太阳能飞机

1974年11月4日，世界上第一架太阳能飞机Sunrise I在4096块太阳电池的驱动下缓缓地离开了地面，这次成功的飞行标志着太阳能飞行时代的来临。此后的二十几年中，由于相关技术的落后，太阳能飞机发展缓慢。直到20世纪末，随着太阳电池效率、二次电源能量密度的提高，以及微电子技术、新材料技术等的发展，太阳能飞机终于驶上了飞速发展的快车道。太阳能飞机以太阳能为能源，对环境无污染，使用灵活、成本低，有着广阔的应用前景。在民用上可用于大气研究、天气预报、环境及灾害监测、农作物遥测、交通管制、电信和电视服务、自然保护区监控、外星球探测等；在军事上可用于边境巡逻、侦察、通信中继、电子对抗等任务。由于太阳能飞机具有众多优势，许多国家都在进行相关技术的研究。

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)，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。有人提出设计一种无人驾驶的高空、低速遥控太阳能飞机，白天飞行时利用取得的太阳辐射能尽量爬高（或贮能于蓄电池内），夜间利用高度作滑翔飞行（或由蓄电池取得能量）。这样依靠取之不尽的太阳能，可维持长时期的飞行。这样的飞机可首先用于气象观测和侦察任务。 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。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。

国际航空运输协会希望能在2050年实现飞行器的碳排放量为零。阳光动力公司设想，在未来，着重解决光能吸收问题。因为只有大幅度提高电池功效，才可能使机上人数增加。40多年后，能承载300名乘客的全太阳能飞机有望正式投入运营。

Solar Impulse 2太阳能飞机从美国夏威夷起飞，开始了横跨太平洋的旅途。经过了三天的飞行之后Solar Impulse 2已经于当地时间4月23日上午11点45分成功降落在加州旧金山山景城。

美国在80年代初研制出“太阳挑战者”号。飞机翼展14.3米，翼载荷为60帕(6公斤力/米)，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。

百人队长号

1998年11月10日，由瓦伊伦门特航空公司研制的太阳能无人机“百人队长”号在爱德华兹空军基地首飞成功，历时1小时22分钟。

该机的最大特点是翼展很长，为62.79米。它的机翼前缘安装有14个由电机驱动的宽弦螺旋桨，据有关报道，11月10日试飞的这架太阳能无人机未安装太阳能电池，机上安装的是120伏90安/时的锂、二氧化碳电池组，以后将换装太阳能电池组。

“探险者”号实在环境侦查和侦测技术计划之前，由美国瓦伊伦门特航空公司研发的。“探险者”的机翼由中央翼尖、左右内翼和左右外翼共5段组成。机翼平面几何形状为矩形，翼展为29.87米，弦长2.4米，展弦比12.3，机翼面积72.46平方米，机长3.66米，机高3.05米，飞机自重206.4公斤，最大升限为22860米（此数据为1995年的数据）。该机装6台功率各为0.8千瓦的电动机，太阳能电池输出总功率为6.5千瓦。

在1994年以前，“探险者”号虽然也在飞行，但因电池电量不够，没有达到预期的性能。为了解决这个问题，便采取了更换太阳能电池片的措施，将原来厚度为0.356毫米的太阳能电池片换成了由斯贝特拉波公司生产的厚度为0.109~0.152毫米的水晶硅太阳能电池片，并将电池贴片面积加大到原来的3倍从而达到了输出功率6.5千瓦的指标。因这种新型太阳能电池片的厚度比原来的减少了一半以上，所以即使贴片面积增加到原来的三倍，重量增加的也很少。

在换装了斯贝特拉波公司的水晶硅太阳能电池片后，“探险者”号的性能得到了很大提高。1995年9月11日，在美国的爱德华兹空军基地的多拉伊顿开发中心“探险者”号进行了飞行高度试验，并达到了15390米的高度。

