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对话最大太阳能飞机飞行员:驾驶划时代的飞机
2019/11/30 1:31:44    来源:    评论:0 点击:0

这天,来自瑞士的阳光动力(SOLAR IMPULSE)2号太阳能飞机将从阿联酋的阿布扎比起飞,展开未来5个月的环球飞行。按照计划,本月下旬,它将飞经我国,并在重庆和南京停留休整。阳光动力2号的飞行路径。这是怎样一架飞机?它的翼展达到72米,比波音747 8型的翼展还要宽3.5米;...
这天,来自瑞士的阳光动力(SOLAR IMPULSE)2号太阳能飞机将从阿联酋的阿布扎比起飞,展开未来5个月的环球飞行。按照计划,本月下旬,它将飞经我国,并在重庆和南京停留休整。
对话最大太阳能飞机飞行员:驾驶划时代的飞机
阳光动力2号的飞行路径。
这是怎样一架飞机?

它的翼展达到72米,比波音747 8型的翼展还要宽3.5米;机长22.4米,接近一个篮球场的长度;机高6.37米,相当于三层楼;而重量仅有2.3吨,跟一辆宝马760Li的重量相差无几。

跟它巨大的尺寸相比,阳光动力2号的飞行性能数据可能会让你有种回到莱特兄弟时代的感觉。它的起飞速度只有35千米每时,比博尔特奔跑的速度还要慢。巡航速度90千米每时,最大速度不过140千米每时,绝对是遵纪守法好司机的驾驶记录水平。

然而,阳光动力2号又是一架集合了当今材料、电子、结构、人机工程学最顶尖技术于一体的大号玩具。它的机翼、机身和水平尾翼上共贴敷了17248片 135微米厚的单晶硅薄膜太阳能电池,虽然23%的光电效率并不是世界上最高的,却是平衡了能效、强度和重量后的最优选择。这些电池可以产生最大70千瓦 的功率,这些电力可以输出给四台单台功率13.5千瓦的电动机带动四扇4m直径的双叶螺旋桨给飞机提供动力。整个推进系统的电力——动力转换效率高达 94%。阳光充足时多余的电力还会向四个发动机吊舱中的锂聚合物电池组充电。这四组电池总重633千克,能量密度达到了260瓦时每千克,目前市面上电动 汽车的电池能量密度水平还徘徊在200瓦时每千克。这些电池可以让阳光动力2号熬过漫长的黑夜,迎来新一天的阳光。

由于要用尽可能少的能源飞更远的距离,整架飞机的空气动力学布局采取了有着超高升阻比的滑翔机外形。细长的机翼给结构和材料提出了严苛的要求。最 终,机翼里布置了140根碳纤维肋条,外表的蒙皮则采用了一种全新开发的树脂薄膜材料,厚度仅有17微米。除了机翼肋骨,机身的大部分骨架和硬质外壳也都 采用了碳纤维材料,某些碳纤维板材每平方米的重量仅有25克,是普通打印纸的三分之一。

阳光动力2号太阳能飞机。图片来源:www.solarimpulse.com
与目前大多数太阳能动力飞行器不一样,阳光动力2号和它的前辈阳光动力1号都是有人驾驶的,驾驶舱可以容纳一人。尤其是本次用于环球飞行的2号机, 由于必须接受跨洋飞行的挑战,飞行员将在驾驶舱中待相当长的时间。按照计划,这次最具挑战性的航段将是从南京直接飞抵夏威夷的那一段,预计飞行员会在 3.8立方米的狭小机舱中持续工作5天左右。

为了减重,驾驶舱并未像民航飞机那样配备了增压和空调系统,所以当飞机达到8000米最大巡航高度的时候,舱内的环境会变得相当不舒适。还好有了超 强绝热材料和特殊的飞行服保护,飞行员感受到的不会是零上40℃——零下40℃的冰火两重天。每天的供给将是2.4千克食物、2.5升水和1升运动饮料。

