从外表上看,HB-SIA"阳光动力号"太阳能飞机并无任何特殊之处。而实际上它却凝聚了当今世界无数最新科技成果:机身由超轻碳纤维复合材料制成,翼展长达63.4米,可比一架波音747-400。然而,拥有如此大翅膀的飞机,即使包括飞行员在内,其重量亦不超过1600公斤,仅相当于一辆普通家用汽车,只需两个成年人便可将其骨架抬起。
HB-SIA"阳光动力号"机翼下方设有四个发动机舱,各配有一个10马力发动机,一个锂聚合物电池组和一个调节充放电及温度的控制系统。此外,还设计了一层保温层,旨在保护电池组发散的热量,以确保他们能在8500米的高空、零下40度的恶劣环境下仍然可以继续工作,每个发动机配有一台减速器,将直径为3.5米的双轮叶式螺旋推进器的转速控制在200-400转/分钟,其中,太阳能电池达到了11628块,机翼上配10748块,横向平衡器上配880块,平均飞行速度理论上是70公里每小时,终极目标是实现无燃料消耗的昼夜飞行。
白天,“阳光动力号”上升到9000米的高空,以平均每小时70公里的速度进行飞行的同时,将多余的太阳能电力储存到高性能蓄电池中。到了晚上,重达400公斤的聚合锂电池把白天的太阳能转换成电能,可供飞机夜间持续飞行8小时。由于碳纤维复合材料具备耐热性高的优点,飞行员可将白天飞行高度保持在8500到9000米之间,从而达到最佳的空气动力学效率和太阳能利用率。到了晚上,飞行高度降至1500米左右,降少耗电量,待次日太阳升起之后,飞机才重新回到高空进行饱和飞行+饱和充电。
对于使用环境恶劣储能成难题。为了提高安全系数,研发小组为飞行员提供了一整套高科技装备。专用的智能马甲具备防寒功能,能与导航设备相连。一旦飞机与预定航向偏离5度以上,马甲便会发出强力脉冲以唤醒沉睡中的飞行员。因此后者可以随时进入深度睡眠,而不必担心安全问题。此外,电池组表面的保温层可以阻止热量散失,从而确保蓄电装置在8500米高空、零下40摄氏度的恶劣环境中维持正常运行。
“阳光动力号”首席执行官安德烈·博尔施博格透露,当前飞机使用的光伏面板,转换效率大约为20%,飞机必须飞到9000米的高空才能吸取足够的光热。如果进行环球飞行,当处于北半球夏天,日照时间更长,但由于太阳升降期间与地平线形成的角度偏低,光伏面板其实无法在整个白天都吸取到光热。“有长达14个小时是需要使用电池飞行的,若电池有问题或储能不足,飞机不排除自9000米高空坠毁的可能。”此外,飞机的设计时速远低于喷气飞机的时速;此外其座位也被戏称为“经济舱”,只能做45度角的调整。
因此,即使在2012年实现环球飞行,要真正令太阳能飞机商用化,也还是前路漫漫———“阳光动力”的翼展已经大得如同一架波音飞机,却仍无法承载驾驶员以外的乘客。要么太阳能电池得到新的发展,使得动力得到增加;要么改造所有机场保证其起降。这或许才是飞机作为太阳能应用的终极挑战。
这架HB-SIA"阳光动力号"由一批热心环保事业的瑞士科学家、工程师和探险家共同倾力打造而成,耗资近7000万欧元。设计者希望飞机彻底摆脱现有对石油燃料的依赖,仅凭无限的太阳光实行昼夜连续飞行。
驾驶这架"阳光动力号"太阳能动力飞机是一个极端困难和高风险的工作。因为在过去还没有如此大翼展却又如此轻的一架飞机能够成功上天。“阳光动力”的专业团队一直在日以继夜的调整测试目标,以求把风险降到最低。
“太阳驱动”号从亚利桑那州凤凰城空港国际机场起飞,在飞行了18小时21分钟后,于23日凌晨1时零8分飞抵得州达拉斯-沃思堡国际机场,飞行路程达1541公里。
以前的太阳能飞机飞行纪录是由“太阳驱动”号创下的,当时它从瑞士飞到西班牙,全程达1116公里。
机师博尔施伯格说:“这一阶段行程特别具有挑战性,因为降落时遇到相当强的风势。以距离来说,这也是太阳能飞机的最长飞行路程。”
“太阳驱动”号在美国展开飞越美国大陆之旅,从凤凰城飞到达拉斯是第二阶段行程。第一阶段行程是从加州旧金山飞到凤凰城。
“太阳驱动”号翼展与波音747大型飞机相当,使用约1.2万块太阳能板,重量与普通四门小车相仿,平均飞行速度约每小时70公里,如果飞行员身体许可,可不间断飞行26小时。在夜间飞行时,它会飞到8230米的高空,然后缓慢向下滑翔,过程中不需要用到任何能源,一直到太阳升起时,太阳能板才再度积蓄能量。
自2010年4月7日首飞成功后,“太阳驱动”号每年都有突破,2011年首次完成瑞士至比利时跨国飞行,2012年5月完成瑞士至摩洛哥跨洲飞行,2015年将进行环球飞行。