术研究所、迅达集团、欧米茄公司、瑞士电信以及雀巢公司等知名教育科研机构、跨国企业,都从理念创新、资金、科技以及机械知识和能力等各个方面为项目提供支持。

比如,欧米茄开发了机电性能仿真测试系统,可以在飞机试制阶段对其电气系统性进行测试。瑞士电信为阳光动力号研发了一套超轻节能通讯设备。雀巢研发中心的科学家们通过研究影响飞行员营养需求的因素和测试他们的身体结构,为飞行员制定了个性化的饮食计划。瑞士联邦材料科学与技术研究所为飞行员量身定制的热空服和绝缘座椅和座垫组合可以根据机舱内的极端温度进行调整。

贝特朗说,飞机研发过程中最主要的科研机构是洛桑联邦理工大学。在他提出创意之初便承担起可行性的研究。接下来的几年里,由工科学生、技术人员和科学家组成的团队共同建构了飞机。同时大学的20个实验室也在研究相关课题,包括太阳能、计算机、建模、新材料、电子学以及机械学等。

令人惊讶的是,在这个长达十余年的项目中,联邦政府只投入了几百万瑞士法郎,其它全部来自私人企业投资。

“政府也没有为项目签发任何优惠政策”,戴尚贤说,瑞士是R&D投入占GDP比重最高的国家,其中2/3来自于私人资金,资金主要来自化学、制药、电子和金属行业,“这些投资保证了瑞士在国际竞争中的优势”。

阳光动力2号本身并不是一个商业项目,赞助商的十亿元投入最后会“打水漂”吗?

“公司本质是要盈利的,但是瑞士人始终坚持可持续发展意识,所以在投资上也都着眼长远,看重长期回报,而不是急功近利。”戴尚贤建议,眼下的中国企业需要换个投资理念。

孟思恺介绍说,阳光动力2号的成功体现了瑞士在科技创新中开放、合作的核心精神,“多方合作模式造就了瑞士创新大国的地位”。

现在,瑞士是世界上人均拥有专利比率最高、人均获得诺贝尔科学奖最高的国家。此外,瑞士自2009年开始连续6年在全球竞争力报告中排名第一;2014年创新联盟记分牌第一;2014年全球创新指数中亦居首位;并在人类大脑计划、欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机等大型国际项目中扮演主角。而瑞士的国土面积仅与南京市相当。

创新动力从哪里来

中国人写文章时常把“开拓”“创新”放在一起使用,而瑞士人则善于在开拓中寻找创新的机会。

阳光动力号的设计者和飞行员之一贝特朗就来自于一个极富开拓精神的家族:他的祖父是飞入平流层第一人,帮爱因斯坦收集宇宙射线数据;他的父亲潜入马里亚纳海沟底,是为了阻止人们向海里扔垃圾。

“他们的科学冒险精神激励了我”,贝特朗说,“让我也想通过自己的努力,去探索人类的极限。”

“大家今天看到阳光动力号的突破,其实世界上首架环球航行的太阳能船只是瑞士制造,成功环绕地球的太阳能汽车是瑞士制造,全球太阳能汽车竞赛第一名也是瑞士制造。”戴尚贤一口气举了若干例子,以证明瑞士人在清洁能源领域是以追求完美的方式屡屡获得突破。

这种开拓理念,绝没有止步于创造若干个世界第一,一大批合作企业将其中的科技成果运用到各自产品中,获得了巨大的商业利益。

迅达电梯派出2位工程师参与阳光动力号研制,获得了宝贵的清洁能源开发经验,公司将其运用在怎样让电梯更加节能上,比如PF能源管理技术可以让电梯下行时收集能量,上行时释放能量,个人终端技术可以合理配置去不同楼层的电梯,突破性的太阳能电梯也正在开发过程中。

德国拜耳公司为阳光动力号提供的碳纤维材料和保温材料,不仅大大减轻飞机重量,还确保储能电池在-40℃运转正常。目前这些材料已应用于建筑、汽车、飞机和家用冰箱制造。

就瑞士居民而言,他们在政府的鼓励下,养成了回收一切可利用的物品,最大限度降低废物的好习惯。

2012年,瑞士约有96%的玻璃制品、92%的铝罐、81%的塑料瓶以及72.5%的废旧电池得以回收利用。大量的有机垃圾被瑞士家庭转化成有机肥料,农业垃圾被转化成沼气。

千万别以为这只是普及社会环保公益理念,瑞士已将清洁科技作为经济发展的重要方面。目前在瑞士大约有5%的劳动力受雇于清洁能源行业,涉及的公司也极其专业化。比如在建筑领域,提高能源效率的Minergie标签已被世界所认可,成为绿色环保建筑的最高标准。

 

