阳光动力2号太阳能飞机

一架长航时、不耗费燃油的太阳能飞机

阳光动力2号太阳能飞机，是一架长航时、不必耗费一滴燃油便可昼夜连续飞行的太阳能飞机，飞行所需能量完全由太阳能电池提供。其翼展达到72米，仅次于体积最大的商用客机A380（79.75米），但重量只有约2300公斤，与一辆半家用汽车相当。

发展历史

立项

1999年，出生于探险世家的皮卡德，发起了环球飞行计划，他的祖父奥古斯特·皮卡德(Auguste Piccard)早在80年前便和助理搭乘自己制造的热气球到达1.6万米高空的大气平流层，创下世界最高的记录，而他的父亲雅克·皮卡德(Jacques Piccard)则是第一批潜入海底最深处——太平洋西北部的马里亚纳海沟的潜水者之一。皮卡德说，祖辈父辈上天入海，创下了他难以超越的记录，好在沿着地球表面移动也可以是一种探险。

1999年，皮卡德用不到20天的时间乘坐热气球环游世界，刷新了历史记录。然而，这次冒险却在皮卡德心中埋下了深深的忧虑：燃料终究是要用完的，自那开始，他就为自己定下了一个新的目标：要来一次不消耗化石燃料的环球旅行。

坐在热气球的皮卡德眺望着上空，幻想着将取之不尽的太阳能用于飞行：白天积累能量，夜间再把白天储存的能量慢慢释放出来，飞机就可以昼夜不停地飞行了。

环球旅行结束后，皮卡德便开始着手寻找团队来制造他梦想中的这架太阳能飞机。几经周折，他找到了洛桑联邦理工学院(EPFL)并认识了曾在瑞士空军服役的前飞行员波许博格。波许博格是一名经验丰富的飞行员、多项航空记录的保持者，同时也是力学和热力学工程师、麦肯锡咨询师、投资人和企业家。

2003年，皮卡德和波许博格共同启动了阳光动力项目，这架天方夜谭般的太阳能飞机终于进入了可行性研究阶段。然而，摆在他们面前的是重重困难。为了能安装足够多的太阳能板，这架飞机需要庞大的机翼；为了降低能量消耗，它又需要非常非常轻。为了制造这样一架飞机，他们找到了一家又一家的飞机、滑翔机制造商，得到的都是同一个答案：不可能造出来。

不过他们还是找到了解决的办法。皮卡德游说了政府机构和多家公司出资支持，波许博格招募了90多名各领域的顶尖专家，建立起自己的工程师团队；在团队之外，他们还获得了80家公司在技术上和财务上的支持。

2014年，在阳光动力核心技术团队的努力和80家技术合作伙伴、100多名外部专家的支持下，历时13年，耗资1.6亿瑞士法郎(约1.6亿美元)，原型测试机“阳光动力号”和正式的产品“阳光动力2号”先后建成了。

研发

2014年4月9日

正式亮相的“太阳驱动”2号是“太阳驱动”号的升级版，它超越“太阳驱动”号成为全球体积最大的太阳能飞机。它的翼展达72米，堪比波音747－800型客机，重2.3吨，最大飞行高度可达8500米，最高时速为140公里。

2014年6月2日

全球最大的太阳能飞机“太阳驱动”2号在瑞士西部城市帕耶讷成功首飞。飞行持续1小时45分钟，最高飞行高度为2400米，在飞行过程中飞机各项技术指标正常。

2015年2月26日

当地时间2015年2月26日，阿联酋首都阿布扎比，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”在阿联酋首都阿布扎比上空飞行，为3月开始的环球飞行做准备。

2015年3月

两名瑞士探险家将驾驶“太阳驱动”2号从海湾地区出发，开启环球飞行之旅。共有两名飞行员，途中轮流单独驾驶飞机。

贝特朗·皮卡尔是一名医生，精神病学家，探险家和气球驾驶员。他完成了世界上首次热气球环球之旅。是阳光动力的发起人和主席。

安德烈·波许博格

阳光动力的CEO，共同创立者及飞行员以工程师身份毕业于洛桑联邦理工学院（EPFL），持有MIT斯隆学院的经营管理学硕士学位。专攻创业公司的企业家，曾接受瑞士空军的飞行员训练，持有8项太阳能飞机方面的国际航空协会（FAI）世界纪录

