太阳能飞机

以太阳辐射作为推进能源的飞机。在飞机上铺设太阳能电池板，将光能转换为电能，驱动飞机飞行。太阳能飞机采用了传统气动布局，这些布局已有成熟的分析方法，技术风险低，也有飞机采用新的气动布局。为了提高气动效率，大多采用大展弦比机翼，尤其是高空长航时太阳能无人机，展弦比都在30左右。多数太阳能飞机采用的为转化效率15%~20%的单晶硅太阳电池，部分采用了多晶硅太阳电池。储能器多为能量密度150Wh/kg左右的锂电池，部分太阳能飞机采用了爬高方式储能或能量密度450~600Wh/kg的可再生燃料电池储能。为降低全机重量，能源系统多集成于机体结构中为提高系统可靠性，太阳能飞机多采用分布式推进系统，并以直驱方式为主，只在小型太阳能飞机上采用减速驱动方式以提高螺旋桨效率。

20世纪70年代末，人力飞机的发展积累了制造低速、低翼载、重量轻的飞机的经验。在这一基础上，美国在80年代初研制出“太阳挑战者”号单座太阳能飞机。飞机翼展14.3米，翼载荷为60帕(6公斤力/米2 )，飞机空重90公斤，机翼和水平尾翼上表面共有16128 片硅太阳电池，在理想阳光照射下能输出3000瓦以上的功率。这架飞机1981年7月成功地由巴黎飞到英国，平均时速54公里，航程290公里。太阳能飞机还处于试验研究阶段，它的有效载重和速度都很低。

2007年11月5日，在瑞士杜本多夫举行的新闻发布会上，展出了“阳光脉动”太阳能飞机样机。科研人员历时4年制成了这架太阳能飞机。瑞士探险家贝特朗·皮卡尔2003年提出太阳能飞机环球飞行构想，计划驾驶太阳能飞机，经过5次起降实现环球昼夜飞行，这一计划被命名为“太阳脉动”。环球飞行预计在2011年开始，这将是太阳能飞机历史上首次载人作昼夜、长距离飞行。

1981年7月7日“太阳能挑战者”号

2001年“太阳神”号

2005年“天空使者号”

2007年“太阳脉动”号样机

2010年5月“太阳脉动”号试飞

2006年8月“西风”号

2010年7月8日，“太阳驱动”号在空中飞行

2012年5月24日，瑞士太阳能飞机“太阳驱动”号第一次洲际飞行

2014年6月2日，瑞士帕耶讷，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”首飞。据报道，这架飞机机翼上安装有1.7万块超薄且高效能的太阳能电池板，翼展长达72米。太阳能板在日间吸收能量，让飞机在晚间也可飞行，飞行时间不再受燃油量限制。

20世纪70年代末，人力飞机的发展积累了制造低速、低翼载、重量轻的飞机的经验。在这一基础上，美国在80年代初研制出“太阳挑战者”号单座太阳能飞机。飞机翼展14.3米，翼载荷为60帕(6公斤力/米2)，飞机空重90公斤，机翼和水平尾翼上表面共有16128片硅太阳电池，在理想阳光照射下能输出3000瓦以上的功率。

1981年7月7日，第一架以太阳能为动力的飞机飞过英吉利海峡。这架210磅重的“太阳能挑战者”号从巴黎西北部25英里以远的科迈伊森-维克辛起飞，以平均每小时30英里的速度、1.1万英尺的飞行高度，完成了全长165英里的旅行，最后在英国东南海岸的曼斯顿皇家空军基地着陆。

保罗·麦克里迪是该动力装置的设计者，他还曾建造第一架人力发动的飞机越过海峡。这架“太阳能挑战者”号是由安装在机翼的1.6万个阻挡层太阳能光电池发动的，这些电池把光能转变为电能以推动2.7马力发动机。这架飞机试图几次飞过海峡都未成功，此次借助极好的夏日阳光终于达到目的。飞机着陆时受到了30人的迎接。