“探险者”号的机翼最早使用的是木质大梁，后来在1995年10月21日的一次试飞中，因遇有大风有两段机翼受到损坏，为此将原来的木质梁改为石墨/芳纶/环氧树脂材料制造，这样不仅大大提高了强度，还减轻了不少重量。

1996年11月19日，“探险者”号又进行了一次成功的试飞。它除了机翼大梁改用了新材料外，还改用了厚度为0.203毫米的水晶硅太阳能电池片。虽然厚度又增加了，但发电的能力却提高了15%。由于这次飞行的成功，美国国家航空航天局又确定了新目标，打算在“探险者”号的基础上进一步改进使其成为一种能在30000米高空飞行的新型机，即“百人队长”号。

1997年6月9日，在夏威夷考爱岛的美国海军太平洋导弹发射场，“探险者”号飞出了20528米的高度，这个高度不仅超过了该机自己的最高飞行高度，而且还超过了波音公司遥控无人机创造的20416米的世界飞行高度记录。同年7月7日，在同一场地，虽然那天空中有云，太阳能电池的发电能力比上一次下降了800瓦，但它仍然飞出了21802米的高度。

为研制“百人队长”号无人机，美国国家航空航天局先设计制造了一架1/4的缩比模型，对其进行充分的论证。其样机于1997年秋试飞成功，并于1998年正式开始了“百人队长”号的研制工作。

研制工作是在“探险者”号基础上进行的。主要改进是将机翼翼展加长了6.7米，总翼展为36.9米。中央翼采用了新的模型，并加大了翼型厚度，而内翼厚度不变，这样以来，二者之间就出现了厚度差因此需要重新设计两者连接处，同时机翼骨架结构也需要作相应改变。

另外，位于中央翼的太阳能电池片也换成了更好的高性能电池片，其效率为18.5%。其它部位的电池片仍采用原来的。在中央翼处，还增加了2台直流电动机马达，并采用了新型螺旋桨。

经过上述几项改进的“探险者”号被称为“探险者+”号。该机于1998年6月17日在夏威夷岛进行了首次试飞。这次它飞到15240米高度所需的时间比原来缩短了30分钟，爬升率提高了25%~50%。同年8月6日，该机又飞到了24400米的高度。

该局下一步的计划是用“探险者+”号继续进行试验。计划在1999年，“探险者+”在15800米以上高空投放气象观测气球。

根据计划，在2000年，将把“探险者+”号的翼展再加长约70%，增加到62.79米，使其太阳能电池提供的能量使飞机达到在30000米高度以上的飞行能力。到时，该机将正式启用“百人队长”号的名称。实际上增大翼展的工作已于1998年完成。

在2002年，将继续增大“百人队长”号的机翼面积，以进一步增加太阳能电池的能量，从而使飞机具有能在18300米以上高空滞留4天的飞行能力。

计划最终把“百人队长”号的机翼加长到了76.2米，使该机在2004年能具有在高空连续几个月滞空飞行的能力。这样它就可以围绕地球连续飞行，可方便地对某一地区进行长期观察。

按照这项计划，该机的试飞地点将选在夏威夷或北极。如果按照太阳光线24小时的平均强度来比较的话，赤道为0.29，北极为0.4，可见选在北极试飞比选在夏威夷可以接受更多的太阳能。

“百人队长”号的特点

“百人队长”号太阳能无人机实际上是一架机翼翼展很长，下面安装有起落架装置的飞翼式无人机。由于机翼翼展太长，所以在机翼结构强度设计上要求很严格。设计机翼时尽可能减轻重量、提高强度和便于维修。若要增加重量，不能草率安排重量的部位应在翼展方向分散配置，不可集中一点或几点，以减少主梁承受的弯曲力矩。而机翼要承受空气动力的俯仰力矩也必须由整个机翼平均分担，以尽可能降低扭转载荷。