这五天五夜里飞行员的吃喝拉撒睡将都会在飞行座椅上完成。座椅不但集成了厕所,下面还有降落伞和救生筏以供不时之需。每隔几小时,飞行员将会被允许 打一个十几分钟的盹。还好,座椅会有充气垫让飞行员完全展开双腿。民航飞行员借助自动驾驶仪可以放心的在飞行过程中休息,但是阳光动力2号这样的飞机太 大、太轻,用术语说就是翼载太低,于是对气流特别敏感,一不小心就会失控。所以即便有特别开发的自动驾驶仪和地面控制中心的实时监控,飞行员还是会在飞机 姿态变化超过5°的时候被装在手腕上的振动器唤醒。

为了监控飞行员的身体状况,火柴盒大小的远程心电监测设备可以让地面的医学专家随时获得基本的参数。负责开发这套系统的公司也正在试图将其装配在汽车上,以防止疲劳驾驶。

是谁开发了这架飞机?

阳光动力(SOLAR IMPULSE)是由瑞士精神病学医生、探险家贝特朗·皮卡尔(Bertrand Piccard,中文媒体过去的惯用译名是伯特兰德·皮卡德,新译名征得本人的认可采用法语发音)发起,联合企业家、前瑞士空军飞行员安德烈·波许博格 (André Borschberg)于2003年11月共同组建的,目前整个团队约有100名成员,公司总部位于瑞士洛桑。他们的合作伙伴包括瑞士的欧米茄 (Omega)、迅达(Schindler)、ABB、雀巢,比利时索尔维(Solvay)、法国亚讯(ALTRAN)和德国拜耳(Bayer)这样的行 业巨头。

2009年,他们造出了阳光动力1号,并于当年6月实现首飞。2010年7月8日,阳光动力1号在波许博格的驾驶下首次完成26小时不着陆飞行,这 也是人类首次实现载人太阳能飞机跨夜飞行。1号机的24小时平均功率只有区区6千瓦,勉强达到了莱特兄弟的飞行者一号的动力水平。

此后的几年,团队一边对1号机进行广泛的测试和宣传,比如在美国进行了横跨美洲大陆的飞行活动,一边根据试飞的反馈设计研发2号机。2014年6月2日,在经过原型机静力试验受挫被迫更改设计的延期后,2号机首飞。

谁是贝特朗·皮卡尔?

皮卡尔家族在科学探险界是当之无愧的豪门。登月第一人尼尔·阿姆斯特朗曾经说:“在人类的探险史上,再没有哪个姓氏比皮卡尔代表着更宏大、更野心勃勃、更具创新的人类精神了。”

这个辉煌家族的历史要追溯到1884年1月24日在瑞士巴塞尔降生的一对双胞胎男孩——奥古斯特(Auguste)和让·皮卡尔(Jean)。他们 的父亲是瑞士化学家儒勒·皮卡尔(Jules)这两个孩子很早就展现了对科学的兴趣。后来让·皮卡尔到美国发展,成为有机化学家,并于妻子珍妮特 (Jeannet)一起致力于开发有机合成材料的气球。

而留在欧洲的奥古斯特主修物理,并也对气球飞行产生了浓厚的兴趣。1931年,奥古斯特与助手保罗·基弗(Paul Kipfer)搭乘气球从德国奥格斯堡升空,最终抵达15781米的高度。成为世界上最早到达平流层的人。在那里,奥古斯特和保罗还对上层大气和宇宙射线 进行了一系列测量。

加载中...奥古斯特与助手保罗·基弗。图片来源:作者供图
这个壮举你可能并不知晓,但是这张照片你肯定见过。这是号称其中人物世界上平均智商最高的一张合影,来自于著名的1927年的索尔维会议 (Solvay congress),照片中后排最左就是奥古斯特,他参加过5次。有趣的是,当年赞助会议的索尔维创立的企业今天仍然与皮卡尔家族有着密切合作。

