陽(yáng)光動(dòng)力號(hào)于2011年5月2日在瑞士佩耶恩進(jìn)行一次測(cè)試短途旅行，然后嘗試首次飛往布魯塞爾的國(guó)際航班。

　　哈羅德·坎寧安/蓋蒂圖片社太陽(yáng)能豐富且無(wú)限可再生。因此，看到依賴(lài)太陽(yáng)的設(shè)備激增也就不足為奇了。從太陽(yáng)能庭院燈到太陽(yáng)能家庭和企業(yè)，許多人可以利用太陽(yáng)能提供的能量。但你可能會(huì)認(rèn)為太陽(yáng)能庭院燈并不是那么令人興奮(盡管它們背后的科學(xué)可能是)，也許你想知道還有什么。你會(huì)相信太陽(yáng)能飛機(jī)嗎?

　　雖然它們自 1970 年代以來(lái)一直在飛行，但太陽(yáng)能飛機(jī)可能已經(jīng)飛得遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于您的雷達(dá)，以至于它們聽(tīng)起來(lái)很新。一架太陽(yáng)能飛機(jī)可以帶你去一個(gè)相當(dāng)驚人的旅程。你必須從早上開(kāi)始，等待云層散去。螺旋槳呼嘯而過(guò)，飛機(jī)將在跑道上以打哈欠的緩慢速度行駛。當(dāng)風(fēng)吹上飛機(jī)時(shí)，你會(huì)上升得如此緩慢，以至于你幾乎不會(huì)被壓在座位上。

　　你會(huì)爬上鳥(niǎo)類(lèi)上方，珠穆朗瑪峰上方，商用噴氣式飛機(jī)上方和軍用間諜飛機(jī)上方(NASA和AeroVironment的Helios爬升至96，863英尺(29，524米))。你會(huì)安頓在平流層，那里是冰冷的卷云的家園。

　　無(wú)論這種歡樂(lè)之旅聽(tīng)起來(lái)多么有趣，太陽(yáng)能飛機(jī)都是為其他用途而設(shè)計(jì)的。由于它們基本上是低空飛行的衛(wèi)星，起初美國(guó)宇航局設(shè)想將它們停在城市上空作為通信平臺(tái)，但那是在我們有許多手機(jī)信號(hào)塔之前?，F(xiàn)在，軍方正在關(guān)注太陽(yáng)能飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)視。從理論上講，它們可以在高空停留多年。然而，實(shí)際上，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還沒(méi)有完全到位：記錄是兩周(真的!)沒(méi)有著陸，由QinetiQ的無(wú)人駕駛“Zephyr”創(chuàng)造。 然而，對(duì)于有人駕駛飛機(jī)，記錄是26小時(shí)10分19秒，由瑞士飛機(jī)陽(yáng)光動(dòng)力號(hào)保持。

　　有了這樣的記錄，一些組織希望改變太陽(yáng)能發(fā)電薄弱和效率低下的態(tài)度。

　　了解太陽(yáng)能飛機(jī)如何工作的最簡(jiǎn)單方法可能是將它們與天空中更常見(jiàn)的飛機(jī)進(jìn)行比較。我們將看看一架商用噴氣式飛機(jī) - 波音的747-400 - 和一架軍用噴氣式飛機(jī) - F-22A猛禽。

　　太陽(yáng)能飛機(jī)與傳統(tǒng)飛機(jī)

　　如前所述，太陽(yáng)能飛機(jī)主要是監(jiān)視飛行器。另一方面，波音的747-400從底特律飛往東京，以不錯(cuò)的燃油里程運(yùn)送數(shù)百名乘客。相比之下，F(xiàn)-22A猛禽是美國(guó)空軍的戰(zhàn)斗機(jī)。它被設(shè)計(jì)為快速、敏捷、安靜且?guī)缀蹩床灰?jiàn)。這些是基本區(qū)別。讓我們將這些飛機(jī)正面交鋒，或機(jī)翼對(duì)翼，以了解更多信息。

