Solar Impulse 2和它的開發(fā)團隊

　　2014年4月9日這一天，瑞士一家80多人的科技團隊正式發(fā)布其第二代太陽能單人駕駛飛機Solar Impulse 2，一些更具先進性的產(chǎn)品特性隨著發(fā)布會進程逐漸被揭示，這個有著近12年發(fā)展歷史的Solar Impulse項目團隊，正一點點地兌現(xiàn)他們當初的承諾：依靠太陽能讓他們的飛機在中途無能源補給的情況下，環(huán)游地球一圈。

　　從2003年到2006年的三年時光里，團隊不僅僅致力于在理論上印證這種利用綠色能源飛行的可行性，與此同時更為重要的是，他們還要訓練飛行員盡可能適應長時間的飛行。也因此團隊在模擬飛行方面下足了功夫，譬如在有限的駕駛艙空間中為飛行員創(chuàng)造良好而舒適的飛行環(huán)境，從而幫助飛行員比較舒服地飛下漫長的全程等等。

　　2006年起，他們又花了三年的時間開發(fā)出第一代飛機Solar Impulse HB-SIA(實際上，Solar Impulse 2 在初期的研發(fā)代號為HB-SIB)。這架飛機首先于2009年的12月被投入正式的飛行測試;2010年7月7日至8日在媒體和觀眾們的矚目之下終于完成了一次26小時的試驗飛行;而接下來被媒體記錄下來的正式飛行試驗則是大約2年以后的2012年，Solar Impulse HB-SIA成功花了大約一周的時間從瑞士途經(jīng)西班牙領空飛至摩洛哥;2013年的5月份，這架飛機被運往至美國，從位于美國西部的加利福尼亞州起飛，從西向東至美國東海岸的紐約。

　　Solar Impulse項目團隊的做事風格就像互聯(lián)網(wǎng)公司那樣，在對HB-SIA不斷進行飛行測試的過程中，第二代太陽能飛機也悄無聲息地于2011年投入研發(fā)。伴隨著又一個三年的走過，該團隊兩名皆來自瑞士本土的核心創(chuàng)始人Bertrand Piccard和André Borschberg如今終于拿出了這個嶄新的成果。團隊計劃于2015年的3月份，讓Solar Impulse 2飛機從波斯灣地區(qū)起飛，按照計劃先后飛越阿拉伯海、印度、緬甸、中國、太平洋、美國、大西洋、南歐或北非，最后飛回始發(fā)地。在旅途中，團隊考慮到飛行員的體能問題，會每隔幾天讓飛機降落并更換飛行員，并與當?shù)卣?、和學校展開交流，但不會額外補充能源。

　　據(jù)《3S新聞周刊》收集網(wǎng)絡資料了解到，Bertrand Piccard 1958年出生在一個“探險世家”中，Bertrand的祖父是一名氣球飛行器駕駛員，而其父則從事于海底探測的相關工作，受家庭一定程度的影響，Bertrand本人后來也成為一名精神病學家兼氣球駕駛員，直到創(chuàng)立Solar Impulse團隊并擔任總裁至今，他時刻關注并看好清潔能源的前景，并愿意打破在許多人看來已經(jīng)理所當然的事情，比如人們就該乘坐燃料飛機，太陽能離航空業(yè)還很遠等等，在他看來，世界需要他這種改變未來生活的人來創(chuàng)造一個屬于太陽能航空飛行產(chǎn)品的新市場。

　　相對來說，另一名創(chuàng)始人André Borschberg則更加務實，他是職業(yè)飛行員出身，曾在瑞士空軍服役超過20年，駕駛過多種型號的戰(zhàn)斗機，諳熟飛機的各方面性能;退役后，從小就癡迷于航空科技的他也成為了Solar Impulse項目的發(fā)起人之一，并擔當著團隊的CEO，帶領整個團隊開發(fā)太陽能飛機，從此為自己開創(chuàng)了另外一條航空飛天夢。

　　曾有國內財經(jīng)類媒體將此二人比喻為“雙子星”搭檔。當一個熱愛冒險且敢于挑戰(zhàn)墨守成規(guī)的人和一個實踐經(jīng)驗老道的人決定在一起做一件事時，其執(zhí)行力往往不可估量。Solar Impulse 2的誕生，或許正好印證了這一點。

　　這架太陽能飛機的特色與細節(jié)

　　有關Solar Impulse 2飛機的性能介紹目前在國內不少科技網(wǎng)站已有梗概性的介紹，但筆者在此還需要具體地呈現(xiàn)有關這家飛機的細節(jié)。

　　Solar Impulse 2在能源、材料、動力、設計等方面可謂是頂尖技術的集大成者，團隊與Solvay、Omega、Schindler、ABB等幾十家擁有領先技術的公司有緊密的合作關系，所以當這些合作伙伴有了新的技術成果時，在這架太陽能飛機上或許都能看得到。