1927年的索尔维会议(Solvay congress),照片中后排最左就是奥古斯特。图片来源:作者供图

看过奥古斯特的照片,你可能会对这个人物的形象设计产生兴趣,《丁丁历险记》里的卡尔库鲁斯教授,没错,埃尔热就是以奥古斯特为原型创造了这个漫画人物。以及,奥古斯特和让中的一人还是《星际迷航》中皮卡德船长Captain Jean Luc Picard灵感来源。

《丁丁历险记》里的卡尔库鲁斯教授,原型就是奥古斯特。
1920年,奥古斯特的妻子玛丽安(Marianne)生下一个男孩,取名雅克(Jacques)。在父亲的熏陶下,雅克也涉足科学探险,他开始帮 父亲设计和改进深潜器。制造深潜器的灵感来自于高空气球吊舱,都是耐压结构,奥古斯特开始将目光从天空转向深海。而他的儿子雅克将父亲的尝试变成现实。 1960年1月23日,雅克和美国海军军官唐·沃尔什(Don Walsh)一起乘坐他参与设计的的里亚斯特号(Trieste)深潜器经过5个小时的下潜,最终到达世界大洋最深处——马里亚纳海沟沟底。这里的平静直 到2012年才再次被电影导演詹姆斯·卡梅隆打破。

加载中...1960年1月23日,雅克和美国海军军官唐·沃尔什一起乘坐他参与设计的的里亚斯特号。图片来源:作者供图
贝特朗出生于1958年,他在大学里主修精神病学,毕业后成了一名心理治疗师。但是从小跟父亲上天入海的他同样狂热的痴迷于科学探险,1999年3 月21日,他和英国人布瑞安·琼斯(Brian Jones)乘坐的混合型气球降落于埃及,这标志着他们为期19天21小时55分钟的气球不间断环球飞行画上了句号。这也是人类历史上首次实现如此的壮 举。在那一次的环球飞行中,贝特朗也曾飞跃中国领空。

在即将开启环球飞行之旅,再次来到中国前夕,果壳网对阳光动力的两位飞行员——创始人贝特朗·皮卡尔和CEO安德烈·波许博格进行了专访。

加载中...果壳网主笔,本人作者瘦驼(左)与两位飞行员的合影。
贝特朗·皮卡尔和安德烈·波许博格

科学人:第一个问题先请问皮卡尔先生,你是一位探险家,同时又是一名精神科医生。这两个职业一个是探索外在世界的,另一个则是指向内心的。你是如何平衡这两项工作的?

皮卡尔:这两者还是有共同点的,它们都探索未知,挑战积习,试图打破人的舒适区(comfort zone)。离开舒适区,我们会用不同以往的眼光和角度审慎自我,不管是采用冥想或者催眠,这很吸引我。同样的,探索外部世界,同样需要打破舒适区,对我 来说,去探险并不像是去面对危险,而是一种激发创造力的方式。在日复一日的庸常中生活是一种痛苦,去试试不同的东西才能让我兴奋起来。

科学人:皮卡尔的大名在历史上闪闪发光,奥古斯特、雅克、贝特朗,我想知道这里面有什么家族基因吗?

皮卡尔:与其说是遗传,不如说是家庭教育的力量。我在家族中感受到的教育总是去让不可能的事情发生、把新的想法变成现实。不是重复别人做过的事,而是把别人不敢想的事定做目标。这也是我在我的书和演讲中反复提及的,我觉得这同样能让别人受益,过上更好的生活。

科学人:下一个问题是我们的一个女读者提出来的,她对皮卡尔家族中的女性非常感兴趣,比如你的祖母玛丽安。她想知道玛丽安和之后嫁给皮卡尔的这些女性在你们的探索事业中扮演着什么样的角色?

皮卡尔:我的祖母玛丽安并没有亲身参与太多探险一类的事,她的支持更多的是当我祖父在外面探险的时候操持好整个 家庭。我母亲的角色与我祖母类似,当我父亲在潜艇里的时候,她在照顾家人。第三代女性则不同,我妻子对我的支持要更直接,她为阳光动力付出了很多。这也是 皮卡尔家的女性第一次直接参与进探险事业来。

科学人:那谁会是下一个“皮卡尔”?