重量：590公斤

翼展：75米

速度：30-50公里/小时

最著名的太阳能飞机是AeroVironment公司为NASA的环境研究机和传感器技术计划研制的“太阳神号”无人机。

“太阳神”号耗资约1500万美元，用碳纤维合成物制造，部分起落架材料为越野自行车车轮，整架飞机仅重5 90公斤，比小型汽车还要轻。“太阳神”在外形方面的最大特点就是有两个很宽的机翼，其机身长2.4米，而活动机翼全面伸展时却达75米，连波音747飞机也望尘莫及。

“太阳神”号机身上装有14个螺旋桨，动力来源于机翼上的太阳能电池板。在早晨阳光不是很强烈时，“太阳神”装备的太阳能电池可以为飞机提供10千瓦的电能，使飞机能够以每秒33米的速度爬高。中午时分，电池提供的电能达到40千瓦，飞机的动力性能达到最佳状态，能以每小时30至50公里的巡航速度飞行。晚上，飞机则依靠储存的电能进行巡航飞行。

2001年研究人员将“太阳神”号运往夏威夷，装上65000片太阳能板，由地面两名机师透过遥控设备“驾驶”；在10小时17分的飞行中，“太阳神”号达至22800米的目标高度。研究人员预计“太阳神”号最高可飞到30000米高空，超出喷气式客机飞行高度3倍多。

不幸的是，2003年6月26日，“太阳神”在试飞时突然空中解体，坠入夏威夷考艾岛附近海域。事后经调查，“太阳神”号在空中飞行36分钟时突然遭遇强湍流，引起两个翼端向上弯，致使整个机翼诱发严重的俯仰振荡，超出飞机结构的扭曲极限。

重量：2.6公斤

翼展：3.2米

速度：30公里/小时

“天空使者号”实际上是苏黎世瑞士联邦理工学院和欧洲宇航局合作设计的一款太阳能驱动火星研究飞行器。研究者相信随着技术的进步，在10年至20年内“天空使者号”将能够抵达火星内轨道。

“天空使者号”能够在火星上空飞行，必须满足以下火星飞行条件：低密度大气层、微弱的太阳能、多变的风向和冰点以下温度。为了满足这些限制条件，科学家们论证得出飞机的最佳翼展约为3米。而电池重量占了整个飞机2.6公斤的约一半。

2005年初，科学家们建造和测试了首台原型机，通过手动发射，该原型机在地球上空持续飞行了5小时。原型机采用了包括西印度轻木虑芯和碳纤维在内的刚性轻质材料制作而成。飞行器配备了216块硅太阳能电池，在理想太阳光条件下可以为飞机提供80瓦特以上的电力。

由于拥有小而轻质的结构，“天空使者号”可以装载一些高技术设备。数字传感器可以测量高度和空速，这使飞机能够在诸如海岸或者峡谷之类的目标上空飞行。携带的电荷耦合照相机(CCD)可拍摄地面图像。当飞机自动驾驶出现故障时，科学家还可以通过一个地面控制站监控和给飞行中的飞机发送指令。

重量：约2吨

翼展：80米，超过空客A380的翼展

时速：70公里/小时

飞行高度：可达1万至2万米。

发动机：机翼上配备4部螺旋桨发动机

太阳能锂电池：超薄型、可抵御零下60℃低温和80℃的高温太阳能

板面积：240平方米，能储存足够的太阳能，让飞机在黑夜中靠锂电池驱动螺旋桨

载人环球行将飞经深圳

2007年～2008年前后，科学家将制出一架机翼翼展60米的“太阳脉动”号样机，进行短距离夜间飞行。

2009年～2010年，制造出翼展为80米的样机，实现长距离不间断飞行，比如飞越大西洋和跨洲飞行。

2010年5月开始，“太阳脉动”号将进行有着陆环球试飞，从欧洲出发，在波斯湾着陆，又从好望角到中国南部的深圳，再飞越太平洋到加州，最后经纽约和巴黎回国。途中在每个大陆着陆一次，每个航段持续4~5天，这是飞行员能够承受的极限。

当电池效率达到足够水平，使重量得以进一步减轻时，“太阳脉动号”将改装成可载两人，在北半球最终完成不着陆、无燃料环球飞行，平均速度每小时80公里。

重量：33公斤

翼展：12.2米

2006年8月，英国科学家研制的全球首架太阳能无人侦察机——“西风”(Zephyr)号试飞成功。该机采用全球定位系统导航，最大飞行高度可以达到40000米。它依靠太阳能电池提供动力，可持续飞行3个月之久，对目标实施长时间的高密度监控。预计未来两年，它将被广泛用于阿富汗和伊拉克战场。

