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1903年12月，莱特兄弟的“飞行[FeiXing]者”飞过了260米的距离；100年后的今天，每天都有900万人飞过一万米的高空。飞机[FeiJi]已经发展成了一个庞大的家族，虽然外形、速度和承载能力都大有不同，但是能量来源却都一样：依然是石油。 与此同时，越来越多的汽车开始采用电能驱动。和化石燃料相比，电力有更多的优势，例如驱动结构简单、成本更低，以及更加环保。也许是受到这些优势的吸引，航空业也开始寻求新的解决之道，电力飞机[FeiJi]终于飞进人们的视野。 现在已经有了一些很有前途的电力飞行[FeiXing]器。以这种发展趋势来看，也许在未来十年之内，小型电力飞机[FeiJi]就会部分取代现在家用轿车的地位，成为常见的出行方式，而2010年后出生的孩子们，也许会被称为“机舱里的一代”。 逐日 2010年7月9日，Zephyr无人机上天，直到23日才降落下来。这架飞机[FeiJi]来自英国国防技术企业Qinetiq，只有50公斤重，翼展却有22.5米。它仅靠自己的动力甚至无法起飞，但是却刷新了太阳能无人机的最长不间断飞行[FeiXing]时间纪录：整整两个星期，336小时。 Zephyr是一架原型机，将来可能用于军事或者通讯用途。无人太阳能飞机[FeiJi]的历史可以回溯到上世纪70年代，以Sunrise和Solar Riser为代表的太阳能飞机[FeiJi]被用于侦查或者科考用途，在今天电子技术和微型计算技术的帮助下，它们的性能已经相当令人满意。 与之相比，载人太阳能飞机[FeiJi]要走的路，还要更长一些。就在Zephyr起飞前一天的早上，Solar Impulse号刚刚安全降落，驾驶员André Borschberg打开驾驶舱盖，向围观的人们挥手致意，脸上是满满的倦意他刚刚经过了26小时零9分钟的不间断飞行[FeiXing]，这也是载人太阳能飞机[FeiJi]的最好成绩。 虽然Solar Impluse的飞行[FeiXing]时间只有Zephyr的十三分之一，但是它的体积却大得多。它的翼展长达63.4米，长21.85米，而重量却只有1600公斤，和一辆家用轿车差不多。为了满足夜间飞行[FeiXing]的需要，它安装了400公斤重的锂离子聚合物电池[DianChi]组，占了总重的四分之一。 在今天的电动[DianDong]飞机[FeiJi]中，电池[DianChi]的重量是最重要的制约因素。汽油的能量密度能够达到每公斤12.5千瓦时，即使按照30%的能量转化率计算，也有每公斤3.75千瓦时；而Solar Impluse使用的锂离子聚合物电池[DianChi]，能量密度却只有每公斤0.22千瓦时。换言之，电动[DianDong]飞机[FeiJi]需要17公斤的电池[DianChi]，才能提供相当于一公斤汽油燃烧产生的能量。 很显然，为了弥补电池[DianChi]的弱点，电动[DianDong]太阳能飞机[FeiJi]需要轻而坚固的机身。Solar Impluse的项目组用蜂巢状的碳纤维复合材料制造机身，以碳纤维材料制成翼肋，在上面铺满了150微米厚的太阳能电池[DianChi]板一共用去了11628块。为了在供能和重量间取得的最好的平衡，这架翼展相当于空中客车A340的庞然大物，只有一个1.3平方米的驾驶舱，只能容纳一个人。 现在这架纤细如蜻蜓般的飞机[FeiJi]能够以每小时70公里的平均速度飞行[FeiXing]，最大高度达到8500米。它拥有四个10马力电动[DianDong]机，每个电动[DianDong]机都有自己的电池[DianChi]组和调节充放电以及温度的控制系统，以及一个直径3.5米的双轮叶式螺旋桨。螺旋桨的转速控制在每分钟200到400转，以避免过大的噪音和强烈的震动。以目前的实验结果来看，Solar Impluse做得不错。 2003年，位于洛桑的联邦综合理工大学完成了对不间断飞行[FeiXing]太阳能载人飞机[FeiJi]的可行性分析，当年11月28日正式宣告项目开始。