駕駛一架不用燃油的飛機(jī)在天空翱翔，你曾經(jīng)想象過么?

年齡加起來已經(jīng)超過100歲的兩位瑞士人貝特朗-皮卡爾和安德烈-波許博格正在這么做。

皮卡爾是神經(jīng)學(xué)醫(yī)生，也是一位航空飛行家，在此之前，他曾經(jīng)成功穿越大氣平流層，并沉潛大洋海溝，之后，他又完成了乘坐熱氣球環(huán)繞世界飛行，成為無中斷環(huán)球飛行的第一人。

駕駛熱氣球環(huán)游地球的時(shí)候，皮卡爾還燒掉了3.7噸的丙烷，如今，他的目標(biāo)是在不借助任何化石燃料的情況下完成首次環(huán)球飛行，工具則是花費(fèi)10年制造的一架太陽能飛機(jī)。

3月9日，“陽光動(dòng)力2號(hào)”太陽能飛機(jī)從阿聯(lián)酋首都阿布扎比出發(fā)，正式開啟了人類歷史上太陽能飛機(jī)的首次環(huán)球飛行，皮卡爾和波許博格將輪流駕駛這架單座駕駛艙太陽能飛機(jī)，飛躍阿拉伯海、印度、緬甸、中國(guó)以及太平洋，在總飛行時(shí)間超過25天的時(shí)間里飛行3.5萬公里，歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)五個(gè)月。

在此之前，陽光動(dòng)力團(tuán)隊(duì)制造的飛機(jī)，已經(jīng)在2010年完全依靠太陽能飛行26小時(shí)，2012年夏天跨越了地中海，2013年夏天又橫穿美國(guó)。皮卡爾和波許博格，正是“陽光動(dòng)力”項(xiàng)目的聯(lián)合創(chuàng)始人及總裁和首席執(zhí)行官。

特殊構(gòu)架支持晝夜飛行

太陽能飛機(jī)是指將太陽能轉(zhuǎn)化為電能來提供動(dòng)力飛行的飛行器，事實(shí)上，這并不是一個(gè)全新的概念，早在20世紀(jì)中期，世界上就已經(jīng)開始了太陽能飛行器的研究，上世紀(jì)70年代，隨著成本合理的太陽能電池出現(xiàn)，太陽能飛機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，不過當(dāng)時(shí)只有微型機(jī)型。

“陽光動(dòng)力”飛機(jī)，則比以前的太陽能飛機(jī)大了不少，翼幅長(zhǎng)達(dá)61米，比波音寬體客機(jī)747飛機(jī)的翼展還要大。

之所以需要如此大的“翅膀”，是因?yàn)?ldquo;陽光動(dòng)力”的翼展上，鋪設(shè)了1.7萬片太陽能電池板，以便于飛機(jī)在白天飛行期間積聚并儲(chǔ)存足夠的太陽能。當(dāng)電池完全充電的時(shí)候，儲(chǔ)存的能量可以供飛機(jī)飛行10個(gè)小時(shí)，以應(yīng)對(duì)陰天和黑夜。

以前的太陽能飛機(jī)有明顯的弱勢(shì)，那就是需要看“老天的臉色”，如果天氣不好，起飛和降落的能量就很成問題。不過，“陽光動(dòng)力號(hào)”解決了上述問題，就是利用了電池板來儲(chǔ)存太陽能。

“這些電池板每塊僅厚135微米，相當(dāng)于人類的一根頭發(fā)絲，即便如此，電池板還是很重，光是為了滿足夜間飛行所必須配備的機(jī)載鋰電池，就已重達(dá)633公斤，占整架飛機(jī)總重量的四分之一還多。”皮卡爾接受記者采訪時(shí)曾透露，而機(jī)身和機(jī)翼則采用了極輕的碳纖維材料，使得整機(jī)的重量只有2300公斤，相當(dāng)于一輛小轎車的重量,不到波音747飛機(jī)的百分之一，也是同體積飛機(jī)中最輕的重量。

據(jù)記者了解，從2007年6月開始，第一架“陽光動(dòng)力”飛機(jī)就正式開始動(dòng)工建造，由于對(duì)面積和重量的要求苛刻，飛機(jī)也就擁有了與普通飛機(jī)極為不同的整體構(gòu)架：機(jī)翼下方設(shè)有4個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)艙，各備一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，一個(gè)配有70多個(gè)蓄電池組的聚合物鋰電池，和一個(gè)調(diào)節(jié)充放電及溫度的控制系統(tǒng)。此外，機(jī)翼上還設(shè)計(jì)了一層保溫層，用來存儲(chǔ)電池組散發(fā)的熱量，以保證他們能在8500米的高空、零下40攝氏度的惡劣環(huán)境下仍然可以繼續(xù)工作。

雖然可以稱得上是全球最大的太陽能飛機(jī)了，但駕駛艙依然小的可憐，只有3立方米多一點(diǎn)兒，與一個(gè)電話亭差不多大。因此，這架花了10多年研究設(shè)計(jì)、重金打造的太陽能飛機(jī)，只能坐一個(gè)飛行員。所以，此次環(huán)球旅行的兩位飛行員，也只能你開一站，我開一站地輪流駕機(jī)飛行。