太阳能应用成为现代军事竞争新领域

太阳能被视为“取之不尽用之不竭”的新能源,作为能源和动力,人类已经探索了近400年。利用的方式有两种一种是光热转换,一种是光电转换。其中光电转换就是在地面或其他开阔地铺设太阳能电池板,并通过控制器将太阳能直接转化成可利用的交流电或直流电,也可以先把电放入蓄电池储存起来再利用。并且逐步在交通、农业、水利以及军事各领域开始应用,今天我们要说的是太阳能在军事领域的应用。

高科技的时代,各行各业都在变革,当今,军事比拼的不在是人海战术,小米加步枪时代已经无法适应军事的革新。太阳能发电技术作为一项技术革新这几年已经逐渐在军事领域崭露头角,并且成为各国军事专家研发的重要对象。

首先看看无人机与太阳能发电。

太阳能无人驾驶飞机多采用超薄砷化镓太阳能电池设备,砷化镓太阳能电池可以产生足够的发电量供飞机进行远距离飞行,太阳能飞机增加的重量几乎可以忽略不计。

太阳能无人机由于续航能力强,拥有着十分广阔的应用前景。当地震、洪灾或者森林火灾时,通信中断,无人机可替代中断的通信,使受灾地区与外界保持联络。

此外还能到核爆现场采样,在预定空域长时间盘旋侦查敌情,校炮或者为战机指引攻击目标。

这种技术早就在各国军事研究室开始研发,因为军事专家心理清楚首先掌握这种技术的国家就会占尽先机。比如,战斗机在空中执行任务,燃油耗尽就必须降落补充燃料,而太阳能无人机就可以持续续航,持续作战。

其次,战略太阳能设备。

此类设备,在我军已经有应用,之前有新闻报道,在我国高原地区边防部队已经开始配备这类太阳能发电器,士兵背囊上装有太阳能发电装置,白天可为装备供电,可以满足巡逻电台等便携式通信装备的用电需求。

该套装备还加入了普通手电筒大小的单兵步行发电器,官兵行进时带动挂在身上的发电器晃动完成发电,保证阴雨天也有电可用。

战术太阳能系统主要优点是轻便、便于携带、没有噪声、方便伪装等优点广受军方青睐。

最后,来个太阳能发电应用的设想!

美国有专家设想发射一颗镶嵌着光电板和数千个纤薄弯曲镜面结构组成太阳能发电卫星,把太空中的太阳能电池板发送能量至地球,地面发电站采集,再分流到用户。

大家知道光伏发电的电池板主要材料是硅,但是有个致命的缺点就是易碎,所以难以设计出坚固的适合野外部署的太阳能发电设备。另外,光伏发电有太阳才能有稳定充足的能量,没有太阳的话将受到影响,从而有了间歇性。加上成本高也在一定程度上限制了太阳能发电在军事上的利用。

就目前来看由于上面提到太阳能光伏发电应用技术可靠性和可行性达不到军工要求的标准,很多技术的应用都处于研发阶段,并未能真正被军事领域所广泛利用。

在未来的学习中,我们都将认真学习,积极投身到新能源技术的研发中,通过技术的革新来弥补新能源自身的缺陷,促进其在国防军事和社会生活中的广泛应用,为祖国新时代的建设贡献自己的力量。

 

太阳能飞机成功飞跃太平洋 竟然坚持了62小时

在环游全球的计划耽搁九个月之后,近日Solar Impulse 2太阳能飞机终于从美国夏威夷起飞,开始了横跨太平洋的旅途。而经过了三天的飞行之后,Solar Impulse 2环球飞行计划的团队表示Solar Impulse 2已经于当地时间4月23日上午11点45分成功降落在加州旧金山山景城。

这三天的飞行是由飞行员Bertrand Piccard执飞的,连续飞行了62个小时,里程长达2717英里。在整个飞行过程中,Solar Impulse 2完全依靠太阳能提供能量,而为了保证飞行的安全,飞行员每次睡觉休息的时间不能超过20分钟,可以说十分辛苦。

 

虽然整个飞行过程并不容易,不过Bertrand Piccard表示其实这段飞行还是相对轻松的,2015年七月该环球飞行计划中的另一名飞行员André Borschberg负责从日本飞往夏威夷,整个旅途一共耗时4天21小时,也打破了世界单人飞行的世界纪录。

虽然成功地飞抵夏威夷,不过在飞行过程中由于电池出现过热问题,导致电池出现了不可逆的损坏,因此在夏威夷落地之后,整个环球飞行计划不得不暂停,并进行相关的检查和维修工作,而历经9个月之后,Solar Impulse 2终于再次整装待发,继续完成环球飞行剩下的部分。(如需转载,请注明来源自科技世界网)

 

 

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