Solar Impluse相关技术的研发花了三年时间，原型机的研制又花了另外的三年时间。现在，这架飞机[FeiJi]入选了2010年《大众科学》杂志。 100项最佳实用创新技术榜单，它的研发者也开始下一代机型的制造，希望在今年飞跃大西洋，并在2013年完成环球飞行[FeiXing]。到那时，载人太阳能飞机[FeiJi]将会像永不降落的风筝一样，不受限制地在天空翱翔。 平衡 在光照最强的正午，每平方米地表也只能接收到大约1000瓦光能。平均到一天之内，每平方米分摊的太阳能仅有250瓦左右。Solar Impluse拥有200平方米电池[DianChi]板，整个驱动系统的能量转化效率大约能达到12%现在太阳能电池[DianChi]的转化效率最高只能达到20%左右这就意味着引擎的功率只能达到8马力左右。这大概只相当于莱特兄弟那架“飞行[FeiXing]者”的功率，而翼展六十多米的飞机[FeiJi]，并不能轻松地放进车库里。 而如果减小太阳能电池[DianChi]的面积，能量将会变得更少，少到无法维持飞行[FeiXing]甚至无法起飞。这看起来像是个难题，不过早在1894年，德国人Otto Lilienthal就给出了漂亮的答案：滑翔。具体来说，太阳能飞机[FeiJi]可以以电池[DianChi]驱动螺旋桨起飞和爬升，在达到适当高度后，以太阳能电池[DianChi]提供继续飞行[FeiXing]和降落的能量；如果能量不足，只要再滑翔一会就好。 Solar Flight公司的Sunseeker系列太阳能载人飞机[FeiJi]就是采用了这种思路，并且已经在09年4月，以一架Sunseeker II飞机[FeiJi]完成了横跨欧洲八国的飞行[FeiXing]。Sunseeker II的空载重量甚至不到Solar Impluse的十分之一，最大重量也不过只有229公斤。这是架单引擎小飞机[FeiJi]，长7米，宽17米，起飞和爬升时用一部8马力电动[DianDong]机来提供动力，让它达到大约1000米的高度和大约每小时60公里的巡航速度。电池[DianChi]的电量会在15分钟之内用光，剩下的能量只能依赖太阳能电池[DianChi]和Solar Impluse一样，它的机翼上也铺满了太阳能电池[DianChi]板。如果电池[DianChi]还有电的话，它的最高速度可以达到每小时120公里。这架重量和摩托车差不多的小飞机[FeiJi]适合短途飞行[FeiXing]，甚至还有双座版本。 但是它还是有点太大了。如果要让电动[DianDong]飞机[FeiJi]变得更小，也许只能抛弃太阳能电池[DianChi]，而使用蓄电池[DianChi]提供能量。这会需要更重的电池[DianChi]，但是会获得更强大的动力：这正是许多小型电动[DianDong]飞机[FeiJi]的关注点。 近几年，航展上开始出现越来越多的电动[DianDong]飞机[FeiJi]，一些来自创业企业，另一些甚至来自飞机[FeiJi]爱好者的手工工场。现在已经有数十种电动[DianDong]飞机[FeiJi]面世，从电力滑翔机到全电力飞机[FeiJi]都有。其中一些简陋的宛如一战时期的战斗机，而另一些则简单得像是玩具。但是没有人知道，今天的这些飞机[FeiJi]，会不会成为明天的空中法拉利。 2009年10月10日，Yuneec E430飞上天空。这架飞机[FeiJi]翼展只有13.8米，却提供了两个座位。它只有1.15米高，空载重量只有171.5公斤，简直像个玩具。这也难怪，毕竟Yuneec就是以航模制造起家的企业。现在这家企业正在上海郊区的工厂里生产这种小飞机[FeiJi]，它能够达到每小时150公里的速度，充满电的情况下只能飞行[FeiXing]一个半到三个小时取决于天气状况。而为了维持这么短的飞行[FeiXing]，它的电池[DianChi]重量却几乎占去整架飞机[FeiJi]重量的一半。不过令人高兴的是，它的每小时飞行[FeiXing]成本只需要5美元。 