阳光动力号于2011年5月2日在瑞士佩耶恩进行一次测试短途旅行，然后尝试首次飞往布鲁塞尔的国际航班。

　　哈罗德·坎宁安/盖蒂图片社太阳能丰富且无限可再生。因此，看到依赖太阳的设备激增也就不足为奇了。从太阳能庭院灯到太阳能家庭和企业，许多人可以利用太阳能提供的能量。但你可能会认为太阳能庭院灯并不是那么令人兴奋(尽管它们背后的科学可能是)，也许你想知道还有什么。你会相信太阳能飞机吗?

　　虽然它们自 1970 年代以来一直在飞行，但太阳能飞机可能已经飞得远远低于您的雷达，以至于它们听起来很新。一架太阳能飞机可以带你去一个相当惊人的旅程。你必须从早上开始，等待云层散去。螺旋桨呼啸而过，飞机将在跑道上以打哈欠的缓慢速度行驶。当风吹上飞机时，你会上升得如此缓慢，以至于你几乎不会被压在座位上。

　　你会爬上鸟类上方，珠穆朗玛峰上方，商用喷气式飞机上方和军用间谍飞机上方(NASA和AeroVironment的Helios爬升至96，863英尺(29，524米))。你会安顿在平流层，那里是冰冷的卷云的家园。

　　无论这种欢乐之旅听起来多么有趣，太阳能飞机都是为其他用途而设计的。由于它们基本上是低空飞行的卫星，起初美国宇航局设想将它们停在城市上空作为通信平台，但那是在我们有许多手机信号塔之前。现在，军方正在关注太阳能飞机进行监视。从理论上讲，它们可以在高空停留多年。然而，实际上，统计数据还没有完全到位：记录是两周(真的!)没有着陆，由QinetiQ的无人驾驶“Zephyr”创造。 然而，对于有人驾驶飞机，记录是26小时10分19秒，由瑞士飞机阳光动力号保持。

　　有了这样的记录，一些组织希望改变太阳能发电薄弱和效率低下的态度。

　　了解太阳能飞机如何工作的最简单方法可能是将它们与天空中更常见的飞机进行比较。我们将看看一架商用喷气式飞机 - 波音的747-400 - 和一架军用喷气式飞机 - F-22A猛禽。

　　太阳能飞机与传统飞机

　　如前所述，太阳能飞机主要是监视飞行器。另一方面，波音的747-400从底特律飞往东京，以不错的燃油里程运送数百名乘客。相比之下，F-22A猛禽是美国空军的战斗机。它被设计为快速、敏捷、安静且几乎看不见。这些是基本区别。让我们将这些飞机正面交锋，或机翼对翼，以了解更多信息。

　　许多太阳能飞机的形状像飞行尺。例如，美国宇航局的Helios飞机翼展为247英尺(75米)，但只有12英尺(3.7米)长[来源： 美国宇航局].747的翼展更短，为211英尺(64.3米)，机身大约是翼展的长度[来源： 波音].F-22A猛禽是一架铁锹形的粗短飞机，机翼宽44.5英尺(13.6米)，长62英尺(18.9米)。

　　与其他飞机相比，太阳能飞机实际上是风筝。有些是用手向空中抛掷的。赫利俄斯太重了。它最多重2，048磅(929公斤)，由昂贵，轻便和坚固的材料制成 - 和聚苯乙烯泡沫塑料[来源： 美国宇航局].令人惊讶的是，整个飞机都在弯曲。(稍后会详细介绍。猛禽重达 83，500 磅(37，875 公斤)，绝对不可弯曲。747 重达 875，000 磅(396，893 公斤)，包括货舱中的所有行李。

　　你会发现很多电动螺旋桨 - 多达14个 - 在太阳能飞机上，这就是它所有的推进力。当然，电动螺旋桨在喷气发动机旁边枯萎。猛禽的喷气发动机以70，000磅(311，500牛顿)的总推力向前喷射[来源： 洛克希德马丁公司].747的两台发动机以高达126，600磅的总推力(563，145牛顿)移动它

　　你不会对哪一个会在比赛中获胜感到惊讶。当环境在无污染的太阳能飞机上微笑时，速度之神却没有。在低空巡航时，Helios的行驶速度不超过每小时27英里(每小时43.5公里)[来源： 美国宇航局].A 747以每小时567英里(每小时913公里)的速度巡航，猛禽可以达到接近2马赫的速度

　　猛禽也以机动性获胜。虽然747和Helios可以转弯，俯仰和改变速度，但猛禽可以旋转循环飞行。

　　到目前为止，747在距离上获胜。太阳能飞机最远的飞行距离为163英里(262公里)。猛禽的最大航程为1，841英里(2，963公里)，而747可以飞行8，355英里(13，446公里)[来源： 洛克希德马丁公司, 波音].

