太阳能飞机“Solar Impulse”挑战零化石燃料环绕地球

如果问日本人“新兴企业的圣地是哪里？”恐怕十之八九的回答会是“硅谷”。可见“新兴企业＝硅谷”在日本已经是深入人心，美国西海岸也的确推出了众多的创新项目。

其实在美国西海岸以外的地区，挑战创造新服务和业务的新兴企业也数不胜数。本连载将以欧洲为中心，把目光对准俄罗斯、中东、非洲，介绍这些地方涌现的希望改变世界的创业者。

本文要介绍的，是旨在开发不使用化石燃料能源的、以环绕地球一周为目标的Solar Impulse太阳能飞机。

翼展约为72米，总重量为2300公斤。在比美国波音的大型客机“747”还要长的机翼上，密密麻麻地排满了约1.7万个太阳能电池单元。这些电池单元白天储存太阳能，夜晚用作飞行的动力。通过在夜晚使用白天储存的能源，理论上可以实现24小时连续飞行。

探险家贝特朗·皮卡尔（Bertrand Piccard）于1999年产生了这样的构想。当时，他刚刚乘坐热气球，创造了不着陆环绕地球一周的最短纪录。之后，为了使构想成真，皮卡尔从2003年正式开始研究。他与好友、同为探险家的安德烈·博尔施贝格（André Borschberg）齐心协力，目标便是“不使用化石燃料环绕地球一周”。

经过长达10多年的大型调查研究和样机测试飞行，环球之旅终于将在2015年成行。除了瑞士的大型制造企业之外，这个总预算高达7000万欧元的大型项目还得到了美国谷歌、丰田等许多跨国企业的协助。

那么，这个前所未有的项目是如何诞生的呢？记者就此对皮卡尔进行了采访。

——Solar Impulse从构思算起，历经了10多年的岁月，这项开发是基于怎样的契机？

皮卡尔：这个项目的目的非常简单。就是开发以太阳能为动力24小时持续飞行的飞机。

众所周知，化石燃料能源已经成为了现代社会赖以生存的基础。生活需要的所有产品都涉及化石燃料，对于如此之高的依赖度，很多人甚至都没有注意到。然而遗憾的是，能源是有限的。在化石燃料枯竭之前，人类必须设法摆脱过度依赖的状态。这就是最初的出发点。

从化石燃料的制约中解放出来

　　贝特朗·皮卡尔（Bertrand Piccard）

探险家、精神科医生。1958年3月1日出生在瑞士洛桑。从小开始便对“极限状态下的人类行为”产生兴趣，挑战了多项探险。1970年代开始参与滑翔伞、超轻型飞机等运动项目，1985年赢得滑翔伞世界锦标赛冠军。1999年第三次挑战热气球不着陆环绕地球获得成功。2003年开始与安德烈·博尔施贝格合作开展Solar Impulse项目。皮卡尔来自瑞士著名的探险家家族。祖父奥古斯特·皮卡尔是世界上第一位乘坐热气球到达平流层的探险家。父亲の雅克·皮卡尔是一名海底探险家，曾驾驶自己参与开发的潜水舰，创造了潜入水底1万916米的世界纪录。

那么，怎样才能通过自己的方式，向社会发问呢？经过不断思考，我得出的结论就是Solar Impulse项目。

请设想一下。如果实现无需化石燃料即可环绕地球的飞机，世界应该会发生巨大的改变。我相信，这不仅会成为能源政策的重大转折点，也会超越航空的范畴，为众多产业带来冲击。

项目的转机出现在1999年。当时，我乘坐热气球挑战不着陆环绕世界，创造了不到20天的世界最快纪录。因为前面经历了两次失败，创造纪录时的欣喜之情真是无法用语言表达，但另一方面，通过这次热气球探险，在我的脑海之中，有一个问题一直挥之不去。那就是能源的制约。

即使飞艇的燃料装得再满，我们也无法逃脱化石燃料的制约。只要燃料耗尽，就必须着陆。只要机体还依赖于化石燃料，这个问题就会永远存在。

那么，有没有办法从制约中解放出来呢？如果能够做到这一点，探险就可以持续更久的时间。

答案其实就在我们的身边。

——答案是太阳能？

皮卡尔:对。就在我乘坐热气球时一直眺望的上空。

我很快想到了创意：不妨在白天飞行时积累太阳能，在夜晚慢慢释放能源保持飞行。从理论上来说，这样做可以不受化石燃料的制约，实现持续飞行。

——创意虽然简单，听上去似乎有些荒诞。

最初周围的反应差不多就是这样。“理论上的确如此。但这样的飞机真能制造出来吗”。对于我的想法，多数人都付之一笑。

但探险就是要挑战人们觉得不可能的事物。有意思的是，通过坚持不懈地介绍自己的构想，终于有人产生了兴趣。

2003年，项目在位于瑞士洛桑的瑞士联邦理工学院揭开了开发的序幕。

——在技术上具有相当高的难度吧？

毕竟在那之前，没有人想到过要让太阳能飞机环绕地球。我们邀请众多领域的工程师齐聚一堂，反复进行了技术研究。不出所料，最终得出的结论是“这会是个相当困难的项目”（笑）。