　　許多太陽(yáng)能飛機(jī)的形狀像飛行尺。例如，美國(guó)宇航局的Helios飛機(jī)翼展為247英尺(75米)，但只有12英尺(3.7米)長(zhǎng)[來(lái)源： 美國(guó)宇航局].747的翼展更短，為211英尺(64.3米)，機(jī)身大約是翼展的長(zhǎng)度[來(lái)源： 波音].F-22A猛禽是一架鐵鍬形的粗短飛機(jī)，機(jī)翼寬44.5英尺(13.6米)，長(zhǎng)62英尺(18.9米)。

　　與其他飛機(jī)相比，太陽(yáng)能飛機(jī)實(shí)際上是風(fēng)箏。有些是用手向空中拋擲的。赫利俄斯太重了。它最多重2，048磅(929公斤)，由昂貴，輕便和堅(jiān)固的材料制成 - 和聚苯乙烯泡沫塑料[來(lái)源： 美國(guó)宇航局].令人驚訝的是，整個(gè)飛機(jī)都在彎曲。(稍后會(huì)詳細(xì)介紹。猛禽重達(dá) 83，500 磅(37，875 公斤)，絕對(duì)不可彎曲。747 重達(dá) 875，000 磅(396，893 公斤)，包括貨艙中的所有行李。

　　你會(huì)發(fā)現(xiàn)很多電動(dòng)螺旋槳 - 多達(dá)14個(gè) - 在太陽(yáng)能飛機(jī)上，這就是它所有的推進(jìn)力。當(dāng)然，電動(dòng)螺旋槳在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)旁邊枯萎。猛禽的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以70，000磅(311，500牛頓)的總推力向前噴射[來(lái)源： 洛克希德馬丁公司].747的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)以高達(dá)126，600磅的總推力(563，145牛頓)移動(dòng)它

　　你不會(huì)對(duì)哪一個(gè)會(huì)在比賽中獲勝感到驚訝。當(dāng)環(huán)境在無(wú)污染的太陽(yáng)能飛機(jī)上微笑時(shí)，速度之神卻沒(méi)有。在低空巡航時(shí)，Helios的行駛速度不超過(guò)每小時(shí)27英里(每小時(shí)43.5公里)[來(lái)源： 美國(guó)宇航局].A 747以每小時(shí)567英里(每小時(shí)913公里)的速度巡航，猛禽可以達(dá)到接近2馬赫的速度

　　猛禽也以機(jī)動(dòng)性獲勝。雖然747和Helios可以轉(zhuǎn)彎，俯仰和改變速度，但猛禽可以旋轉(zhuǎn)循環(huán)飛行。

　　到目前為止，747在距離上獲勝。太陽(yáng)能飛機(jī)最遠(yuǎn)的飛行距離為163英里(262公里)。猛禽的最大航程為1，841英里(2，963公里)，而747可以飛行8，355英里(13，446公里)[來(lái)源： 洛克希德馬丁公司, 波音].

　　太陽(yáng)能飛機(jī)在一個(gè)你可能沒(méi)有考慮過(guò)的類(lèi)別中獲勝 - 長(zhǎng)壽。噴氣式飛機(jī)必須降落加油。太陽(yáng)能飛機(jī)不必如此。只要電池充電，它們就可以保持在高空，以便它們度過(guò)夜晚。通過(guò)在空中停留三天以上，太陽(yáng)能飛機(jī)已經(jīng)超過(guò)了噴氣式飛機(jī)，許多太陽(yáng)能飛機(jī)制造商都有數(shù)月到數(shù)年的目標(biāo)。

　　現(xiàn)在您知道太陽(yáng)能飛機(jī)如何與其他飛機(jī)堆疊，讓我們仔細(xì)看看它的設(shè)計(jì)。

　　受太陽(yáng)限制

　　與一加侖噴氣燃料中的能量相比，在一小時(shí)內(nèi)擊中太陽(yáng)能飛機(jī)上一平方英尺面板的太陽(yáng)能微不足道。太陽(yáng)能電池板還將更少的太陽(yáng)能(在10%到20%之間)轉(zhuǎn)換為用于轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳的電能，與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中用于推動(dòng)噴氣式飛機(jī)的功率燃燒量相比。最后，一平方英尺(0.09平方米)的太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的功率比點(diǎn)亮60瓦燈泡所需的功率少三到六倍，所以你可以看到為什么工程師用面板覆蓋飛機(jī)并試圖保持照明