　　太阳能飞机在一个你可能没有考虑过的类别中获胜 - 长寿。喷气式飞机必须降落加油。太阳能飞机不必如此。只要电池充电，它们就可以保持在高空，以便它们度过夜晚。通过在空中停留三天以上，太阳能飞机已经超过了喷气式飞机，许多太阳能飞机制造商都有数月到数年的目标。

　　现在您知道太阳能飞机如何与其他飞机堆叠，让我们仔细看看它的设计。

　　受太阳限制

　　与一加仑喷气燃料中的能量相比，在一小时内击中太阳能飞机上一平方英尺面板的太阳能微不足道。太阳能电池板还将更少的太阳能(在10%到20%之间)转换为用于转动螺旋桨的电能，与喷气发动机中用于推动喷气式飞机的功率燃烧量相比。最后，一平方英尺(0.09平方米)的太阳能电池板产生的功率比点亮60瓦灯泡所需的功率少三到六倍，所以你可以看到为什么工程师用面板覆盖飞机并试图保持照明

　　太阳能飞机设计

　　太阳能飞机上没有太多东西。它们平坦得可笑，很薄，邀请风把它们抬起来，而不是把它们撞来撞去。车身坚固轻便，通常由碳纤维管制成框架，并在其上拉伸像凯夫拉尔一样坚固的织物。在结构的某个地方，你会看到一个“X”或“V”，它阻止飞机滚动。

　　大多数飞机在夜间使用电池运行，尽管有些飞机使用燃料电池。电池重量轻，精力充沛，通常排列在一片中。QinetiQ的太阳能飞机“Zephyr”保持着目前的续航记录，在一块锂硫电池上运行[来源： 灌木].电池连接到转动螺旋桨的电机。

　　你不能错过太阳能电池板，这是飞机的皮肤和心脏。它们不同于卫星或太阳能房屋上刚性、笨重的太阳能电池板。这些面板厚几毫米，足够灵活，可以滚动，并且非常高效且昂贵[来源： 灌木，USO]。太阳能电池板也连接到螺旋桨。

　　在机上，飞机将携带光，电压和风传感器，并将有一种将这些信息传递给飞行员的方法。

　　如果你想知道轮子在哪里 - 没有必要打扰。“一些太阳能飞机基本上在飞行中掉落起落架，因为你不需要它们。飞机可能会降落在滑行或坠毁着陆上。工程师们正在摆脱你能想象到的每一点重量，“美国宇航局德莱顿飞行研究中心的工程师约翰德尔弗拉特说。

　　一些太阳能飞机是真的 无人机s，或 无人机.除了起飞和降落，自动驾驶仪驾驶飞机。飞行员使用机载系统跟踪飞机并从地面控制其电机。无人驾驶飞机包括美国宇航局已故的Helios，Zephyr和Aurora Flight Sciences的Odysseus和SunLight Eagle。

　　其他太阳能飞机可以支持飞行员。有人驾驶的太阳能飞机的例子是NASA和AeroVironment的退役Gossamer Penguin和Solar Challenger，以及另一个组织的Solar Impulse，旨在环游地球。

　　奇怪的太阳能

　　这 奥德修斯由极光飞行科学公司炮制的，仍在设计中。在模拟中，飞机的三段从跑道起飞。随着这些部分连接在一起，飞机在半空中建造自己。为了从更多角度捕捉太阳，飞机像手风琴一样折叠自己。

　　你可能会持怀疑态度，但国防高级研究计划局(DARPA)不是。它选择了奥德修斯作为其秃鹫计划，该计划将尝试连续驾驶飞机五年，同时携带1，000磅(454公斤)