设备特点

光伏电池遍布全身

该飞机的最大亮点在于17248块光伏电池直接平铺在了机翼上。

由于飞机翼展要比波音747大型喷气式客机更长，因此也能让电池发挥最大优势，与电池相匹配的是四台17.5马力的电动机，可达到97%的效率，最高时速可达143公里。

此外，飞机上还载有633千克的锂电池，飞机在白天储存足够多的能量并将之转换出来，为锂电池所用。而这批锂电池为超轻薄款，每一块相当于一根头发丝。尽管电池有相当多的能量，但为了减轻电池的发电负担，夜间飞行时，飞行员会将时速控制在50~70公里。飞行中无需一滴燃料。

飞机的电力系统主要包括电机、螺旋桨、能量管理系统及减速器等等。考虑到新一代的阳光动力飞机运行需要更好的机械保障，工程师团队负责提升飞机地面运行效率、测试飞机的充电电池及电力系统、一旦出事故还可以及时帮助和协调其他部门来紧急处理。

飞机机体材料先进

飞机的机体选用重量极轻、承载能力强的材料，其中既有碳纤维，也有泡沫等。

飞机的前缘、后缘都使用的碳纤维材料，其承载能力也比一般材料更好。飞机的舱体则使用的是保温隔热材料。驾驶舱壳体的部分材料使用的聚氨酯泡沫，在门锁和舷窗的设计上，飞机则使用了聚氨酯复合材料，驾驶舱外部也有部分聚氨酯泡沫被用于电池隔热，同时机身上还附有银色涂层的原材料，该涂层可以保护太阳能电池，其曾用于电动汽车。

环球旅行

2015年3月9日，“阳光动力2号”从海湾地区起程，开始环球飞行。机翼安有1.7万块太阳能电池板，翼展72米，重量仅相当于一辆汽车。

“阳光动力2号”首次环球飞行将历时5个月，降落12次，在重庆、南京停留两站。飞行时速为50至100公里。在仅依靠太阳能动力的情况下，“阳光动力2号”的总行程约为3.5万公里。其间约有40位工作人员负责控制它的飞行。

飞行路线

从阿联酋起飞一路向东

“阳光动力2号”从阿联酋首都阿布扎比起飞，自西向东飞行，依次抵达阿曼首都马斯喀特、印度城市艾哈迈达巴德和瓦拉纳西、缅甸的曼德勒、中国的重庆和南京。

按计划，“阳光动力2号”在结束中国之行后经夏威夷飞越太平洋，其横穿美国大陆的停留地点为凤凰城、若干中西部城市和纽约。

在飞越大西洋后，“阳光动力2号”将选择在南欧或北非的某座城市停留，并于2015年7月末或8月初返回起点阿布扎比。

据飞行团队介绍，中国的两个站点是他们根据天气、地理位置等条件加以选择的。而从南京飞往美国夏威夷的航段，是此次环球航线中最长、也是最具挑战性的一段旅程。该航段直线距离为8500公里，预计飞行时间将达5天5夜。由于机舱内仅可容纳一位飞行员，该飞行员将连续不间断飞行5天5夜。

如果飞行成功，这将是世界上首架环球航行的太阳能飞机。

睡眠训练

飞机可以在无人控制的情况下飞行20分钟，为此，两位飞行员专门进行了睡眠训练。“你要把每天晚上睡8个小时的习惯，改变成一天睡10次，每次睡20分钟。”

白天，飞机“汲取”太阳能并转化为电能，攀升至10000米高空飞行; 到了晚上，它将逐渐下降到3000米的高度，依靠储存在电池里的多余电能继续飞行。由于飞机没有减压舱，温度落差极大。白天气温最高可达30℃，而到了晚上又可能会降至-30℃。因此，飞行员将穿着指尖和脚尖有保暖设备的特殊服装，以适应温度变化。

“阳光动力2号”的机舱大约为3.8立方米，使得飞行员在休息时可以将座椅放平。座椅下面设有马桶装置，解决了飞行员上厕所的问题。机上设有通话、网络等设备，可随时与地面联络。