　　太陽(yáng)能飛機(jī)設(shè)計(jì)

　　太陽(yáng)能飛機(jī)上沒(méi)有太多東西。它們平坦得可笑，很薄，邀請(qǐng)風(fēng)把它們抬起來(lái)，而不是把它們撞來(lái)撞去。車(chē)身堅(jiān)固輕便，通常由碳纖維管制成框架，并在其上拉伸像凱夫拉爾一樣堅(jiān)固的織物。在結(jié)構(gòu)的某個(gè)地方，你會(huì)看到一個(gè)“X”或“V”，它阻止飛機(jī)滾動(dòng)。

　　大多數(shù)飛機(jī)在夜間使用電池運(yùn)行，盡管有些飛機(jī)使用燃料電池。電池重量輕，精力充沛，通常排列在一片中。QinetiQ的太陽(yáng)能飛機(jī)“Zephyr”保持著目前的續(xù)航記錄，在一塊鋰硫電池上運(yùn)行[來(lái)源： 灌木].電池連接到轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳的電機(jī)。

　　你不能錯(cuò)過(guò)太陽(yáng)能電池板，這是飛機(jī)的皮膚和心臟。它們不同于衛(wèi)星或太陽(yáng)能房屋上剛性、笨重的太陽(yáng)能電池板。這些面板厚幾毫米，足夠靈活，可以滾動(dòng)，并且非常高效且昂貴[來(lái)源： 灌木，USO]。太陽(yáng)能電池板也連接到螺旋槳。

　　在機(jī)上，飛機(jī)將攜帶光，電壓和風(fēng)傳感器，并將有一種將這些信息傳遞給飛行員的方法。

　　如果你想知道輪子在哪里 - 沒(méi)有必要打擾?！耙恍┨?yáng)能飛機(jī)基本上在飛行中掉落起落架，因?yàn)槟悴恍枰鼈?。飛機(jī)可能會(huì)降落在滑行或墜毀著陸上。工程師們正在擺脫你能想象到的每一點(diǎn)重量，“美國(guó)宇航局德萊頓飛行研究中心的工程師約翰德?tīng)柛ダ卣f(shuō)。

　　一些太陽(yáng)能飛機(jī)是真的 無(wú)人機(jī)s，或 無(wú)人機(jī).除了起飛和降落，自動(dòng)駕駛儀駕駛飛機(jī)。飛行員使用機(jī)載系統(tǒng)跟蹤飛機(jī)并從地面控制其電機(jī)。無(wú)人駕駛飛機(jī)包括美國(guó)宇航局已故的Helios，Zephyr和Aurora Flight Sciences的Odysseus和SunLight Eagle。

　　其他太陽(yáng)能飛機(jī)可以支持飛行員。有人駕駛的太陽(yáng)能飛機(jī)的例子是NASA和AeroVironment的退役Gossamer Penguin和Solar Challenger，以及另一個(gè)組織的Solar Impulse，旨在環(huán)游地球。

　　奇怪的太陽(yáng)能

　　這 奧德修斯由極光飛行科學(xué)公司炮制的，仍在設(shè)計(jì)中。在模擬中，飛機(jī)的三段從跑道起飛。隨著這些部分連接在一起，飛機(jī)在半空中建造自己。為了從更多角度捕捉太陽(yáng)，飛機(jī)像手風(fēng)琴一樣折疊自己。

　　你可能會(huì)持懷疑態(tài)度，但國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)不是。它選擇了奧德修斯作為其禿鷲計(jì)劃，該計(jì)劃將嘗試連續(xù)駕駛飛機(jī)五年，同時(shí)攜帶1，000磅(454公斤)

　　飛行太陽(yáng)能飛機(jī)

　　赫利俄斯有很多螺旋槳。

　　美國(guó)宇航局德萊頓飛行研究中心照片集/尼克·加蘭特太陽(yáng)能飛機(jī)的飛行從檢查開(kāi)始。檢查電池 - 它應(yīng)該充電。檢查地風(fēng)。它們不應(yīng)超過(guò)每小時(shí)10英里(每小時(shí)16公里)，否則飛機(jī)可能會(huì)在跑道上墜毀。檢查空氣中的湍流，因?yàn)轱w機(jī)必須通過(guò)湍流層上升。云層中的波浪是一個(gè)不好的征兆?！帮L(fēng)是你的敵人，”德?tīng)柛ダ卣f(shuō)。

