太陽能飛機“Solar Impulse”挑戰(zhàn)零化石燃料環(huán)繞地球

時間:2014-07-23

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導語:翼展約為72米,總重量為2300公斤。在比美國波音的大型客機“747”還要長的機翼上,密密麻麻地排滿了約1.7萬個太陽能電池單元。這些電池單元白天儲存太陽能,夜晚用作飛行的動力。通過在夜晚使用白天儲存的能源,理論上可以實現(xiàn)24小時連續(xù)飛行。

如果問日本人“新興企業(yè)的圣地是哪里?”恐怕十之八九的回答會是“硅谷”??梢?ldquo;新興企業(yè)=硅谷”在日本已經(jīng)是深入人心,美國西海岸也的確推出了眾多的創(chuàng)新項目。

其實在美國西海岸以外的地區(qū),挑戰(zhàn)創(chuàng)造新服務(wù)和業(yè)務(wù)的新興企業(yè)也數(shù)不勝數(shù)。本連載將以歐洲為中心,把目光對準俄羅斯、中東、非洲,介紹這些地方涌現(xiàn)的希望改變世界的創(chuàng)業(yè)者。

本文要介紹的,是旨在開發(fā)不使用化石燃料能源的、以環(huán)繞地球一周為目標的SolarImpulse太陽能飛機。

翼展約為72米,總重量為2300公斤。在比美國波音的大型客機“747”還要長的機翼上,密密麻麻地排滿了約1.7萬個太陽能電池單元。這些電池單元白天儲存太陽能,夜晚用作飛行的動力。通過在夜晚使用白天儲存的能源,理論上可以實現(xiàn)24小時連續(xù)飛行。

探險家貝特朗·皮卡爾(BertrandPiccard)于1999年產(chǎn)生了這樣的構(gòu)想。當時,他剛剛乘坐熱氣球,創(chuàng)造了不著陸環(huán)繞地球一周的最短紀錄。之后,為了使構(gòu)想成真,皮卡爾從2003年正式開始研究。他與好友、同為探險家的安德烈·博爾施貝格(AndréBorschberg)齊心協(xié)力,目標便是“不使用化石燃料環(huán)繞地球一周”。

經(jīng)過長達10多年的大型調(diào)查研究和樣機測試飛行,環(huán)球之旅終于將在2015年成行。除了瑞士的大型制造企業(yè)之外,這個總預算高達7000萬歐元的大型項目還得到了美國谷歌、豐田等許多跨國企業(yè)的協(xié)助。

那么,這個前所未有的項目是如何誕生的呢?記者就此對皮卡爾進行了采訪。

——SolarImpulse從構(gòu)思算起,歷經(jīng)了10多年的歲月,這項開發(fā)是基于怎樣的契機?

皮卡爾:這個項目的目的非常簡單。就是開發(fā)以太陽能為動力24小時持續(xù)飛行的飛機。

眾所周知,化石燃料能源已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會賴以生存的基礎(chǔ)。生活需要的所有產(chǎn)品都涉及化石燃料,對于如此之高的依賴度,很多人甚至都沒有注意到。然而遺憾的是,能源是有限的。在化石燃料枯竭之前,人類必須設(shè)法擺脫過度依賴的狀態(tài)。這就是最初的出發(fā)點。

從化石燃料的制約中解放出來

貝特朗·皮卡爾(BertrandPiccard)

探險家、精神科醫(yī)生。1958年3月1日出生在瑞士洛桑。從小開始便對“極限狀態(tài)下的人類行為”產(chǎn)生興趣,挑戰(zhàn)了多項探險。1970年代開始參與滑翔傘、超輕型飛機等運動項目,1985年贏得滑翔傘世界錦標賽冠軍。1999年第三次挑戰(zhàn)熱氣球不著陸環(huán)繞地球獲得成功。2003年開始與安德烈·博爾施貝格合作開展SolarImpulse項目。皮卡爾來自瑞士著名的探險家家族。祖父奧古斯特·皮卡爾是世界上第一位乘坐熱氣球到達平流層的探險家。父親の雅克·皮卡爾是一名海底探險家,曾駕駛自己參與開發(fā)的潛水艦,創(chuàng)造了潛入水底1萬916米的世界紀錄。

那么,怎樣才能通過自己的方式,向社會發(fā)問呢?經(jīng)過不斷思考,我得出的結(jié)論就是SolarImpulse項目。

請設(shè)想一下。如果實現(xiàn)無需化石燃料即可環(huán)繞地球的飛機,世界應(yīng)該會發(fā)生巨大的改變。我相信,這不僅會成為能源政策的重大轉(zhuǎn)折點,也會超越航空的范疇,為眾多產(chǎn)業(yè)帶來沖擊。