“百人队长”号1/4缩比模型的飞行试验表明，为防止在高速时上反角过大，必须把机翼两端做成下弯的形状。

机翼大梁呈管状，分里外两部分。里面是由石墨/环氧复合材料制成的直径为12.7~22.9厘米的圆管，在圆管外侧包有一层芳纶复合材料的蜂窝结构，从而可增加大梁的刚度。

当初“探险者”号的翼肋是由云杉材料制作的，每个翼肋重量仅80克，但很容易破损，后来改用石墨/芳纶/环氧复合材料片层结构，强度有了显著的提高，重量增加到了160克。实验结果表明，桁条翼肋结构有发生弯折的问题，为此又改用了石墨/环氧复合材料翼肋。这样不仅解决了容易变弯的问题，重量也减到120克。

机翼外蒙皮由0.5毫米的透明塑料薄膜覆盖，机翼内有2根以芳纶为材料做成的张线，它们被分别连接到机翼的对角线上，呈十字状。

“百人队长”号机翼上使用的太阳能电池片是桑帕瓦公司制造的水晶硅太阳能电池片，其厚度是0.152毫米，效率为18.5%，这种电池片被贴在机翼15%翼弦后的机翼上表面，面积为114.3平方米，约占整个机翼面积的75%。，发电量大约为每小时29千瓦。该电池的价格是“探险者”号所用电池价格的2.5倍。

“百人队长”号装有14台输出功率为1.47千瓦的直流电动机，驱动14台直径为2.0米的螺旋桨，效率比“探险者”号提高了4%。螺旋桨形状类似于船用螺旋桨，叶片的厚度与“探险者”号相同，但增加了弦长，是探险者号的两倍多。

“百人队长”号的整个机翼沿翼展分布有60个升降舵，可为该机提供俯仰操纵和稳定。

“百人队长”号的最终设计目标是使该机能连续几个月在19820米以上高度不停的飞行。因为要为夜间飞行提供能量，所以必须配置储量大，重量轻的高效率电池，最好是采用重量比一般电池轻数倍，并能储存很大能量的氢/氧燃料电池。当该机夜间在18300米高空飞行时，1小时需要提供10千瓦的能量，这样整夜就需要120千瓦，根据当前的电池技术，即使最好的锂聚合物电池，电池重量也要达到600~800公斤。若采用氢/氧燃料电池则仅有400公斤。

这种氢/氧燃料电池在夜间氢与氧通过透膜起化学反应，可产生水与电。在白天则可用电把水电解，生产氢气和氧气，压缩储存供再次使用。如将400公斤重的氢/氧燃料电池在进行细分的话，电池本身和电分解器是100公斤，氢与氧30公斤，氢泵150公斤，氧泵75公斤，其他附件45公斤。若把电池本身、电分解器以及它的附件总的重量降低35公斤，各气体泵总的重量降至125公斤，其能量密度就可以达到600~800瓦/公斤。这项计划正在实施，如果成功，“百人队长”号将成为第一种在高度作业的飞机。

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，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，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。

据美国媒体报道，美国太空总署资助研制的太阳能飞机“太阳神”号前日在夏威夷试飞，在10小时17分的飞行中达至22800米的目标高度。该飞机完全靠太阳能驱动，在技术成熟后，它将可能投入商业和军事应用。

“我们实现了所有的预定目标。”负责此次飞行试验的美国太空总署官员约翰·辛格斯高兴地说：“飞机飞行状况良好”。

“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590公斤，较小型汽车还要轻；“太阳神”号的机身长2·4米，活动机翼全面伸展时达75米，连波音747飞机也望尘莫及。“太阳神”号由地面人员通过电脑遥控飞行，它的机身上装有14个螺旋桨，动力来源于机翼上的太阳能电池板。