驾驶人员

“阳光动力2号”将由“阳光动力”项目的联合发起人贝特兰德·皮卡德与安德烈·博尔施伯格轮流驾驶。而两人能对该项目一拍即合，皆缘于对清洁能源的热爱。

皮卡德来自瑞士家喻户晓的探险世家。他的祖父奥古斯特曾乘热气球到达过16201米高空，父亲雅克曾搭乘自己参与设计的潜水艇抵达马里亚纳海沟10916米处。而他自己曾于1999年搭乘热气球，完成了为期三周的环球旅行。“当时，我最担心的问题就是热气球的燃料耗尽。所以我向自己承诺:下一次，我要不使用一滴燃料。”他说。

于是，皮卡德想到了驾驶太阳能飞机。在向瑞士洛桑联邦理工学院咨询技术可行性时，皮卡德结识了博尔施伯格。“我一生有两个爱好:飞行和创新。”博尔施伯格既是一名企业家，也是一名飞行员，曾为瑞士空军服役25年。

飞行数据

最大倾斜角：5°

起飞速度：46公里/小时（26节）

起飞距离：大约150米（165码）

最高巡航海拔：8500米（27000英尺）

海平面最小速度：36公里/小时（20节）

海平面最大速度：90公里/小时（49节）

8500米海拔最小速度：57公里/小时（31.5节）

8500米海拔最大速度：140公里/小时（77节）

翼展：72米

空机重量：2300公斤

自主性：无限（理论上）

相关趣闻

祖孙三代探险

1931年5月27日，瑞士发明家奥古斯特·皮卡尔（Auguste Piccard）搭乘自制热气球上升到15781米的高空，是人类首次到达平流层。前前后后，他总共进行了27次热气球飞行，最终的纪录为23000米。

奥古斯特不愧为一位探险家。从20世纪30年代中期开始，他开始转变兴趣，将目光从天空转向海洋。他对所设计的热气球舱体进行一些改造，能适用于深海潜水。

奥古斯特的第二艘深海潜艇命名为“特里雅斯特号”（Trieste），1960年，这艘潜艇载着奥古斯特的儿子雅克·皮卡尔（Jacques Piccard），下潜到了马里亚纳海沟最深处的“挑战者深渊”。

（Solar Impulse）项目的创始人之一，正是他的孙子——探险家兼精神科医生贝特朗·皮卡尔（Bertrand Piccard）。贝特朗本人驾驶了这架纯太阳能驱动的飞机，从马德里飞抵摩洛哥，实现了19小时的连续飞行。他还获得了2012年度联合国环境规划署颁发的“地球卫士奖”。

皮卡尔家族的血管里，一定燃烧着飞翔的基因。

太阳能航空史

阳光动力并不是世界上第一架太阳能飞机，但它绝对是最具雄心壮志的一架飞机。毕竟，之前的太阳能飞机从未在夜间实现过载人飞行。

20世纪70年代，市场上出现了可以购买得起的太阳能电池，太阳能航空史也由此开始。人们从模型飞机起步，一直到20世纪80年代，世界上才出现了首架载人太阳能飞机。

在美国，由保罗·麦克格雷迪（Paul MacCready）领导的团队设计研发了飞行器“幻影企鹅”号（the Gossamer Penguin），并为接下来的“阳光挑战者”号（theSolar Challenger）铺平了道路。“阳光挑战者”最大功率为2.5千瓦，于1981年成功飞越了英吉利海峡。它接连进行了几次数百公里的航行，一次能持续飞行几小时。与此同时，欧洲的冈特·罗切尔特（Paul MacCready）也实现了其“阳光1号”（theSolar Challenger）飞行器的首飞。其上装有2500个光伏电池，共能创造出2.2千瓦的功率。

1990年，美国人埃里克·雷蒙德驾驶“追日者”号太阳能飞机，分21段飞越美国领土，飞行时间共计121小时，前后将近2个月。其中最长的一段飞行距离为400公里。“追日者”是一架太阳能滑翔机，机翼角度30度，净重89千克，装有非晶硅太阳能电池。