　　飞行太阳能飞机

　　赫利俄斯有很多螺旋桨。

　　美国宇航局德莱顿飞行研究中心照片集/尼克·加兰特太阳能飞机的飞行从检查开始。检查电池 - 它应该充电。检查地风。它们不应超过每小时10英里(每小时16公里)，否则飞机可能会在跑道上坠毁。检查空气中的湍流，因为飞机必须通过湍流层上升。云层中的波浪是一个不好的征兆。“风是你的敌人，”德尔弗拉特说。

　　早晨最适合起飞，当太阳在头顶上，白天还有充足的阳光。作为跑道，您需要一个比三个足球场多一点的圆圈，这比普通机场跑道短 10 倍。接下来，使用该圆圈倾斜飞机起飞。你把飞机指向，让风迎面吹来，但永远不会越过它。侧风对大多数太阳能飞机来说意味着破坏，因为它们可以将飞机抛向不需要的方向。

　　当螺旋桨在线时，电池电源和太阳能的组合可以使它们开始旋转，飞机准备滚动(或被手动抛向空中)。“飞机以自行车的速度起飞，”德尔弗拉特说，因为起飞通常是用太阳能完成的。作为一名飞行员，通常在地面上，您可以避开阴影并转向以获得最大的阳光，以节省电池的电量。

　　飞机缓缓上升。你通过加速它的中央螺旋桨，把它向上倾斜来让它上升。在35，000英尺(10.6公里)左右，你已经击中了喷射流。坚持。在这个湍流的天空层中，像美国宇航局的赫利俄斯这样的飞机可以随着风从平坦到戏剧性的“U”弯曲。如果飞机不弯曲，风可能会把它撕裂。飞机不能留在这里，747飞机在那里巡航，因为如果湍流风没有杀死它，喷射流会把它带走。

　　在喷射流上方，躲避蓬松的云层;他们挡住了太阳。转弯就像加速飞机一侧的螺旋桨一样简单。在40，000英尺(12公里)处，你已经进入了平流层，这是一个静止的层，冰冷的卷云不会阻挡你的太阳。最后，在65，000英尺(20公里)处，您可以在静止中放松身心，几乎可以滑翔。如果您打算熬夜，请确保您的电池已充电以运行螺旋桨。否则，您将开始失去高度。

　　在飞行过程中，太阳能飞机在电池和太阳能之间自动切换。当有太阳时，它会运行螺旋桨并为电池或燃料电池充电。为了更快地为电池充电，飞行员可以飞得更慢。在夜间或云层中，螺旋桨仅靠电池或燃料电池运行。

　　当需要着陆时，切断停止螺旋桨的动力。太阳能飞机滑翔下来 - 工程师宁愿让它们成为高效的飞行者，也不愿快速着陆。“它们下降得非常慢，”德尔弗拉特说。“当你试图带一个着陆时，你想抓住它并把它拉下来。

　　太阳能飞机的环境效益

晶圆一样薄的飞机支付2000万美元，但这就是太阳能飞机的成本。" src="https://supp.iczoom.com/images/public/202301/1673500080434064809.jpg" width="290" height="217"/>

　　很难想象为一架像晶圆一样薄的飞机支付2000万美元，但这就是太阳能飞机的成本。

　　美国宇航局德莱顿飞行研究中心照片集/汤姆·奇达许多研究人员表示，将太阳能飞机停在天空中很有用。它可以悬停在一个地方上，携带摄像头或其他传感器。在平流层中，它可以对臭氧层附近的气体进行采样。它还可以观察森林火灾或跟踪地面上的飓风。

　　对于军方来说，太阳能飞机可以帮助侦察。像间谍飞机一样，它们飞得很高，这使它们隐身。但是，虽然间谍飞机必须飞过并返回，但太阳能飞机却一眨不眨。他们可以拍摄多年不间断的照片或视频。“当事件发生时，他们可以研究导致它的一切，”德尔弗拉特说。对于执法部门来说，它们有利于边境和港口巡逻。

　　的确，卫星可以执行其中的一些任务。但是太阳能飞机用更便宜的相机在地面上看到更多细节，因为它们更接近行动。它们的构建和启动成本也较低。虽然卫星一旦进入轨道就很难移动，但太阳能飞机很容易移动。将太阳能飞机放下来进行维护也更容易。