　　早晨最適合起飛，當(dāng)太陽(yáng)在頭頂上，白天還有充足的陽(yáng)光。作為跑道，您需要一個(gè)比三個(gè)足球場(chǎng)多一點(diǎn)的圓圈，這比普通機(jī)場(chǎng)跑道短 10 倍。接下來(lái)，使用該圓圈傾斜飛機(jī)起飛。你把飛機(jī)指向，讓風(fēng)迎面吹來(lái)，但永遠(yuǎn)不會(huì)越過(guò)它。側(cè)風(fēng)對(duì)大多數(shù)太陽(yáng)能飛機(jī)來(lái)說(shuō)意味著破壞，因?yàn)樗鼈兛梢詫w機(jī)拋向不需要的方向。

　　當(dāng)螺旋槳在線時(shí)，電池電源和太陽(yáng)能的組合可以使它們開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，飛機(jī)準(zhǔn)備滾動(dòng)(或被手動(dòng)拋向空中)?！帮w機(jī)以自行車(chē)的速度起飛，”德?tīng)柛ダ卣f(shuō)，因?yàn)槠痫w通常是用太陽(yáng)能完成的。作為一名飛行員，通常在地面上，您可以避開(kāi)陰影并轉(zhuǎn)向以獲得最大的陽(yáng)光，以節(jié)省電池的電量。

　　飛機(jī)緩緩上升。你通過(guò)加速它的中央螺旋槳，把它向上傾斜來(lái)讓它上升。在35，000英尺(10.6公里)左右，你已經(jīng)擊中了噴射流。堅(jiān)持。在這個(gè)湍流的天空層中，像美國(guó)宇航局的赫利俄斯這樣的飛機(jī)可以隨著風(fēng)從平坦到戲劇性的“U”彎曲。如果飛機(jī)不彎曲，風(fēng)可能會(huì)把它撕裂。飛機(jī)不能留在這里，747飛機(jī)在那里巡航，因?yàn)槿绻牧黠L(fēng)沒(méi)有殺死它，噴射流會(huì)把它帶走。

　　在噴射流上方，躲避蓬松的云層;他們擋住了太陽(yáng)。轉(zhuǎn)彎就像加速飛機(jī)一側(cè)的螺旋槳一樣簡(jiǎn)單。在40，000英尺(12公里)處，你已經(jīng)進(jìn)入了平流層，這是一個(gè)靜止的層，冰冷的卷云不會(huì)阻擋你的太陽(yáng)。最后，在65，000英尺(20公里)處，您可以在靜止中放松身心，幾乎可以滑翔。如果您打算熬夜，請(qǐng)確保您的電池已充電以運(yùn)行螺旋槳。否則，您將開(kāi)始失去高度。

　　在飛行過(guò)程中，太陽(yáng)能飛機(jī)在電池和太陽(yáng)能之間自動(dòng)切換。當(dāng)有太陽(yáng)時(shí)，它會(huì)運(yùn)行螺旋槳并為電池或燃料電池充電。為了更快地為電池充電，飛行員可以飛得更慢。在夜間或云層中，螺旋槳僅靠電池或燃料電池運(yùn)行。

　　當(dāng)需要著陸時(shí)，切斷停止螺旋槳的動(dòng)力。太陽(yáng)能飛機(jī)滑翔下來(lái) - 工程師寧愿讓它們成為高效的飛行者，也不愿快速著陸?！八鼈兿陆档梅浅Ｂ钡?tīng)柛ダ卣f(shuō)?！爱?dāng)你試圖帶一個(gè)著陸時(shí)，你想抓住它并把它拉下來(lái)。

　　太陽(yáng)能飛機(jī)的環(huán)境效益

晶圓一樣薄的飛機(jī)支付2000萬(wàn)美元，但這就是太陽(yáng)能飛機(jī)的成本。" src="https://supp.iczoom.com/images/public/202301/1673500080434064809.jpg" width="290" height="217"/>