20世纪90年代中叶，又有几架太阳能飞机横空出世，加入到贝尔林格竞赛（the ‘Berblinger’ competition）中去。该竞赛的目标是，飞机能在电池助力下爬升到海拔450米高度，并在至少500瓦/平方米的太阳能电力供应下保持水平飞行，相当于赤道地区正午时太阳能提供的能量。

该竞赛于1996年由德国斯图加特大学（Stuttgart University）的沃特·尼茨曼恩教授（Voit-Nitschmann）带领的团队一举拿下。他们驾驶的飞机名为伊卡鲁斯2号，翼展25米宽，机身装有26平方米的太阳能电池板。

此外值得一提的还有为美国航空环境公司（AeroVironment）制造的太阳神航空器，虽然它不能载人，但它的地位仍不容小觑。这架能实现远程操控的飞行器有着超过70米的翼展，并于2001年创下了爬升高度将近海拔3万米的记录。但两年之后，它在飞行途中遭遇气流，坠毁在了太平洋中。

2005年，美国AC Propulsion公司的创始人艾伦·科考尼（Alan Cocconi）操控一架翼展5米宽的无人驾驶飞机，仅靠太阳能连续飞行了48小时。由于飞机上装载的太阳能电池可以收集和储存能量，此类飞行器首次实现了完整的夜间飞行，

2010年7月9日至23日，QuinetiQ公司的Zephyr无人机实现了长达336小时22分钟的无间断飞行，飞机重27千克，翼展12米，飞行高度为海拔21562米。

项目数据挑战

阳光动力项目——用数字说话：

12年的可行性研究，概念形成，设计和建造

50名工程师和技术人员

80位技术合作伙伴

100位以上顾问和供应商

1架样机（阳光动力1号，注册名HB-SIA）

1架最终成品机（阳光动力2号，注册名HB-SIB）

挑战1：能源供应——如何飞越海洋与大陆

太阳能电池

安装了超过17,000块太阳能电池板，每天可以产生340千瓦时的电量，覆盖面积达269.5平方米。更精确地说，机翼、机身和水平尾翼上共安装有有17248个厚度仅为135微米的单晶硅电池，从而在轻盈度、柔韧性和效率（23%）中实现最佳平衡。

为了实现空气动力性能最大化，阳光动力2号的机翼长度甚至超过了波音747，长达72米！

蓄电池

能源由太阳能电池板收集后，将被储存在锂聚合物电池中，其能量密度优化至260瓦时/千克。电池密封在高密度泡沫中，安装在四个发动机舱内，并有一个系统控制蓄电池的充电阀和温度。电池的总重量为633千克，仅占飞机总重的四分之一。

为了节约能量，飞机白天将攀升到8500米高空，夜间则会在1500米高度低空飞行。

挑战2：飞行距离——超过35000千米

发动机

24小时平均功率为15马力，相当于一架小型摩托车发动机。最大功率为70马力（4台17.5马力发动机）。

机翼下方安装了4个无刷、无感应发动机，每个能产生17.4马力（13.5千瓦）的动力，还有一个减速齿轮，将直径4米的两叶片螺旋桨的转速限制在525转/分钟。整个系统的效率是94%，创下了能源效率的新记录。

速度

阳光动力的速度与汽车基本一致，最大飞行速度140千米/小时（77节），最小36千米/小时（20节）。

于海平面飞行时，最大飞行速度90千米/小时（49节），最小45千米/小时（20节）。

于最高海拔飞行时，最大飞行速度140千米/小时（77节），最小57千米/小时（31.5节）。

挑战3：机身重量——轻如鸿羽

轻盈

在安德烈·波许博格的领导下，工程师们发挥超凡技术，均衡降低整个结构的重量。每增加一克重量，就要在别的地方相应减少一克，这样才能在飞机上安放足够的电池同时营造一个可让飞行员生活一周时间的驾驶舱环境。最终，阳光动力2号的重量与一辆小型箱型货车相差无几，仅为2,300千克！

阳光动力项目促进了碳板材领域的创新，其重量轻达25克/平方米，仅为打印纸张的三分之一。

坚固性

机身由复合材料（碳纤维和蜂窝夹层结构）构成。

机翼上部表面覆以密封太阳能电池组成的隔层，下部表面为高强度柔性薄层。机翼内每隔50厘米（20英寸）设置了140根碳纤维肋条，从而形成符合空气动力学的隔面，同时也保证了机翼的坚固性。