　　太阳能飞机是电动的，不排放废气。商用飞机可以。1992年，飞机排放了5亿吨一氧化碳2，或人类一氧化碳的 2%2 排放 [来源： 警 监 会].它们的废气含有许多与健康和环境影响有关的物质，尽管美国环境保护署(EPA)规定了它们的水平，并且正在研究机场附近的健康影响[来源： 美国环保署, 瓦赫特].无论如何，太阳能飞机不能成为干净的客机，因为它们可能永远没有足够的动力来搭载许多乘客，德尔弗拉特说。

　　平流层喷气式飞机，如F-22A猛禽和U-2间谍飞机，也会排放废气。虽然它们将其排放到平流层，那里的气体持续时间比我们在下面的对流层中更长，但它们对空气污染，臭氧消耗和全球变暖的贡献尚未得到彻底测量。能够像这些飞机一样加速和机动的太阳能飞机还需要很多年的时间。因此，在这个时候，谈论太阳能飞机是其他飞机的环保替代品是不切实际的。尽管如此，它们仍然是当前应用的清洁车辆。

　　Del Frate说，太阳能飞机的一个令人惊讶的好处是，如果太阳能电池板制造商每年为十几架太阳能飞机提供大型高效电池板，那么家庭高效电池板的成本就会下降。

　　是一只鸟!是飞机!

　　“曾经有人问我，鸟呢?你担心撞到一只鸟吗?“约翰·德尔·弗拉特回忆道。“我不得不笑。一只鸟可以飞过这些东西之一。一只鸟可以在飞行时在其中一个东西上筑巢! 由于很难将太阳能飞机移开，飞行员与美国联邦航空局合作，计划远离其他飞机的航班。幸运的是，很少有飞机在65，000英尺(20公里)的高度飞行。

　　对太阳能飞机的担忧

　　“我记得人们从未想过他们能够飞行。在飞机创下飞行记录后，那些批评者被沉默了，“德尔弗拉特说。但批评者仍然对太阳能飞机提出异议。

　　“批评者倾向于指出这些飞机很脆弱，”德尔弗拉特说。他说，美国宇航局的探路者飞机在NASA机库内被风吹过门损坏。“我们建立了必要的力量，仅此而已。它们很轻，材料非常少 - 这是有原因的。

　　很难想象为一架像晶圆一样薄的飞机支付2000万美元，但这就是太阳能飞机的成本。根据Del Frate的说法，仅太阳能电池板就占成本的一半左右。但从这个角度来看，波音747的起价为2.34亿美元[来源： 波音].

　　飞机不是重型升降机;迄今为止建造的最强的可以携带一名飞行员。“如果它们几乎不携带任何有效载荷，那又有什么意义呢?”德尔·弗拉特(Del Frate)总结了批评者的说法。他指出，太阳能飞机可以携带传感器和摄像头，它们很轻，而且越来越轻。“看看你的手机能做的所有事情。它几乎没有重量。

　　到目前为止，太阳能飞机需要特殊的飞行条件。虽然电池可以在夜间和阴凉处携带它们，但飞机不能在暴风雨中起飞或飞行。他们不能在强风中起飞。它们不能停留在积云或天空的湍流层中。

　　“批评者会指出，他们一年中只有九个月有用，他们是对的，”德尔弗拉特说。在冬季，飞机很难熬夜，白天很短，夜晚很长。由于太阳靠近地平线，而太阳能电池板通常笔直向上，飞机很难收集足够的阳光来保持高空。设计师们正在倾斜和放置太阳能电池板，无论太阳在哪里都能捕捉到太阳 - 有些人正在计划折叠飞机。

　　湍流合计的太阳神

　　湍流可能在夏威夷的一次测试中击落了美国宇航局的赫利俄斯飞机。这一切都始于2，800英尺(853米)的旋风将机翼向上弯曲，从而使飞机向下倾斜[来源： 诺尔等人].“它开始在音调上振荡 - 鼻子向上，鼻子向下，鼻子向上，鼻子向下 - 每次振荡时，它的速度都会增加一倍。当它的速度比设计飞行速度快三倍时，太阳能电池开始脱落。很快，我们失去了所有的升力，它掉进了太平洋，“德尔弗拉特说。