皮卡尔:我有三个女儿,有一个现在就在上海学习,她到上海三四个月了,在读法学硕士。我对我的孩子们是这样要求 的,首先要学习,至少学到硕士,再决定自己要干什么。你能以各种不同的方式探索这个世界,并成为领域里的先驱者。思考世界的方法很重要,不管是做烘焙、当 律师、工程师、医生、政客或者研究哲学,只要你能给这个世界带来新鲜的东西,其实不必像祖辈父辈一样玩气球、潜水或者飞行。重要的是不管你做哪行,跳出惯 性思维,都可能成为领域里的先锋。

科学人:波许博格先生,你是一名成功的商人,曾经在咨询业界取得了很大的成功。如果今天有中国的成功企业家坐在你面前,你会如何劝说他们加入到你的项目中来?

波许博格:我觉得想劝说一个成功企业家做什么是很难的,他们有自己的思考方式和习惯。不过如果他们有兴趣,我会 很乐意向他们展示一下我们团队的工作。阳光动力的工作非常的开放,碰到各种技术问题,我们会与各相关行业的龙头企业一同研究解决之道,这种合作非常紧密, 如同一个家庭。你看马上要进行环球航行了,我们非常乐意看到有中国的企业加入进来,我们已经有了来自各国各领域和各种背景的合作伙伴,来一个来自中国的有 何不可呢。而且,我们也在谋划下一代的飞行器,可能是有人驾驶的,也有可能是无人驾驶的,中国的潜在合作伙伴们,你们有很广阔的展示实力的空间。我们的项 目全球知名度很高,如果一家企业在中国国内已经很有名,同时又想在国际市场上一展身手的话,加入到我们的项目中来会是个不错的选择。

瑞士联邦政府的作用

科学人:除了帮你们解决外交问题,瑞士联邦政府在整个项目中扮演着什么样的角色?

波许博格:瑞士政府给我们整个项目提供了很多帮助。我们的办公室、机库、测试场地都是政府提供的,这对阳光动力号的诞生至关重要,特别是1号机。但是政府并没有给我们什么财政支持。

皮卡尔:说到政府的支持,不能不提联邦理工学院(ETH),我就是在那里遇到安德烈的。当年我的这个想法在联邦理工学院进行可行性研究,九个月的时间,有40多个实验室一起探讨太阳能动力飞机的可行性。所以也要感谢联邦科研机构的支持。

科学人:让我们回到这次环球飞行上来,皮卡尔先生,上次你飞跃中国领空是15年前。我听说那次你们在获取中国空域飞行许可的时候碰到了一些小麻烦,最后是瑞士联邦政府出面通过外交努力帮你们拿到了通行证,这次还顺利吗?

皮卡尔:上次的时候我们犯了个小错误,一开始没搞明白该怎么获得这个许可。后来瑞士政府出面帮我们和中国的有关部门开了个会,问题就顺利的解决了。

科学人:肯定比理查·布兰森那次顺利多了吧?(注:英国维珍航空老板理查·布兰森(Richard Branson)在1998年尝试过一次热气球全球飞行,但是在邻近飞到中印边界的时候才发现没法取得飞跃中国领空的许可,无奈在中印边境逗留多日,最后 时任英国首相托尼·布莱尔亲自出面说情才得以放行。飞跃中国后不久气球坠落在太平洋里。)

皮卡尔:没错!你知道布兰森犯了什么错吗?他从没亲自来中国跟有关部门谈。我就是亲自来的,我去拜访过空管部门、外交部门,我甚至还去拜访过体育总局(国内此类活动属于航空体育范畴)。飞行计划一出来,我们马上来中国与有关部门见面,所以……。

科学人:所以你们用不着麻烦首相和大使。

皮卡尔:哈,你知道那故事。我们不管飞越哪个国家,都十分尊重它们的主权和风俗习惯。当年飞气球的时候是这样,现在飞阳光动力,同样如此。我们都会拜会当地政府和有关部门。

波许博格:我们一年多以前就来过中国了。

皮卡尔:每次我们都会仔细研究对策,找到解决问题的办法。找到一个中庸中立的位置是很重要的。

驾驶阳光动力号是什么感受

科学人:波许博格先生,你驾驶过好多种飞机,德哈维兰的毒液、霍克的猎人还有诺斯罗普的虎式。这些都是些喷气式飞机,动力强劲。可阳光动力号不是个动力强劲的飞机。控制如此之大却又动力不足的家伙有何感觉?