住得小也就算了，機(jī)艙里還沒暖氣沒空調(diào)，甚至都不是封閉加壓的，因?yàn)槟芰坑邢薜奶柲茱w機(jī)，必須想盡一切辦法減負(fù)。因此，皮卡爾和波許博格每天要經(jīng)歷早晚和高低空的氣溫劇烈變化，而且飛得越高，空氣越稀薄，還得戴上氧氣面罩飛行。

眾籌資金和技術(shù)

這樣一架飛機(jī)造價(jià)高不高?據(jù)記者從“陽光動(dòng)力”項(xiàng)目獲得的權(quán)威數(shù)據(jù)，項(xiàng)目的總預(yù)算是1.5億瑞士法郎(約合9.35億人民幣)，包含了兩架飛機(jī)(陽光動(dòng)力1號(hào)和2號(hào))的制作費(fèi)用和其他間接成本，例如120人團(tuán)隊(duì)的薪酬等，這還沒有包含飛機(jī)運(yùn)行及合作方提供的技術(shù)建設(shè)成本。

十多年前，皮卡爾和波許博格曾邀請(qǐng)航空業(yè)的公司為他們?cè)O(shè)計(jì)、制造太陽能飛機(jī)，但遭到了多家企業(yè)的拒絕，認(rèn)為這是不可能完成的。于是，兩人決定自己組建設(shè)計(jì)、組建團(tuán)隊(duì)。

最終，他們?yōu)樵擁?xiàng)目籌集了1.7億美元的資金，還吸引了80位技術(shù)合作伙伴及超過100位顧問和供應(yīng)商，共同組成了技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)。

值得注意的是，這些給予支持的公司中，只有兩家是來自于航空飛行界，剩下的都來自化工、電力、機(jī)械、制表等行業(yè)，包括塑料和聚合物巨頭索爾維(SOLVAY)、拜耳材料科技(BAYER)、迅達(dá)、歐米茄(OMEGA)、ABB，甚至是豐田(TOYOTA)、酩悅軒尼詩(shī)和谷歌(GOOGLE)。

比如，索爾維就主要提供了制造“陽光動(dòng)力”飛機(jī)所需要的高性能超輕聚合材料，該公司共計(jì)提供了超過13項(xiàng)超輕材料和新技術(shù)，制造了6000余個(gè)部件，包括最為重要的儲(chǔ)能電池和駕駛艙材料。

歐米茄除了提供財(cái)政支持及儀表技術(shù)協(xié)助(飛行員座位前的儀表就是由歐米茄設(shè)計(jì)制造的)，還研發(fā)了一套輕量著陸燈系統(tǒng)，這些燈都有堅(jiān)固的護(hù)窗保護(hù)，而護(hù)窗均由制造SWATCH手表的彈性塑料制成。

ABB負(fù)責(zé)飛機(jī)的電氣系統(tǒng)，拜爾公司則提供了多種高科技材料，包括超輕的碳納米管、聚氨酯絕緣材料等，使駕駛艙內(nèi)的溫度能保持在零下20攝氏度到40攝氏度之間。

皮卡爾對(duì)記者透露，“陽光動(dòng)力”太陽能飛機(jī)項(xiàng)目沒有一家中國(guó)合作方，但這個(gè)項(xiàng)目非常開放，也希望能找到中國(guó)合作伙伴。

ABB負(fù)責(zé)了飛機(jī)的電氣系統(tǒng)，拜爾公司則提供了多種高科技材料，包括超輕的碳納米管、聚氨酯絕緣材料等，使駕駛艙內(nèi)的溫度能保持在零下20攝氏度到40攝氏度之間。

不過，皮卡爾對(duì)記者透露，“陽光動(dòng)力”太陽能飛機(jī)項(xiàng)目沒有一家中國(guó)合作方，但是對(duì)于合作方，這個(gè)項(xiàng)目非常開放，也希望能找到中國(guó)合作伙伴。

商業(yè)運(yùn)營(yíng)路漫漫

不過，這樣的一款太陽能飛機(jī)，要想投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，也并不是件容易的事。據(jù)記者了解，為了節(jié)約能量，飛機(jī)白天會(huì)攀升到8500米的高空，夜間則會(huì)在1500米的高度低空飛行，速度只有50至100千米/小時(shí)。

因此，飛機(jī)從安曼的馬斯喀特飛抵印度城市艾哈邁達(dá)巴德，1500多公里的路程就用了14個(gè)小時(shí)的時(shí)間，而同樣的時(shí)間普通商業(yè)客機(jī)已經(jīng)可以從上海飛到12000公里外的美國(guó)紐約了。

與此同時(shí)，目前太陽能發(fā)電也仍面臨儲(chǔ)能技術(shù)的瓶頸，由于太陽能能量分散，要實(shí)現(xiàn)更多載客飛機(jī)持續(xù)、穩(wěn)定的太陽能驅(qū)動(dòng)，就要提高電池板轉(zhuǎn)化效率和儲(chǔ)能能力。