从2003年到2012年，研究人员已先后制造了四架样机，它非常轻巧，总重量仅33千克。机翼由碳素纤维制成，宽12.2米，表面覆盖着一块块太阳能电池面板，收集到的太阳能一方面驱动螺旋桨，一方面储存到40节锂电池中，供夜间使用。为防止机身表面温度过高，“西风”号表面涂满了一种特殊“太空油脂”。航空润滑油也是特制的，能在极端气温条件下保护轴承。

虽然体积和重量“缩水”，可是“西风”号的功能却大大增强了，它上面的照相机可以从18288米的高空，精确拍摄大小仅为25.4厘米的地面目标。同时，它还可以接收和传播特种部队士兵从远方发送来的无线电信号。

不过，由于“西风”号是为高空飞行设计的，机身脆弱，动力小，因此完全不能依靠自身动力起飞，寻找一种稳定可靠的发射方式，正是2012年的研制重点。2006年8月初，“西风”号模型机在美国新墨西哥州成功完成试飞，由于它的自身动力过于弱小，在试飞过程中，3名男子顺着风沿着跑道一路狂奔，才总算将它“送”上蓝天。

“太阳驱动”是世界上第一架设计为可昼夜飞行的太阳能环保飞机。机翼上装有1.2万对太阳能电池板，为机上4台电动机供电。飞机白天飞行时，可将多余的太阳能电力储备到高性能蓄电池中供夜间飞行使用，因此可实现昼夜飞行却不需要一滴航空燃油。“太阳驱动”号采用碳纤维材料，翼展200英尺（约合61米），与空客A340不相上下。这架太阳能飞机采用超轻型设计，重量只有3525磅（约合1600公斤），与一辆汽车差不多。“太阳驱动”号安装了近1.2万个硅太阳能电池，主要分布在机翼，负责驱使4台电动马达。由于采用能量存储技术，这架太阳能飞机可以昼夜飞行。

2010年7月8日，太阳能飞机“太阳驱动”在空中飞行。世界最大太阳能飞机——瑞士制造的“太阳驱动”飞行26小时后，于当地时间8日9时在瑞士帕耶那机场降落，成功完成首次昼夜试飞。这是世界上首次进行太阳能飞机的夜间试飞。

2012年5月24日，瑞士太阳能飞机“太阳驱动”号在安德烈·博尔施贝格的驾驶下从瑞士帕耶讷起飞，大约17小时后顺利在 西班牙马德里着陆。在此之后，“太阳驱动”号又从马德里起飞，前往摩洛哥拉巴特，共历时大约20个小时。“太阳驱动”号凭借此次飞行创造历史，成为有人驾驶的太阳能飞机进行的第一次洲际飞行。

当地时间2014年6月2日，瑞士帕耶讷，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”首飞。据报道，这架飞机机翼上安装有1.7万块超薄且高效能的太阳能电池板，翼展长达72米。太阳能板在日间吸收能量，让飞机在晚间也可飞行，飞行时间不再受燃油量限制。

“太阳驱动”项目发起人、瑞士探险家贝特朗·皮卡尔及其团队2日发表声明称，当天清晨，“太阳驱动”2号在帕耶讷机场成功实现首飞，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。

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”号成为目前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。

“太阳驱动”2号的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料，机翼上安装有17248块超薄、高效太阳能电池板。与“太阳驱动”号一样，“太阳驱动”2号在飞行中无需一滴燃料，仅依靠阳光就能实现昼夜飞行。

按计划，“太阳驱动”2号明年3月将从海湾地区起飞，经阿拉伯海，进入印度、缅甸、中国，然后跨越太平洋前往美国，再飞往南欧和北非，最终回到起点。

当地时间2016年4月23日，“阳光动力2号”太阳能飞机历时三天，从夏威夷飞抵美国西海岸城市旧金山，完成了飞跃太平洋的航程，距离环球航行的目标又近了一步。截止到4月21日阳光动力2号从夏威夷起飞之时，它已经在这个太平洋中央的岛屿上停留了293天，也就是将近10个月的时间。