利用现在的技术开发环绕地球的太阳能飞机有三个重点：（1）重量轻、（2）机体结实、（3）安全性，在开发的时候必须要对这三点精益求精，使其在高水平达到统一。

太阳能飞机的机体配备了1.7万个太阳能电池单元。电池单元吸收的太阳能用来驱动4个螺旋桨，剩余的电能储存到供夜间飞行的电池中。目前配备的太阳能单元的数量为1.7万个，在全天满负荷利用太阳能发电的情况下，飞机可以输出的平均功率约为8kW。要想利用这些电能尽可能延长飞行距离，就必须设计出能源损耗最低的机体，并且减轻其重量。

　　翼展超过波音747

而且，因为机体要搭载乘员，单是轻是不够的。还必须具备强度，采用足以抵御阵风、气压和气温变化的结构。经过不断摸索，我们最终找到了满足上述要素的答案。

——应运而生的就是下图中的飞机吧。

一眼就可以看出，太阳能飞机的机翼非常长。翼展为72米，比波音747-8I的68.5米还要长。机翼上安装了约1.7万个吸收太阳能发电的太阳能电池单元。单元产生的电能用来驱动四台最大功率为17马力的马达，左右各两台，多余的部分储存在蓄电池中。

每台马达的最大输出功率约为17马力。配合输出功率，螺旋桨的转数降低到了525转/分钟。在夜晚的时候，为了最大限度减少耗电，飞机的飞行高度会从8500米逐渐下降到1500米，像滑翔机一样飞行。

与机翼相比，机体本身的长度极短，类似于滑翔机的形状。这样做的目的都是为了减轻重量，总重量只有2300公斤。仅相当于一辆乘用车的重量。电池、马达和太阳能电池板占据了大部分重量，单是电池就达到了633公斤。因此，为了最大限度减少多余的重量，实现轻量化，机壳材料采用了碳纤维。

信息技术当然也得到了充分利用。机体信息利用传感器逐次采集，在对数百个以上的参数进行实时分析后，发送给飞行员和管理系统。环球飞行的关键——放电和充电的平衡随时受到监控，按照飞行条件，调整到最佳的输出水平。

　　有制约才有发展

——项目的进展可谓是一波三折。

皮卡尔：现在技术上依然有需要克服的课题，今后估计还会出现其他课题。但反过来说，正是因为存在制约，才催生出了新的创新。

当然，单靠我们的团队无法解决所有的课题。开发也借助了外部的帮助。核心开发组大约有50人左右，除这部分人员外，还有80位技术伙伴，以及超过100位的外部专家提供了支持。

为了这个项目，还有不少企业无私地提供了技术帮助。提供通信设备的通信公司瑞士电信为我们专门开发了飞机上配备的超轻量小型基站。使飞行员在飞行之中，能够随时随地通过卫星手机进行通话。

对于太阳能单元技术、机壳材料、马达、电池等技术，合作企业的援助同样不可或缺。从这个意义上来说，Solar Impulse是一项打破了国家和企业界线的大型项目。

——请问提供支持的企业有哪些？

皮卡尔：因为项目始于瑞士，所以主要伙伴是瑞士的大型企业。包括了化学企业Solvay、高级钟表企业欧米茄、在日本也开展业务的迅达、设备企业ABB等70多家企业。

除此之外，维珍集团的创始人理查德·布兰森（Richard Branson）等名人也以个人名义给予协助，美国谷歌等跨国企业也在2013年宣布提供支持。日本企业中，丰田的当地法人赞助了普锐斯。

从这个意义上来说，Solar Impulse项目的创意虽然来自瑞士，但实现借助了全球各地企业与个人的力量。

——正式飞行即将于2015年展开，现在的准备情况如何？

我们正在以2014年完成的正式机为基础，反复进行测试飞行。与此同时，飞行员的训练也已经渐入佳境。到正式飞行的时候，驾驶员要在没有加压的3.8立方米的驾驶舱中呆上5～6天。最高飞行高度达到8500米，睡眠时间约为1天2小时。要想在这样的极限状态下冷静驾驶，需要反复进行严格训练。

首先拿出形态。批评算不得本事

——既然有这么多的困难，为何还要继续探险？

那是因为我们需要展现这样一个理念：难题是可以解决的。在过去，没有任何一个专家相信不使用化石燃料的飞机能够实现。但我们逐渐使其成形，所以想法也发生了改变。

因此，展示形态非常重要。倘若只是讨论和批评，是个人就能办到。这个项目一旦成功，无疑将会成为能源产业的转折点。

正式飞行的时间定在2015年4月，出发地为中东地区。如果计划顺利，飞机将会在4月下旬前后穿越日本上空。

就个人而言，我希望让更多的日本企业了解我们的活动。并且成为我们的伙伴。2014年是瑞士与日本建交150周年。对于双方进一步加深关系，是一个难得的机会。

我衷心期待在飞行成功之后，在富士山旁做一次纪念飞行。