看起来，现在的电动[DianDong]飞机[FeiJi]正像是早期的电动[DianDong]汽车：续航时间不长，充电时间不短，而且速度还不快。不过，正如电动[DianDong]汽车行业在短短几年中的显著进步一样，电动[DianDong]飞机[FeiJi]也将会有迅速的发展只要市场够诱人，就从来不乏新竞争者的加入。 蹊径 2006年，德国Lange Aviation公司制造的Antares 20E就已经飞到了3000米的高度。这是一架单人电动[DianDong]滑翔机，只有460公斤重，有一对细长得怪异的机翼。它使用一部42千瓦的电动[DianDong]机，由安装在机翼上的72块锂离子电池[DianChi]提供电能，能够达到每小时73公里的速度。制造这样的飞机[FeiJi]，已经没有什么技术难关需要跨越了。人们能做的，只是绞尽脑汁挖掘现有技术的极限罢了。 这大概就是美国航空航天局从2009年开始举办“绿色飞行[FeiXing]挑战赛”的原因，这项挑战赛奖励那些能源利用效率最高的轻型飞机[FeiJi]，获胜者能够获得150万美元的奖金。已经有不少企业投入到电力飞机[FeiJi]的研发中，甚至连波音和空中客车这样的大型飞机[FeiJi]制造商也开始谨慎地迈进这一领域。“我想人们正在醒来。”Randall Fishman说，他是新泽西州的一位退休珠宝商，也是个有30年经验的飞行[FeiXing]员。“许多人都开始想，电动[DianDong]飞机[FeiJi]会发展成什么样子？这些技术会如何影响我们的生活？” Fishman自己设计和制造了ElectraFlyer系列飞机[FeiJi]。这系列飞机[FeiJi]最大的革新是它的电源控制系统，在整套电路中电能的有效利用率高达98%，几乎榨干了所有的潜能。除此之外，这架小飞机[FeiJi]还拥有一些电动[DianDong]汽车电力回收系统的特性：在滑翔时，螺旋桨可以将风力转化成电力，为电池[DianChi]充电。现在Fishman在自己的网站上出售ElectraFlyer系列的零件和控制系统，同时研制双座电动[DianDong]飞机[FeiJi]，希望能够在近期试飞，并且推向市场。 做为个人或者家用交通工具，电动[DianDong]飞机[FeiJi]的优势甚至胜过电动[DianDong]汽车最少，它不会受到堵车的困扰。环保组织也会欢迎这样的飞机[FeiJi]，因为随着可再生能源技术的发展，电能终将变成清洁的能源。然而，却还有两个巨大的难题：电动[DianDong]飞机[FeiJi]只能是螺旋桨飞机[FeiJi]。它的速度不会太高，而在电池[DianChi]的储能能力没有获得革命性的突破之前，它的承载能力和续航能力也相当有限。 前一个问题可能无法突破，但是第二个问题却并非无解。只要有了足够的电能，飞机[FeiJi]就能永远飞行[FeiXing]；而电池[DianChi]并不一定是必须的要件：电能，可以无线传输。 实际上，早在上世纪七十年代，加拿大和美国就研制过无线供电的电动[DianDong]无人机。它们接收地面微波站发送的高能微波，用硅整流二极管天线转成直流电，以驱动电动[DianDong]机。它的能源转化效率高达95%以上，可以用于战场侦察或者科研用途。抛掉大部分电池[DianChi]的电动[DianDong]飞机[FeiJi]体积更小，重量更轻，速度也可以更快，这让它们成为很好的助手，进入那些人类不适宜进入的环境；而只要地面不停止供能，它就不必降落。虽然微波供能飞机[FeiJi]未必适合载人飞行[FeiXing]，但是也许可以在短程货物运输中发挥作用。 人类的技术史是一部发展得越来越快的历史，现在的十年时间，足以完成一次巨大的跨越。也许在十年之后，电动[DianDong]飞行[FeiXing]工具就会让我们的生活变得截然不同，甚至到目前难以想象的程度；在那一天真正到来时，今天的预言也许看起来只像是幼稚的呓语。让我们拭目以待吧。
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