——太陽能動力飛機
以太陽能為動力的飛機,最早一架是在20世紀70年代末,美國洛克希德公司研製成的太陽升1號。當時這種飛機隻限於白天飛行,若遇到陰雨天氣,尤其是夜間便無能為力。
後來,美國航空和宇航局提出要求,要有關部門研製一種能晝夜飛行的太陽能動力飛機。到1981年,美國麥克克裏迪發明了希望中的太陽能飛機。這種飛機具有機翼大、機身輕和續航能力特別強的三大特點。它的設計思想讓人叫絕。
首先,為了保證飛機在高空空氣稀薄的環境下,能有足夠的升力,所以設計的機翼翼展特別大,超過一個足球場的麵積。這樣大的麵積,也為在機翼上安裝上大麵積的太陽能電池創造了條件。不僅如此,麥克克裏迪在機翼上還作了特殊的設計,增設了能轉動的垂直帆,在垂直帆上也裝上太陽能電池,以便用來采集太陽升起或落下時的水平光線,真是一絲不漏。機翼還可活動,翼梢可以翹起也可以放平。在白天,將翼梢上翹,以便最大限度采集陽光;到夜間,機翼放平,以保持飛機最大升力。
其次,為了最大限度地節省和利用能源,降低能耗,麥克克裏迪就千方百計設法減輕飛機自身的重量。他采用的措施之一,是合理選用材料。對飛機的主要承載結構,采用現代專供航天飛行器所使用的堅硬、輕質複合材料管,以保證飛機的安全;對其餘部分則采用樺木和雲杉層壓製成的膠合板,這種材料是20世紀20年代即航空初創時期的原始材料。這種采用最現代和最原始材料相結合的思想,不愧是既大膽又科學。又如,在控製飛機總重量的過程中,更是全麵周到。他既注意減輕飛機總重量,又能全麵考慮到分部重量的合理性。如動力裝置,從太陽能電池到螺旋槳的重量,控製在飛機總重量的60%~70%;有效載荷,包括飛機執行任務所需的紅外探測器,通信偵聽裝置等,約占10%~15%。飛機的總重量包括控製、導航、通信和有效載荷不到1噸。
第三,為了降低能耗,麥克克裏迪采用了各種有效的節能方法,如選擇合適的飛機巡航高度,讓飛機盡可能在18300~24400米高度範圍內飛行。因為在這個範圍內,急流風特別小,成了平靜區,飛機若以時速89千米緩慢飛行,可大大降低能耗。又如選擇最佳的太陽能電池——光電轉換強、效率高,而自身蓄電損耗少的蓄電池。
續航力強是太陽能動力飛機的最大特點和最終目標,太陽能飛機一般要求它能在空中連續飛行一年或一年以上,它就不需要中途返回地麵,而且還用它來擔負起一部分原來同步衛星的工作,如通信、戰略偵察、竊聽等。
從目前情況看,要發展太陽能動力飛機,需要解決的問題還是太陽能電池。因為太陽能電池轉換率低的問題未能取得突破性解決,那麼成本就降不下來,發展就受到限製。而目前太陽能電池的轉換率,以矽太陽能電池為例,也隻有8%~15%。每塊半導體電池大約可產生0.5伏電壓和每平方厘米30~35毫安的電流。實際應用時,為了獲得較高的電壓和較大的電流,當然可以把很多幾平方厘米、十幾平方厘米的薄片串連起來。但要用它來作為飛機的動力源,太陽能電池板的麵積,肯定是驚人數字。
太陽能動力飛機有廣闊的發展遠景。能源是有限的,而太陽能卻是無限的,隻要我們努力研究,相信一定會有好的解決辦法。