六项创新技术

第一项，高效太阳能电池板，仅厚135微米。

“阳光动力2号”机翼上安装有17248块超薄、高效太阳能电池板。而这些电板非常薄，每块仅厚135微米，相当于人类的一根头发丝。

第二项，安装锂离子电池，阴天、晚上照样飞。

连续5天5夜不间断的飞行，在晚上或阴天没有太阳的时候飞机怎么飞行？飞机上安装有能源转换、能源储存以及其它增强能源效率的技术。安装这些设备就是为了满足昼夜飞行的需求，发动机吊舱中安装了633公斤重的锂离子电池。这样，太阳能电池板所产生的电量，除了供其日间飞行外，还可以实现夜间飞行。有了能量储备，飞机也不用担心碰到阴雨天气。

第三项，绝缘膜，为飞机电池和飞行员保温。

飞机上应用了许多新型的复合材料绝缘膜，这种绝缘膜能为电池和飞行员保温，这些技术已经运用在一些冰箱和冷冻产品上了。

第四项，飞行员累了，开启自动飞行模式。

“阳光动力”2号所使用的人机互动技术，在飞行员疲惫的情况下，可以开启自动飞行模式，也不用担心出现异常情况，在飞机上设有通话、网络等设备，可随时与地面联络。飞机可以在无人控制的情况下飞行20分钟，摩纳哥（欧洲西南部国家）境内的一个控制中心，有操控员和工程师们随时监控着飞机，一旦有情况支持人员会叫醒飞行员。

这样的一项高大上的技术，飞机研发人员预测，将有希望用于盲人导航，疲劳度监测技术可用于提高司机驾驶安全。

第五项，特制食物，温度骤变仍新鲜。

特殊的食物，能够经历温度骤变而依旧保鲜。食物赞助公司研发人员说：“普通的食物在经历零下20摄氏度到零上30摄氏度的环境变化之后，很快便无法食用。因此，我们和一家瑞士公司合作，研制了一些能够在不同温度下食用的食物。这些食物既可以加热食用，也可以常温或低温食用。”特制食物不仅能保证营养充足，在食用后还会发生化学反应，给飞行员提供热量。

第六项，能量调度器，飞机故障时重新实现能源平衡。

在“阳光动力2号”中，配备有一台能量调度器，如果“阳光动力”飞机的四台引擎中的一台遇到故障，该调度器能将能源供给由电力不足的引擎切换到运转良好的引擎上去，从而重新实现能源平衡。新型直流电驾驶舱使得飞机仪表板内部的电子设备的减重上实现了巨大突破，其重量足足减少了50%。

首发发纪念币

瑞士3月9日发行全球最大太阳能飞机“阳光动力”2号首次环球飞行纪念币。瑞士纪念币发行公司在一份公报中说，仅靠太阳能进行环球飞行在以前是不可想象的，此次试飞将向全球推广使用清洁能源的理念。

该枚银质纪念币面值为20瑞士法郎，发行量有限，能够买到这枚纪念币的幸运者将从预订者中抽签产生。

2013飞越美国

2013年夏天，阳光动力号历时两个多月，从西到东，最终完成了飞越美国的历史性使命。它作为革命性的创新项目，仅仅通过一架飞机就撬开了超凡技术之门和人类的冒险精神。

在飞机沿途停靠的城市，很多人前来参观阳光动力号，他们中既包括重要的政界、商界和意见领袖，也包括合作伙伴、学生和公众。

在飞越美国的任务中，阳光动力首次发起了“清洁一代”的全球倡议。这项倡议旨在团结志同道合的人们，让大家一起为清洁技术创新摇旗呐喊。同时，随着任务的进行，阳光动力号项目吸引了越来越多的支持者。支持者的名字都被存到了USB钥匙中，在飞机座舱中随飞行员飞越全美国。

路线：从旧金山（加州）启程，经过凤凰城（亚利桑那）、达拉斯（德克萨斯）、圣路易斯（密苏里州），在辛辛那提（俄亥俄州）短暂停留后，最终飞向首都华盛顿和纽约。

铭记“太阳神”