关于“太阳神”号的应用，美国太空总署的官员表示，它将用作高空卫星平台和低成本的电子通讯领域，还可以用来探测大气温度。此外，它也可以有商业和军事用途。

“太阳神”号曾于1999年在加州试飞，但当时完全靠电池驱动，随后研究人员将“太阳神”号运往阳光和风力更适宜飞行的夏威夷，装上65000片太阳能板，由地面两名机师透过遥控设备“驾驶”；太阳能板输出的电力驱动小型发动机，令机上14个螺旋桨转动。

研究员预计“太阳神”号最高可飞到三万米高空，超出喷气式客机飞行高度3倍多。

重量：2.6公斤

翼展：3.18米

速度：30公里/小时 天空使者号设计图

“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。而电池重量约占了整个飞机重量2.6公斤的一半。

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。

据罗通社（Agerpres）及罗马尼亚宇航协会（ARCA）网站消息，一架被命名为“空中灵云”（Air Strato）的高性能无人机的原型机由罗宇航协会研发完成并进入测试阶段。^[1]

在无人机家族中，“空中灵云”属于体型较大的，它具有16米的翼展，适合在18公里高空的平流层飞行。它由电动机驱动，内置电池可用7小时，太阳能电池可用3天。“空中灵云”可载荷30公斤，如航空摄影和监视设备、科学仪器或执行其他任务需要的设备，包括备用的电池舱等。^[1]

第二架原型机已在制造中，比“空中灵云”的机身小、飞行的高度略低、其飞行速度更快、有效载荷更大。第二架原型机将配备可伸缩的起落架及性能改善的航空电子设备。^[1]

罗宇航协会会长杜米特鲁.波佩斯库说:“我们的合作伙伴或客户提出的很多任务是需要在平流层完成，到现在为止，我们一直使用既昂贵又费时的氦气气球升空，虽然能将更重载荷送到高海拔地区，但要依赖于无风的天气条件及获得空中安全区的条件。而“空中灵云”可完成多项任务且费用低。它的出现将使整个航天活动更容易、活动内容可扩展、也将提升我们的航空能力”。^[1]

如果“空中灵云”测试成功，罗宇航协会下一步将考虑无人机在罗马尼亚的商业化，仅限用于私营部门。^[1]背景资料：罗马尼亚宇航协会（Romanian Association for Cosmonautics and Aeronautics，ARCA）是非营利组织。成立于1999年。主要目标是太空探索研究。利用现有技术，以创新方式开发出有效益的空间飞行器。^[1]

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。

飞行自古以来都是人类的梦想，而各种各样的飞行器就是实现人类梦想的翅膀。

瑞士探险家计划在2011年挑战太阳能飞机环球载人飞行的构想，并于5月22日正式展开了网上模拟试验。航空技术的发展，已经使人们惊觉：利用取之不竭的阳光实现永久飞行，正跳出科幻的意味，变得越来越真实可及，正如英国皇家航空俱乐部的巴里·罗尔夫所说：“谁知道将来还有什么会成为可能呢？”

瑞士科研人员开始对太阳能飞机环球飞行计划展开网上实景模拟试验，为一年后开始的首架样机试飞和最终环球载人飞行作准备。第一架样机目前正在瑞士制造和组装，环球飞行预计在2011年上演，一旦实现，这将是太阳能飞机历史上首次载人作昼夜、长距离飞行。

整夜航行

早在2003年，瑞士探险家贝特朗·皮卡尔就提出了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”，最终的目标是用太阳能飞机实现永久飞行。

太阳能飞机惊人的续航力来自取之不竭的阳光。从理论上说，只要能追上地球自转的速度，使自己永远暴露在阳光照耀下，太阳能飞机就能永久飞下去，持续时间取决于部件的寿命极限。但实际上，飞机要跟上地球的脚步，需要以接近两倍音速飞行，这只有在已经退役的“协和”超音速客机上才能体验到，因此现实的永久飞行之道还必须面对黑夜的挑战。