　　很難想象為一架像晶圓一樣薄的飛機(jī)支付2000萬(wàn)美元，但這就是太陽(yáng)能飛機(jī)的成本。

　　美國(guó)宇航局德萊頓飛行研究中心照片集/湯姆·奇達(dá)許多研究人員表示，將太陽(yáng)能飛機(jī)停在天空中很有用。它可以懸停在一個(gè)地方上，攜帶攝像頭或其他傳感器。在平流層中，它可以對(duì)臭氧層附近的氣體進(jìn)行采樣。它還可以觀察森林火災(zāi)或跟蹤地面上的颶風(fēng)。

　　對(duì)于軍方來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能飛機(jī)可以幫助偵察。像間諜飛機(jī)一樣，它們飛得很高，這使它們隱身。但是，雖然間諜飛機(jī)必須飛過(guò)并返回，但太陽(yáng)能飛機(jī)卻一眨不眨。他們可以拍攝多年不間斷的照片或視頻?！爱?dāng)事件發(fā)生時(shí)，他們可以研究導(dǎo)致它的一切，”德?tīng)柛ダ卣f(shuō)。對(duì)于執(zhí)法部門(mén)來(lái)說(shuō)，它們有利于邊境和港口巡邏。

　　的確，衛(wèi)星可以執(zhí)行其中的一些任務(wù)。但是太陽(yáng)能飛機(jī)用更便宜的相機(jī)在地面上看到更多細(xì)節(jié)，因?yàn)樗鼈兏咏袆?dòng)。它們的構(gòu)建和啟動(dòng)成本也較低。雖然衛(wèi)星一旦進(jìn)入軌道就很難移動(dòng)，但太陽(yáng)能飛機(jī)很容易移動(dòng)。將太陽(yáng)能飛機(jī)放下來(lái)進(jìn)行維護(hù)也更容易。

　　太陽(yáng)能飛機(jī)是電動(dòng)的，不排放廢氣。商用飛機(jī)可以。1992年，飛機(jī)排放了5億噸一氧化碳2，或人類(lèi)一氧化碳的 2%2 排放 [來(lái)源： 警 監(jiān) 會(huì)].它們的廢氣含有許多與健康和環(huán)境影響有關(guān)的物質(zhì)，盡管美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)規(guī)定了它們的水平，并且正在研究機(jī)場(chǎng)附近的健康影響[來(lái)源： 美國(guó)環(huán)保署, 瓦赫特].無(wú)論如何，太陽(yáng)能飛機(jī)不能成為干凈的客機(jī)，因?yàn)樗鼈兛赡苡肋h(yuǎn)沒(méi)有足夠的動(dòng)力來(lái)搭載許多乘客，德?tīng)柛ダ卣f(shuō)。

　　平流層噴氣式飛機(jī)，如F-22A猛禽和U-2間諜飛機(jī)，也會(huì)排放廢氣。雖然它們將其排放到平流層，那里的氣體持續(xù)時(shí)間比我們?cè)谙旅娴膶?duì)流層中更長(zhǎng)，但它們對(duì)空氣污染，臭氧消耗和全球變暖的貢獻(xiàn)尚未得到徹底測(cè)量。能夠像這些飛機(jī)一樣加速和機(jī)動(dòng)的太陽(yáng)能飛機(jī)還需要很多年的時(shí)間。因此，在這個(gè)時(shí)候，談?wù)撎?yáng)能飛機(jī)是其他飛機(jī)的環(huán)保替代品是不切實(shí)際的。盡管如此，它們?nèi)匀皇钱?dāng)前應(yīng)用的清潔車(chē)輛。

　　Del Frate說(shuō)，太陽(yáng)能飛機(jī)的一個(gè)令人驚訝的好處是，如果太陽(yáng)能電池板制造商每年為十幾架太陽(yáng)能飛機(jī)提供大型高效電池板，那么家庭高效電池板的成本就會(huì)下降。

　　是一只鳥(niǎo)!是飛機(jī)!