2001年，美国宇航局的“太阳神”号长航时高空无人太阳能飞机，达到96863英尺（约合29523米）的飞行高度，打破非火箭动力飞机的飞行高度纪录。2003年，“太阳神”号在飞行中遭遇强湍流，最终坠毁。

62岁瑞士老头

2015年春夏的某一天，你可能会看到这样一幕：一架翼展超过波音747、仅靠太阳能驱动的飞机飞过这座城市的上空，只能容纳一人的机舱里是一位62岁的瑞士老头。

62岁，这个年纪对于大多数上海爷叔来说，意味着终于可以歇一歇，做点自己年轻时没时间做的事了。而当爷叔们的“梦想再出发”计划尚在酝酿中时，在遥远的阿尔卑斯山下，已经有一位同龄人在激情与梦想、爱好与志向的交叉点上兴致勃勃地努力了十年——他就是全球首次太阳能飞机阳光动力号（SolarImpulse）环球飞行计划联合创始人兼CEO、飞行员安德里·波许博格。这位洛桑联邦理工学院的杰出校友现身上海，向媒体介绍他与伙伴们最新研发的第二代SolarImpulse，并希望能让SolarImpulse2降落在中国。

安德里·波许博格早年曾接受瑞士空军的飞行员训练；20年间先后驾驶过Venoms（毒液号）、Hunters（猎人号）和Tigers（老虎号）等飞机。他持有各类飞机和直升机的专业飞行员驾照，空闲时，还会做些特技表演。

不过，波许博格并不只是一名单纯意义上的飞行员，他还身兼力学和热力学工程师、投资人、企业家等多重角色。他毕业于闻名世界的尖端科技摇篮——洛桑联邦理工学院，并拥有麻省理工学院经营管理学硕士学位。在麦肯锡做了5年咨询顾问后，他还成功地创办了两家互联网和高科技公司。

加入阳光动力号项目后，他用20多年来积累的创业技能和企业管理经验，帮助阳光动力号项目发起人、著名探险家波特兰·皮卡尔（BertrandPiccard）将他关于太阳能飞机的构想变成了现实。

2013年夏天，波许博格和皮卡尔轮流驾驶SolarImpulse创下了使用太阳能飞机横跨美国的飞行记录。但他们显然并不满足，在2015年的环球飞行旅程中，SolarImpulse2将进行五天五夜甚至更长时间的昼夜连续飞行挑战。为此，技术团队也给飞机做了一些调整——与“1号”相比，SolarImpulse2配有卫生间和3.8立方米的单人驾驶舱，后者甚至可以让飞行员在里面做瑜伽。波许博格说，由于这次飞行要连续驾驶5个昼夜，所以必须通过特殊训练学会“醒20分钟，睡20分钟”的作息方式，而且由于机舱内无空调和暖风机，飞行员还得忍受舱内-15℃的低温。“练习瑜伽可以帮助我赶走疲劳、释放压力。”

有人问波许博格，为什么这么喜欢飞行？他回答道：“我小时候没有电影电视，大部分时间都是看书。每当看到那些航空业先驱和那些找出方法把飞机应用于交通的英雄们的事迹，就备受激励。”直到今天，他说起童年时期心目中的英雄时，眼中依然熠熠发光。

波许博格说，这种闪光如今能更多地从参观过阳光动力号之后的孩子们的眼中看到。“我们飞到不同国家，必定会让当地的孩子们有机会参观、参与‘阳光动力’，每次看到孩子们眼中闪光的时候，内心总是非常感动。”他希望中国也有更多学生参与阳光动力号项目，“我和皮卡尔先生非常尊重上世纪探险家们的探险精神，他们为人类发展带来了多种可能性，我们也希望能够把这样的探索精神传达给我们的下一代。”

让波许博格骄傲的是，儿子Teo继承了他的创新探索“衣钵”——没有进入老爸的公司，反而只身一人来到中国创业。“他说这里每天都有新生事物出现，没有比正在迅速发展的中国更令他感到充满激情的地方了，更何况，我觉得一个外国人到别国创业，这件事本身就是一种探索精神的体现。”

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