太陽能飛機

太陽能飛機是以太陽輻射作為推進能源的飛機。太陽能飛機的動力裝置由太陽能電池組、直流電動機、減速器、螺旋槳和控制裝置組成。為了獲取足夠的太陽能，飛機機翼面積較大。

20世紀80年代初，美國研制出“太陽挑戰(zhàn)者”號單座太陽能飛機。該機翼展14.3米，翼載荷為60帕，飛機空重90千克，機翼和水平尾翼上表面共貼有16128片硅太陽電池，在理想陽光照射下能輸出3000瓦以上功率。這架飛機1981年7月成功地由巴黎飛到英國，平均時速54千米，航程290千米。但此時，太陽能飛機還處于試驗研究階段，它的有效載重和速度都很低。目前，美國、以色列、日本等國都在積極開展對太陽能飛機的研究。

太陽光轉換成電能

20世紀60年代，科學家們就已經將太陽能電池應用于空間技術，比如通信衛(wèi)星和偵察衛(wèi)星，它們一般多使用太陽能帆板提供電力。應用在輕型飛機的太陽能電池厚度一般為125微米，密封厚50-100微米，覆蓋層厚25微米，每千克太陽能電池可以產生200瓦電力。如果采用超薄(5微米)砷化鉀做太陽能電池，輸出會更高。使用復合材料制造的光學設備和結構的太陽電池陣列能夠提供2570瓦電力。美國《航空航天技術周刊》2005年5月22日報道，美導彈防御局(MDA)高空飛艇(HAA)原型機將采用光伏電池推進，為機載設備提供電力。該無人飛艇預定在2009年夏季首飛，原型艇長400英尺(122米)，直徑140英尺(42.7米)，體積370萬立方英尺(10.48萬立方米)，用于驗證是否可開發(fā)更大的飛艇，在近太空高度呆上1年或更長時間，執(zhí)行通信中繼、監(jiān)視、氣象監(jiān)控等任務。

“太陽神”無人機

在“太陽挑戰(zhàn)者”號研制的基礎之上，美國又研制出更先進的太陽能飛機——“太陽神”號。“太陽神”號耗資約1500萬美元，用碳纖維合成物制造，部分起落架材料為越野自行車車輪，整架飛機僅重590公斤，比小型汽車還要輕；機身長2.4米，活動機翼全面伸展時達75米，連波音747飛機也望塵莫及。“太陽神”號機身上裝有14個螺旋槳，動力來源于機翼上的太陽能電池板。“太陽神”是一種無人駕駛的太陽能飛機。在早晨陽光不是很強烈時，“太陽神”裝備的太陽能電池可以為飛機提供10千瓦的電能，使飛機能夠以每秒33米的速度爬高。中午時分，電池提供的電能達到40千瓦，飛機的動力性能達到最佳狀態(tài)。晚上，飛機則依靠儲存的電能進行巡航飛行。“太陽神”在外形方面的最大特點是有兩個很寬的機翼，但“太陽神”的起飛速度只相當于自行車的速度，升空后以每小時30至50公里的巡航速度飛行。研究人員說，他們將對“太陽神”的推進系統(tǒng)進行改造，希望它的改進型最終能夠達到3萬米的飛行高度。這樣“太陽神”就可以承擔更多的目前仍由衛(wèi)星承擔的工作，它的實用性也就更大了。“太陽神”是新型飛機中的先鋒，研制這種飛機是為了讓它作為一種多用途飛行器，執(zhí)行一些長期的空中科研任務。我國也開展了太陽能飛機的研究計劃，“綠色先鋒”是我國第一項太陽能無人機的正式方案。這個方案的實施，標志著我國在太陽能無人駕駛飛機研制方面取得了新的突破。據悉，英國正在進行一項太陽能輕型無人駕駛飛機的研究項目——“西風3號”。該機能耐飛至12萬米的高空。盡管飛機的翼展達到36米，但其重量同一歲幼兒的體重差不多，僅為12公斤。2006年8月15日，英國研制的“西風3號”無人機在美國新墨西哥州的白沙導彈靶場進行了試飛。參加試飛的3架“西風”中，有一架在一次試飛中連續(xù)飛行18小時，其中7小時是在夜間，從而創(chuàng)下了該機連續(xù)飛行時間的新記錄。“西風”在晝間使用太陽能、夜間則使用可充電電池推進。該機翼展達16米，但重量只有30千克，其研制目標是實現在5萬英尺(15240米)以上高度連續(xù)飛行數月。最近進行的系列試飛除確認其是否具有預期的飛行性能外，還用其中的2架進行了有效載荷試飛，包括首次成功地進行了通信中繼演示，在山區(qū)地形中實現了超視距通信；以及使用不同的光電／紅外傳感器，成功獲取了光電／紅外混合圖像并將其視頻實時下傳。