　　從機身整體方面著眼，開發(fā)Solar Impulse 2飛機的工程師們盡可能選用更輕、更堅固的材料讓飛機輕巧耐用。他們使用了商業(yè)高性能游艇才會使用的一種特殊的輕薄材料來作為這駕太陽能飛機的主要材質;且材料使用比例已經(jīng)占到飛機整體架構的83%;機身整體的板材也采用特殊的夾層技術處理，從正常飛機的每平方米100克下降到25克;而機艙部位的保護層也使用了一種碳纖維材料，并不再使用行業(yè)一直以來廣泛應用的環(huán)氧樹脂材料，從而提升了機艙部位在飛行過程中遇到空氣阻力時的抵抗能力。

　　相對于一架波音-747-8I型飛機總長為68.5米的機翼，Solar Impulse 2的機翼總長則達到了72米。機翼的上表面被太陽能電池板覆蓋，加之機身和水平尾翼上表面安置的太陽能電池，飛機整體累計由17248塊135微米厚(這種厚度和人頭發(fā)的平均粗細差不多)的單晶硅電池構成，而機翼上的電池數(shù)量占據(jù)了其中的大多數(shù)。目前來看，家用太陽能板的電池利用率達到了16%左右;安置在地球衛(wèi)星上的太陽能電池利用率目前維持著最高的利用率，達到30%;而Solar Impulse 2上的太陽能電池利用率，則介于二者之間，約為22.7%，這一表現(xiàn)在業(yè)內已屬領先。

　　為讓引擎系統(tǒng)更加優(yōu)化，Solar Impulse 2的工程師們也為飛機的引擎同樣設計了碳纖維材質，機翼上總共有4臺引擎，每個引擎則包含了一臺發(fā)動機，一塊鋰聚合電池，以及我們熟悉的螺旋槳裝置。電池是該引擎裝置的核心，為了不增加額外的重量，電池本身也使用了由特殊化學鏈聚合的材料，并足夠耐氧化;因為前面提到飛機采集太陽能后的實際轉化率實際上只有22.7%，所以如何把五分之一的有效光能利用起來才能真正決定飛機可以飛得更長久。工程師們選擇了Solvay和Bayer MaterialScience兩家公司為他們的飛機引擎電池做足了電池材料上的優(yōu)化，為了提高電能密度，他們首先在電池上附著一種膠狀材料，另外每塊電池還配套了帶有細微孔隙的高硬度隔層板，保證飛機引擎在高空中溫度不會降到-20℃以下。此外，引擎發(fā)動機和電力系統(tǒng)也采用了一些以往應用還很少的前沿科技，特別是整個引擎電力系統(tǒng)可以直觀向工程師或飛行員呈現(xiàn)需要的可視化數(shù)據(jù)。實際上，留給飛機工程師們最大的挑戰(zhàn)就在于讓飛機在高空極端環(huán)境下，保持動力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。由此來看市面上的一些最新材質、加工和信息技術已足以支撐太陽能飛機的穩(wěn)定運行了。

　　舒適的空間、感知和智能系統(tǒng)有效提升駕駛體驗。Solar Impulse 2首先為飛行員駕駛艙設計了3.8m³的空間，對應的人體工程學設計也讓飛行員放倒自己的駕駛椅后，舒適地睡上一覺且不覺得憋悶。此外，由于與傳統(tǒng)飛機在架構上就不同，這架太陽能飛機沒有配備普通飛機應該裝備的穩(wěn)定增強系統(tǒng)，這項裝備對于飛機的穩(wěn)定性有很大幫助。所以研發(fā)團隊考慮將另一項類似自動駕駛的功能嵌入到飛機的飛行系統(tǒng)當中，但它有一個新的名字叫“監(jiān)控及預警系統(tǒng)”，一言以蔽之，這項系統(tǒng)不僅幫助飛行員實現(xiàn)自動駕駛，還可以監(jiān)視飛機整體、飛行員和電力系統(tǒng)是否存在異?；虬踩[患。這里特別要提到的是為飛行員提供的一套感知功能，在傳統(tǒng)的飛行任務中，飛行員們需要處理一些看到或者聽到的大量飛行信息，然而這些并不利于飛行員專注于本身的任務，特別是對于長途飛行來說，還會增加疲勞度。Solar Impulse 2團隊注意到了這一點，并通過一些振動感知技術，減少飛行員靠視覺和聽覺來獲取信息的頻次，比如飛機中還配備了高精度感知的傳感器，能夠很敏感地測量飛機的傾斜角，當機身傾斜角度數(shù)超過5°時，駕駛系統(tǒng)就會通過飛行員的手臂套筒傳遞頻率振動，以及時告知飛行員飛行狀態(tài);另一方面，飛行員本身的駕駛狀態(tài)也嚴格受到飛行系統(tǒng)的監(jiān)控，包括他們的心跳頻率和疲勞度，通過相應的感知設備，飛機能夠馬上檢測出一個準確的結果，并推斷飛行員是否應該休息或取消本來的飛行計劃。據(jù)統(tǒng)計，來自Solar Impulse 2和人身上受到監(jiān)控的數(shù)據(jù)類型加起來已有100多項，在實現(xiàn)全感知的同時，突出飛行的安全性和穩(wěn)定性。值得一提的是，“監(jiān)控及預警系統(tǒng)”的硬件端僅有10斤重，功率也只有50瓦。

