书城科普人类发明之谜
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第45章 让太阳做能源

——太阳能动力飞机

以太阳能为动力的飞机,最早一架是在20世纪70年代末,美国洛克希德公司研制成的太阳升1号。当时这种飞机只限于白天飞行,若遇到阴雨天气,尤其是夜间便无能为力。

后来,美国航空和宇航局提出要求,要有关部门研制一种能昼夜飞行的太阳能动力飞机。到1981年,美国麦克克里迪发明了希望中的太阳能飞机。这种飞机具有机翼大、机身轻和续航能力特别强的三大特点。它的设计思想让人叫绝。

首先,为了保证飞机在高空空气稀薄的环境下,能有足够的升力,所以设计的机翼翼展特别大,超过一个足球场的面积。这样大的面积,也为在机翼上安装上大面积的太阳能电池创造了条件。不仅如此,麦克克里迪在机翼上还作了特殊的设计,增设了能转动的垂直帆,在垂直帆上也装上太阳能电池,以便用来采集太阳升起或落下时的水平光线,真是一丝不漏。机翼还可活动,翼梢可以翘起也可以放平。在白天,将翼梢上翘,以便最大限度采集阳光;到夜间,机翼放平,以保持飞机最大升力。

其次,为了最大限度地节省和利用能源,降低能耗,麦克克里迪就千方百计设法减轻飞机自身的重量。他采用的措施之一,是合理选用材料。对飞机的主要承载结构,采用现代专供航天飞行器所使用的坚硬、轻质复合材料管,以保证飞机的安全;对其余部分则采用桦木和云杉层压制成的胶合板,这种材料是20世纪20年代即航空初创时期的原始材料。这种采用最现代和最原始材料相结合的思想,不愧是既大胆又科学。又如,在控制飞机总重量的过程中,更是全面周到。他既注意减轻飞机总重量,又能全面考虑到分部重量的合理性。如动力装置,从太阳能电池到螺旋桨的重量,控制在飞机总重量的60%~70%;有效载荷,包括飞机执行任务所需的红外探测器,通信侦听装置等,约占10%~15%。飞机的总重量包括控制、导航、通信和有效载荷不到1吨。

第三,为了降低能耗,麦克克里迪采用了各种有效的节能方法,如选择合适的飞机巡航高度,让飞机尽可能在18300~24400米高度范围内飞行。因为在这个范围内,急流风特别小,成了平静区,飞机若以时速89千米缓慢飞行,可大大降低能耗。又如选择最佳的太阳能电池——光电转换强、效率高,而自身蓄电损耗少的蓄电池。

续航力强是太阳能动力飞机的最大特点和最终目标,太阳能飞机一般要求它能在空中连续飞行一年或一年以上,它就不需要中途返回地面,而且还用它来担负起一部分原来同步卫星的工作,如通信、战略侦察、窃听等。

从目前情况看,要发展太阳能动力飞机,需要解决的问题还是太阳能电池。因为太阳能电池转换率低的问题未能取得突破性解决,那么成本就降不下来,发展就受到限制。而目前太阳能电池的转换率,以硅太阳能电池为例,也只有8%~15%。每块半导体电池大约可产生0.5伏电压和每平方厘米30~35毫安的电流。实际应用时,为了获得较高的电压和较大的电流,当然可以把很多几平方厘米、十几平方厘米的薄片串连起来。但要用它来作为飞机的动力源,太阳能电池板的面积,肯定是惊人数字。

太阳能动力飞机有广阔的发展远景。能源是有限的,而太阳能却是无限的,只要我们努力研究,相信一定会有好的解决办法。