　　“曾經(jīng)有人問(wèn)我，鳥(niǎo)呢?你擔(dān)心撞到一只鳥(niǎo)嗎?“約翰·德?tīng)枴じダ鼗貞浀??！拔也坏貌恍?。一只鳥(niǎo)可以飛過(guò)這些東西之一。一只鳥(niǎo)可以在飛行時(shí)在其中一個(gè)東西上筑巢! 由于很難將太陽(yáng)能飛機(jī)移開(kāi)，飛行員與美國(guó)聯(lián)邦航空局合作，計(jì)劃遠(yuǎn)離其他飛機(jī)的航班。幸運(yùn)的是，很少有飛機(jī)在65，000英尺(20公里)的高度飛行。

　　對(duì)太陽(yáng)能飛機(jī)的擔(dān)憂

　　“我記得人們從未想過(guò)他們能夠飛行。在飛機(jī)創(chuàng)下飛行記錄后，那些批評(píng)者被沉默了，“德?tīng)柛ダ卣f(shuō)。但批評(píng)者仍然對(duì)太陽(yáng)能飛機(jī)提出異議。

　　“批評(píng)者傾向于指出這些飛機(jī)很脆弱，”德?tīng)柛ダ卣f(shuō)。他說(shuō)，美國(guó)宇航局的探路者飛機(jī)在NASA機(jī)庫(kù)內(nèi)被風(fēng)吹過(guò)門(mén)損壞。“我們建立了必要的力量，僅此而已。它們很輕，材料非常少 - 這是有原因的。

　　很難想象為一架像晶圓一樣薄的飛機(jī)支付2000萬(wàn)美元，但這就是太陽(yáng)能飛機(jī)的成本。根據(jù)Del Frate的說(shuō)法，僅太陽(yáng)能電池板就占成本的一半左右。但從這個(gè)角度來(lái)看，波音747的起價(jià)為2.34億美元[來(lái)源： 波音].

　　飛機(jī)不是重型升降機(jī);迄今為止建造的最強(qiáng)的可以攜帶一名飛行員?！叭绻鼈儙缀醪粩y帶任何有效載荷，那又有什么意義呢?”德?tīng)枴じダ?Del Frate)總結(jié)了批評(píng)者的說(shuō)法。他指出，太陽(yáng)能飛機(jī)可以攜帶傳感器和攝像頭，它們很輕，而且越來(lái)越輕?！翱纯茨愕氖謾C(jī)能做的所有事情。它幾乎沒(méi)有重量。

　　到目前為止，太陽(yáng)能飛機(jī)需要特殊的飛行條件。雖然電池可以在夜間和陰涼處攜帶它們，但飛機(jī)不能在暴風(fēng)雨中起飛或飛行。他們不能在強(qiáng)風(fēng)中起飛。它們不能停留在積云或天空的湍流層中。

　　“批評(píng)者會(huì)指出，他們一年中只有九個(gè)月有用，他們是對(duì)的，”德?tīng)柛ダ卣f(shuō)。在冬季，飛機(jī)很難熬夜，白天很短，夜晚很長(zhǎng)。由于太陽(yáng)靠近地平線，而太陽(yáng)能電池板通常筆直向上，飛機(jī)很難收集足夠的陽(yáng)光來(lái)保持高空。設(shè)計(jì)師們正在傾斜和放置太陽(yáng)能電池板，無(wú)論太陽(yáng)在哪里都能捕捉到太陽(yáng) - 有些人正在計(jì)劃折疊飛機(jī)。

　　湍流合計(jì)的太陽(yáng)神

　　湍流可能在夏威夷的一次測(cè)試中擊落了美國(guó)宇航局的赫利俄斯飛機(jī)。這一切都始于2，800英尺(853米)的旋風(fēng)將機(jī)翼向上彎曲，從而使飛機(jī)向下傾斜[來(lái)源： 諾爾等人].“它開(kāi)始在音調(diào)上振蕩 - 鼻子向上，鼻子向下，鼻子向上，鼻子向下 - 每次振蕩時(shí)，它的速度都會(huì)增加一倍。當(dāng)它的速度比設(shè)計(jì)飛行速度快三倍時(shí)，太陽(yáng)能電池開(kāi)始脫落。很快，我們失去了所有的升力，它掉進(jìn)了太平洋，“德?tīng)柛ダ卣f(shuō)。