“太阳脉动”计划

“太阳脉动”计划面临的最大挑战正是彻夜飞行，因为夜间无法采集阳光，飞机只能依靠电池白天储蓄的有限能量。皮卡尔承认：“我们最大的问题是能否在白天储存足够的太阳能，保证夜晚飞行。”不过他认为，只要蓄电池的能量密度和重复充电能力、太阳能电池板的能量转换效率以及电动机的经济性达到足够水平，太阳能飞机在空中数周数月地飞行下去，并不是一个遥不可及的目标。

皮卡尔的研究小组共有60名科研人员，研究机构设在瑞士，他们的研究得到了法国达索特航空和欧洲宇航局的大力支持，整个项目投资7000万欧元。

由于世界上还没有驾驶太阳能飞机尝试昼夜连续飞行的先例，因此在实际飞行前，皮卡尔和他的研究小组要完成充分的数据模拟以保证飞行安全。22日的网上模拟将充分考虑“太阳脉动号”可能遇到的各种实际情况。飞机将在白天攀升到高空，在夜间降低飞行高度，以节省能源，但具体飞行高度需要模拟确定。此外，模拟还要考虑恶劣天气，以及如何避开云层、如何最大限度获取阳光等问题。参与飞行计划的气象学家卢卡·特鲁曼斯说：“我生来第一次希望天天都艳阳高照。”

驾驶舱

研究小组正在赶制“太阳脉动”的第一架样机，他们所采用的超轻材料、太阳能电池、能量管理系统、驾驶员健康检测系统等都代表着最新的技术水平。按照设想，“太阳脉动号”飞机将由碳纤维制成，外形就像一只巨大的蚊子，表面覆盖有240平方米的太阳能光电板，装有一组400公斤的锂电池，通过4台电动机驱动直径数米的螺旋桨缓慢旋转，能在10000米以上高度以70公里/小时的速度巡航飞行。

电池

太阳能光电板会将阳光转化为电能，储存到高技术超薄锂电池，带动机翼上4个电动螺旋桨发动机，为飞机提供动力。在这样的飞行中，“太阳脉动号”从太阳得到的平均功率只与莱特兄弟1903年的飞机功率相当，这要求锂电池每公斤的能量密度必须接近200瓦/小时。

超薄和柔性的太阳能锂电池要承受变形、振动、-60℃~+80℃的温度变化，还有强紫外线照射。制造宽达80米的超轻细长机翼也是前所未有的技术考验，在12000米以上高空驾驶，驾驶舱还需要增压、保温和除湿。另外，为节省能源减轻重量，驾驶舱设计很小，只能容下一个飞行员。飞机的起飞将完全自动完成，白天它将逐渐升高，夜晚则缓慢滑翔下降，以节省宝贵的能量，飞机底部也将安装太阳能光电板，接受反射的阳光。

“太阳脉动”是一个复杂的工程，科研人员决定分阶段实施，进行充分试验和准备，从而降低风险。在能源消耗方面，飞机一直是最昂贵的交通手段，温室气体排放占全球3%以上。而太阳能飞机堪称最纯净的绿色飞行方式。皮卡尔预计，“太阳脉动号”太阳能飞机飞行计划代价高昂，需要9400万美元投资，没有商业化前景，但科学家们更看重的是宣传无污染飞行，皮卡尔希望这架飞机能引起人们对可持续发展技术更多的讨论。