對(duì)于皮卡爾和波許博格來說，目前并沒有考慮如何讓項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)盈利，他們想得更多的，是讓這架飛機(jī)成為一座解決能源問題的實(shí)驗(yàn)室和展示平臺(tái)。比如，飛機(jī)上采用的最先進(jìn)的隔熱材料，以及飛機(jī)電池外殼的抗低溫技術(shù)，現(xiàn)在就已經(jīng)用在制造高級(jí)冰箱上。

“我們所做的就是集成當(dāng)下最好的技術(shù)，來看看我們到底能否擺脫化石能源的枷鎖，以及展現(xiàn)可再生能源的重要性。”皮卡爾曾告訴記者，“如果今天不開始，那么永遠(yuǎn)都不會(huì)走入明天，我們希望通過太陽能飛機(jī)的環(huán)球飛行，來促進(jìn)政府利用新技術(shù)取代舊的污染原料。”

除了陽光動(dòng)力項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)，南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院目前也在開展太陽能飛機(jī)的相關(guān)研究，更有專家預(yù)計(jì)，40多年后，在解決了太陽能吸收、大幅提高電池功效之后，能夠承載300名乘客的大型太陽能飛機(jī)有望投入運(yùn)營(yíng)。

其他替代燃油的嘗試

其實(shí)，想擺脫燃油依賴的并不只有皮卡爾和波許博格在行動(dòng)，在過去幾年中，多家航空公司都在嘗試將生物燃料與常用的噴氣燃料混合用作飛機(jī)的驅(qū)動(dòng)燃料，而行動(dòng)的背后，是航空業(yè)所面臨的成本高企和需求疲軟，以及對(duì)碳排放越來越嚴(yán)格的控制。目前，航空業(yè)的二氧化碳排放量已占全球人為二氧化碳總排放量的2%，并且每年仍在以3%的速度增加。

本月下旬，國(guó)泰航空就將營(yíng)運(yùn)首班獲認(rèn)證可持續(xù)生物混合燃料推動(dòng)的商業(yè)航班，3月21日，由上海虹橋機(jī)場(chǎng)飛往香港的KA859航班，就將采用由石化航空燃料，以及完全由廢棄食用油提煉而成的生物航空燃料，以1∶1分量制成的混合燃料推動(dòng)，其二氧化碳排放量約可減少25公噸。

這一航班也將是在中國(guó)首次使用生物混合燃料的國(guó)際商業(yè)航班，而全球兩大飛機(jī)制造商空客和波音，也都在與航空公司及石油石化企業(yè)合作，尋找可替代性燃油的各種試驗(yàn)。已經(jīng)在進(jìn)行可行性研究的，主要是液化氣燃料和生物燃料。

早在幾年前，一架空中客車飛機(jī)就以液化燃?xì)鉃槿剂?，成功完成了從英?guó)菲爾頓到法國(guó)圖盧茲的歷時(shí)3個(gè)小時(shí)的試驗(yàn)飛行，成為第一架用液化燃?xì)膺M(jìn)行飛行的民用飛機(jī)?？湛头矫嬷赋?，由燃?xì)饨?jīng)過加工轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料作為民用航空替代燃料在短期內(nèi)可能是一種比較現(xiàn)實(shí)和可行的方法。

最近兩年，空中客車公司還和維珍澳大利亞航空公司等合作伙伴共同進(jìn)行了一項(xiàng)歷時(shí)兩年的研究，發(fā)現(xiàn)在澳大利亞廣泛存在的小桉樹(mallee)能夠滿足成為航空生物燃油可持續(xù)原料來源的一定條件，由其制成的生物燃油為商業(yè)航班提供動(dòng)力具有可行性，排放水平將至少降低40%。而且小桉樹能夠在貧瘠的土地上茂盛生長(zhǎng)，不直接與人類爭(zhēng)奪水和食物。

在中國(guó)，中石油、中石化都參與到研制生產(chǎn)生物航煤的工作中，其中，中石化在杭州建了一條年產(chǎn)6萬噸的生產(chǎn)線，中石油也有相應(yīng)規(guī)模的規(guī)劃，使用的原料麻風(fēng)樹，來自中石油的原料基地。波音也與中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司合作建立了中美航空生物燃料示范項(xiàng)目，將“地溝油”轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的生物燃料。

不過，波音中國(guó)技術(shù)與研發(fā)副總裁伍東揚(yáng)對(duì)記者坦陳，目前所使用的生物燃料，都因?yàn)槌杀咎邿o法大規(guī)模投入商業(yè)使用，需要靠不斷開發(fā)新技術(shù)來降低成本，“而且出于安全性考慮，對(duì)新的生物燃油的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證至少需要2年甚至更長(zhǎng)。預(yù)計(jì)未來2年，航空生物燃料的商業(yè)模式將確定，未來10年，航空生物燃料才有可能得到商業(yè)規(guī)?；褂?。”