波许博格:当然,感觉很深入人心,毕竟我是亲眼看着这架梦想中的家伙从计算机屏幕一步一步变成真机的。你跟这架 飞机的联系早在它诞生之前就建立起来了。另外一个深入人心的点就是它是一架完全不同以往的飞机——不需要烧油就可以一天24小时飞行,最高可以飞到 9000米。起飞的时候电池还是空的,落地的时候电池都满了。所以我们不是在消耗能源,而是在创造新能源。这感觉太爽了。至于你说的速度嘛,是比不上喷气 式飞机,可是会有别的回报啊。想想自己在驾驶一架划时代的飞机,感觉还是很激动的。

科学人:那阳光动力号好操纵吗?

波许博格:你得去习惯它的操作方式,阳光动力号跟我们以往驾驶的飞机大不一样。一开始的时候你可能会觉得它有点,呃,怎么说呢,奇怪。

皮卡尔:迟疑。

波许博格:对,迟疑!你是怎么想出这么恰当的词来的。所有的操纵反应都很慢,刚上手确实是个难缠的家伙。感谢上帝我们先造出了飞行模拟器,所以我们才没摔过飞机。谢天谢地我们几个的训练还都挺认真的。后来就品出这架飞机的妙处了。

皮卡尔:我爱死这架飞机了。

科学人:起码开起来会很安静呢。

波许博格:确实啊,它可不能像别的飞机一样让人未见其形先闻其声。

皮卡尔:你在座舱里还能听见底下街上欢呼的人群说你好呢。

科学人:当你们不那么忙于操纵飞机的时候都会干点什么?尤其是到了晚上没有那么多媒体连线打扰的时候?安静、黑暗、孤独……

皮卡尔:你忘了地球上是有时区的,所以千万别担心没人理你。飞的时候你就会深刻的感受到人际交往的重要性了。我多么期待有人跟我聊聊天啊,“谢天谢地欧洲天亮了”这种。

科学人:总是反复说那些事儿也会烦吧?

皮卡尔:不会,你别忘了我们的初心。我们就是为了跟世界各地的人分享清洁能源的理念,最新科技给生活带来的改善之类的。分享越多越好。

展望未来航空业

科学人:阳光动力3号已经在你们的绘图板上了吗?比如未来会不会有一架双座的,可以不着陆环球飞行的太阳能飞机?

皮卡尔:说yes太疯狂,说No太愚蠢。因为造那么一架飞机所需的科技还不存在,莱特兄弟第一次飞起来的时候可 不敢说飞机就会变成怎样怎样。我们一直以来是很按部就班的,当然如果有合作伙伴愿意提供资金支持,阳光动力3号就会变得更接近现实。现在我们要集中精力飞 好这次的环球飞行。

科学人:能展望一下航空业的未来吗?

皮卡尔:你要明确商业航空和我们这样的试验航空的区别。商业航空并不是那么追求创新,它们讲究的是稳妥和简化。我们所做的一切都是立足于创新。

科学人:未来的天空中会有更多的太阳能动力飞机吗?

波许博格:当然可能,我们所做的一切就是为了让这个展望变得可能。而且不仅仅是太阳能动力飞机。今天用在阳光动 力上的技术,同样可以应用在未来其他动力的航空器上,让它们变得更高效和节能。比如我比较看好未来电动飞机的发展。现在的电动机效率已经可以高达97% 了,而涡轮风扇发动机的能量转换效率也就是40% 50%。所以,关键问题是如何让航空变得更绿色,更环保。如果你要问航空业未来发展的方向,我认为电动 化是一个趋势。

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