項目的轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在1999年。當時,我乘坐熱氣球挑戰(zhàn)不著陸環(huán)繞世界,創(chuàng)造了不到20天的世界最快紀錄。因為前面經(jīng)歷了兩次失敗,創(chuàng)造紀錄時的欣喜之情真是無法用語言表達,但另一方面,通過這次熱氣球探險,在我的腦海之中,有一個問題一直揮之不去。那就是能源的制約。

即使飛艇的燃料裝得再滿,我們也無法逃脫化石燃料的制約。只要燃料耗盡,就必須著陸。只要機體還依賴于化石燃料,這個問題就會永遠存在。

那么,有沒有辦法從制約中解放出來呢?如果能夠做到這一點,探險就可以持續(xù)更久的時間。

答案其實就在我們的身邊。

——答案是太陽能?

皮卡爾:對。就在我乘坐熱氣球時一直眺望的上空。

我很快想到了創(chuàng)意:不妨在白天飛行時積累太陽能,在夜晚慢慢釋放能源保持飛行。從理論上來說,這樣做可以不受化石燃料的制約,實現(xiàn)持續(xù)飛行。

——創(chuàng)意雖然簡單,聽上去似乎有些荒誕。

最初周圍的反應(yīng)差不多就是這樣。“理論上的確如此。但這樣的飛機真能制造出來嗎”。對于我的想法,多數(shù)人都付之一笑。

但探險就是要挑戰(zhàn)人們覺得不可能的事物。有意思的是,通過堅持不懈地介紹自己的構(gòu)想,終于有人產(chǎn)生了興趣。

2003年,項目在位于瑞士洛桑的瑞士聯(lián)邦理工學院揭開了開發(fā)的序幕。

——在技術(shù)上具有相當高的難度吧?

畢竟在那之前,沒有人想到過要讓太陽能飛機環(huán)繞地球。我們邀請眾多領(lǐng)域的工程師齊聚一堂,反復進行了技術(shù)研究。不出所料,最終得出的結(jié)論是“這會是個相當困難的項目”(笑)。

利用現(xiàn)在的技術(shù)開發(fā)環(huán)繞地球的太陽能飛機有三個重點:(1)重量輕、(2)機體結(jié)實、(3)安全性,在開發(fā)的時候必須要對這三點精益求精,使其在高水平達到統(tǒng)一。

太陽能飛機的機體配備了1.7萬個太陽能電池單元。電池單元吸收的太陽能用來驅(qū)動4個螺旋槳,剩余的電能儲存到供夜間飛行的電池中。目前配備的太陽能單元的數(shù)量為1.7萬個,在全天滿負荷利用太陽能發(fā)電的情況下,飛機可以輸出的平均功率約為8kW。要想利用這些電能盡可能延長飛行距離,就必須設(shè)計出能源損耗最低的機體,并且減輕其重量。

翼展超過波音747

而且,因為機體要搭載乘員,單是輕是不夠的。還必須具備強度,采用足以抵御陣風、氣壓和氣溫變化的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過不斷摸索,我們最終找到了滿足上述要素的答案。

——應(yīng)運而生的就是太陽能飛機吧。

太陽能飛機的機翼非常長。翼展為72米,比波音747-8I的68.5米還要長。機翼上安裝了約1.7萬個吸收太陽能發(fā)電的太陽能電池單元。單元產(chǎn)生的電能用來驅(qū)動四臺最大功率為17馬力的馬達,左右各兩臺,多余的部分儲存在蓄電池中。

每臺馬達的最大輸出功率約為17馬力。配合輸出功率,螺旋槳的轉(zhuǎn)數(shù)降低到了525轉(zhuǎn)/分鐘。在夜晚的時候,為了最大限度減少耗電,飛機的飛行高度會從8500米逐漸下降到1500米,像滑翔機一樣飛行。

與機翼相比,機體本身的長度極短,類似于滑翔機的形狀。這樣做的目的都是為了減輕重量,總重量只有2300公斤。僅相當于一輛乘用車的重量。電池、馬達和太陽能電池板占據(jù)了大部分重量,單是電池就達到了633公斤。因此,為了最大限度減少多余的重量,實現(xiàn)輕量化,機殼材料采用了碳纖維。