　　一些人性化的設計和第三方配套服務設施也為Solar Impulse 2增添了幾分活躍的色彩，但相比于我們熟知的一些主流依靠互聯(lián)網(wǎng)思維打造的交通工具，比如Tesla汽車，在功能體驗方面的確還差了一些，但對于傳統(tǒng)飛機來說，它確實是革命性的。最明顯地要數(shù)這架飛機首度為飛行員配備了50kb/s的低寬帶服務，他能讓飛行員在休息時間觀看當?shù)刂辈?。目前，團隊在瑞士的網(wǎng)絡合作伙伴Swisscom專為此提供支持，當飛機進行跨國飛行時，團隊還需和其他國家的網(wǎng)絡運營商建立合作關系。另外，諸如飛行員的高海拔專家健康診斷、個性化營養(yǎng)餐飲等服務也垂直地進入到飛行系統(tǒng)之中，給飛行過程帶來更多保障。

　　正在打開的太陽能飛行市場

　　Solar Impulse項目的團隊正專注的畢竟還是類似于挑戰(zhàn)技術極限和世界紀錄的事情，如何讓太陽能飛機走向市場、落地于應用和服務，也是人們非常關注的?！?S新聞周刊》通過在團隊官方網(wǎng)站的采訪留言也得到了一些積極的回應，據(jù)其一位負責對外宣傳的官方發(fā)言人表示，項目團隊十分愿意讓技術為市場所用，并期待5年以后，能夠看到太陽能飛機被量產(chǎn)，用于運輸、生產(chǎn)以及短途任務飛行等領域，這位發(fā)言人甚至鄭重地表示，太陽能飛機會將承載十分之一的航空發(fā)展史。

　　在測繪地理信息科學領域中，比如是否可以利用Solar Impulse 2太陽能飛機進行國內的航空測繪，的確是一件值得關注的事情。但從當前來看，似乎還有很長一段路要走，包括政策上對太陽能飛機的飛行管制，以及新能源的使用標準，還有市場上的培育，目前都還是空白，垂直應用也或將在幾年以后才見分曉。不過，在Solar Impulse 2發(fā)布之日，相關新聞就通過愛德曼國際公關公司分發(fā)給中國的各大媒體，包括3sNews中國地理信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，也可以說明Solar Impulse項目團隊比較看重中國市場，并希望垂直領域都能廣泛關注?！?S新聞周刊》也將持續(xù)關注并對接這家充滿傳奇色彩的太陽能飛機制造公司，并尋找和地理信息行業(yè)結合的契機。但筆者需要在此談談太陽能飛機在全球特別是歐洲地區(qū)的發(fā)展近況。

　　代表了全球超過240家航空公司和84%的全球航空交通系統(tǒng)的IATA(國際航空運輸協(xié)會)，已正式向Solar Impulse 2提供起飛和落地的通訊技術與操作的支持，此外，該協(xié)會也聯(lián)合歐洲各地域的政府部門及航空公司為這架飛機提供相關的服務。目前，有38個歐洲國家領空開始向Solar Impulse 2提供業(yè)務協(xié)助。未來，這款太陽能飛機會和所有的民航客機一道，共同接受日常機場站飛行與降落的通訊指揮。

　　無獨有偶，有一家數(shù)據(jù)分析公司也通過飛行任務控制中心專門為Solar Impulse 2提供實時飛行監(jiān)測的支持，這個公司利用實時的氣象數(shù)據(jù)流、高質量的光譜現(xiàn)象模型和飛機起飛的決策標準，結合一些概率分布的算法得出一些可靠的分析成果，從而為長途飛行提供一些行之有效的綜合策略。另外，在瑞士本地，一家看中Solar Impulse 2劃時代意義的商業(yè)保險公司也基于此推出了對應的保險產(chǎn)品。所有的服務將逐漸支撐起太陽能飛機這一新興的市場，并拉動與之相關的新領域服務。（文丨本刊編輯 陳啟臨）