“月亮神”太陽能飛機

理論上，太陽能飛機由于避免了傳統(tǒng)機載燃料這一負擔，能在空中連續(xù)飛行至少一夜、數周甚至更長的時間。這無疑將對科學研究或軍事應用帶來可喜的福音。但科學家說，為了夜間飛行而尋找能夠積聚、保存日間能源的最好的方式，這本身就是進一步發(fā)展太陽能無人機技術中的一個重要難題。目前，一個由飛行員、工程師和科學家組成的隊伍正在研制、試驗一種未來飛機，它能僅以太陽能為動力，不停歇地繞地球飛行。1999年3月，瑞士人皮卡德和英國人瓊斯乘坐“布雷特林軌道飛行器3”氣球，完成了世界上首次不間斷環(huán)球飛行。他們的飛行，當時被稱作是20世紀末的一次重大航天奇跡。他們乘坐的飛行艙被安放到華盛頓天文航天博物館，與著名的阿波羅飛船和萊特兄弟制造的第一架飛機一起向世人展覽。皮卡德正在進行的、旨在挑戰(zhàn)人類極限的“太陽能動力”方案，充分考慮到了環(huán)境因素。這種飛機只使用太陽能，夜間使用蓄電池作動力。方案設計者認為，創(chuàng)造航天記錄并不是他們的目的，重要的是呼吁世人注重使用可再生能源。使用太陽能，它就避免了機載傳統(tǒng)燃料這一負擔，而且，現在技術發(fā)展已經產生了可喜的成果，如今任何一種僅利用太陽能的飛行器，至少能在空中堅持至少一夜時間的飛行。首架樣品飛機已于2004年底前問世，2006年開始進行飛行試驗，到了2007年，即可按照計劃在36小時飛行框架內進行整夜時間的夜間飛行。

執(zhí)行多種任務

現在世界上通用的飛機，大多使用吸氣式發(fā)動機提供動力，一遇高空空氣稀薄，發(fā)動機功率就下降，因此，現有飛機的飛行高度和續(xù)航能力很難進一步提高，而以太陽能為動力的飛機，完全可以彌補這些不足，飛得更高更遠。正是這些優(yōu)點，使得太陽能無人機在資源調查、環(huán)境監(jiān)測甚至軍事預警等方面有著廣泛用途。比如：在發(fā)生地震、洪災或者森林火災時，可以替代中斷的通信，使受災地區(qū)與外界保持聯(lián)絡：還能在臺風上空飛行，跟蹤和檢測暴風雨：此外還能到核爆現場采樣，在預定空域長時間盤旋偵查敵情，校炮或者為戰(zhàn)機指引攻擊目標。目前，世界各國都希望能研制一種飛機，它能在空中連續(xù)飛行數周甚至更長的時間，提取空氣樣品用于科學研究，或在戰(zhàn)區(qū)上空監(jiān)視敵軍動態(tài)，尋找敵軍裝備，執(zhí)行作戰(zhàn)任務，同時也可作為中繼站，完成通信、指揮任務。目前。一些國家正在研制巨型太陽能飛機，準備創(chuàng)造航空奇跡，進行長途環(huán)球飛行。這種巨型太陽能飛機僅機翼就達到了空中客車A380的長度，上面裝有250平方米的太陽能電池板。據悉，這項環(huán)球飛行壯舉將于2011年前完成。據《星期日泰晤士報》報道，英國科學家最新研制出全球首架太陽能無人偵察機。為了防止長時間日光照射導致飛機溫度過高，在太陽能偵察機機身表面還涂抹有一層特殊的“太空油脂”。雖然體積和重量“縮水”，可是該機功能卻大大增強了，它上面的照相機可以從60000英尺(18288米)高空精確拍攝大小僅為10英寸(25.4厘米)的地面目標。同時，它還可以接收和傳播特種部隊士兵從遠方發(fā)送來的無線電信號。另外，從建造成本來說，一架太陽能偵察機的花費僅為100萬英鎊，而一顆偵察衛(wèi)星的造價則為1500萬英鎊。目前尚未解決的一個難題是，如何找到一種可靠的方式發(fā)射太陽能間諜飛機，因為它無法依靠自身動力起飛。在目前的試飛中，3名試驗人員牽引著飛機沿著跑道奔跑，才能讓它起飛。

[責任編輯]林 京