信息技術(shù)當然也得到了充分利用。機體信息利用傳感器逐次采集,在對數(shù)百個以上的參數(shù)進行實時分析后,發(fā)送給飛行員和管理系統(tǒng)。環(huán)球飛行的關(guān)鍵——放電和充電的平衡隨時受到監(jiān)控,按照飛行條件,調(diào)整到最佳的輸出水平。

有制約才有發(fā)展

——項目的進展可謂是一波三折。

皮卡爾:現(xiàn)在技術(shù)上依然有需要克服的課題,今后估計還會出現(xiàn)其他課題。但反過來說,正是因為存在制約,才催生出了新的創(chuàng)新。

當然,單靠我們的團隊無法解決所有的課題。開發(fā)也借助了外部的幫助。核心開發(fā)組大約有50人左右,除這部分人員外,還有80位技術(shù)伙伴,以及超過100位的外部專家提供了支持。

為了這個項目,還有不少企業(yè)無私地提供了技術(shù)幫助。提供通信設(shè)備的通信公司瑞士電信為我們專門開發(fā)了飛機上配備的超輕量小型基站。使飛行員在飛行之中,能夠隨時隨地通過衛(wèi)星手機進行通話。

對于太陽能單元技術(shù)、機殼材料、馬達、電池等技術(shù),合作企業(yè)的援助同樣不可或缺。從這個意義上來說,SolarImpulse是一項打破了國家和企業(yè)界線的大型項目。

——請問提供支持的企業(yè)有哪些?

皮卡爾:因為項目始于瑞士,所以主要伙伴是瑞士的大型企業(yè)。包括了化學企業(yè)Solvay、高級鐘表企業(yè)歐米茄、在日本也開展業(yè)務(wù)的迅達、設(shè)備企業(yè)ABB等70多家企業(yè)。

除此之外,維珍集團的創(chuàng)始人理查德·布蘭森(RichardBranson)等名人也以個人名義給予協(xié)助,美國谷歌等跨國企業(yè)也在2013年宣布提供支持。日本企業(yè)中,豐田的當?shù)胤ㄈ速澲似珍J斯。

從這個意義上來說,SolarImpulse項目的創(chuàng)意雖然來自瑞士,但實現(xiàn)借助了全球各地企業(yè)與個人的力量。

——正式飛行即將于2015年展開,現(xiàn)在的準備情況如何?

我們正在以2014年完成的正式機為基礎(chǔ),反復進行測試飛行。與此同時,飛行員的訓練也已經(jīng)漸入佳境。到正式飛行的時候,駕駛員要在沒有加壓的3.8立方米的駕駛艙中呆上5~6天。最高飛行高度達到8500米,睡眠時間約為1天2小時。要想在這樣的極限狀態(tài)下冷靜駕駛,需要反復進行嚴格訓練。

首先拿出形態(tài)。批評算不得本事

——既然有這么多的困難,為何還要繼續(xù)探險?

那是因為我們需要展現(xiàn)這樣一個理念:難題是可以解決的。在過去,沒有任何一個專家相信不使用化石燃料的飛機能夠?qū)崿F(xiàn)。但我們逐漸使其成形,所以想法也發(fā)生了改變。

因此,展示形態(tài)非常重要。倘若只是討論和批評,是個人就能辦到。這個項目一旦成功,無疑將會成為能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)折點。

正式飛行的時間定在2015年4月,出發(fā)地為中東地區(qū)。如果計劃順利,飛機將會在4月下旬前后穿越日本上空。

就個人而言,我希望讓更多的日本企業(yè)了解我們的活動。并且成為我們的伙伴。2014年是瑞士與日本建交150周年。對于雙方進一步加深關(guān)系,是一個難得的機會。

我衷心期待在飛行成功之后,在富士山旁做一次紀念飛行。

中傳動網(wǎng)版權(quán)與免責聲明:

凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(www.treenowplaneincome.com)獨家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權(quán)法律責任。

如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。

關(guān)注伺服與運動控制公眾號獲取更多資訊

關(guān)注直驅(qū)與傳動公眾號獲取更多資訊

關(guān)注中國傳動網(wǎng)公眾號獲取更多資訊

最新新聞
查看更多資訊

熱搜詞
  • 運動控制
  • 伺服系統(tǒng)
  • 機器視覺
  • 機械傳動
  • 編碼器
  • 直驅(qū)系統(tǒng)
  • 工業(yè)電源
  • 電力電子
  • 工業(yè)互聯(lián)
  • 高壓變頻器
  • 中低壓變頻器
  • 傳感器
  • 人機界面
  • PLC
  • 電氣聯(lián)接
  • 工業(yè)機器人
  • 低壓電器
  • 機柜
回頂部
點贊 0
取消 0