“西风”号在美国新墨西哥白沙导弹靶场进行试飞

重量：33公斤

翼展：12.2米

速度：70米/秒

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。

2003年到以后，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。

“西风”号在美国新墨西哥白沙导弹靶场进行试飞

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。

“阳光动力号”机翼承载200平方米的光伏电池面板，可在夜间飞行

制造国家：瑞士

制造公司：瑞士阳光动力公司

类型：单座太阳能飞机

平均时速：70公里

最大飞行高度：8500米

乘员：一名飞行员

空客的翅膀，汽车的重量，昼夜不间断飞行！世界上第一架完全依靠太阳能、可实现昼夜不间断飞行的瑞士HB-SIA "阳光动力号"太阳能飞机。“阳光动力”开发者坦言发展此项太阳能飞机项目意在进一步拓宽太阳能资源的使用范围，打造“以太阳能为主的未来”。从外表上看，HB-SIA "阳光动力号"太阳能飞机并无任何特殊之处。而实际上它却凝聚了当今世界无数最新科技成果：机身由超轻碳纤维复合材料制成，翼展长达 63.4米，可比一架波音747-400。然而，拥有如此大翅膀的飞机，即使包括飞行员在内，其重量亦不超过1600公斤，仅相当于一辆普通家用汽车，只需两个成年人便可将其骨架抬起。

HB-SIA "阳光动力号"机翼下方设有四个发动机舱，各配有一个10马力发动机，一个锂聚合物电池组和一个调节充放电及温度的控制系统。此外，还设计了一层保温层，旨在保护电池组发散的热量，以确保他们能在8500米的高空、零下40度的恶劣环境下仍然可以继续工作，每个发动机配有一台减速器，将直径为3.5米的双轮叶式螺旋推进器的转速控制在200-400转/分钟，其中，太阳能电池达到了11628块，机翼上配10748块，横向平衡器上配880块，平均飞行速度理论上是70公里每小时，终极目标是实现无燃料消耗的昼夜飞行。

白天，“阳光动力号”上升到9000米的高空，以平均每小时70公里的速度进行飞行的同时，将多余的太阳能电力储存到高性能蓄电池中。到了晚上，重达400公斤的聚合锂电池把白天的太阳能转换成电能，可供飞机夜间持续飞行8小时。由于碳纤维复合材料具备耐热性高的优点，飞行员可将白天飞行高度保持在8500到9000米之间，从而达到最佳的空气动力学效率和太阳能利用率。到了晚上，飞行高度降至1500米左右，降少耗电量，待次日太阳升起之后，飞机才重新回到高空进行饱和飞行+饱和充电。

对于使用环境恶劣 储能成难题。为了提高安全系数，研发小组为飞行员提供了一整套高科技装备。专用的智能马甲具备防寒功能，能与导航设备相连。一旦飞机与预定航向偏离5度以上，马甲便会发出强力脉冲以唤醒沉睡中的飞行员。因此后者可以随时进入深度睡眠，而不必担心安全问题。此外，电池组表面的保温层可以阻止热量散失，从而确保蓄电装置在8500米高空、零下40摄氏度的恶劣环境中维持正常运行。

“阳光动力号”首席执行官安德烈·博尔施博格透露，当前飞机使用的光伏面板，转换效率大约为20%，飞机必须飞到9000米的高空才能吸取足够的光热。如果进行环球飞行，当处于北半球夏天，日照时间更长，但由于太阳升降期间与地平线形成的角度偏低，光伏面板其实无法在整个白天都吸取到光热。“有长达14个小时是需要使用电池飞行的，若电池有问题或储能不足，飞机不排除自9000米高空坠毁的可能。”此外，飞机的设计时速远低于喷气飞机的时速；此外其座位也被戏称为“经济舱”，只能做45度角的调整。

因此，即使在2012年实现环球飞行，要真正令太阳能飞机商用化，也还是前路漫漫———“阳光动力”的翼展已经大得如同一架波音飞机，却仍无法承载驾驶员以外的乘客。要么太阳能电池得到新的发展，使得动力得到增加；要么改造所有机场保证其起降。这或许才是飞机作为太阳能应用的终极挑战。这架HB-SIA "阳光动力号"由一批热心环保事业的瑞士科学家、工程师和探险家共同倾力打造而成，耗资近7000万欧元。设计者希望飞机彻底摆脱现有对石油燃料的依赖，仅凭无限的太阳光实行昼夜连续飞行。

驾驶这架"阳光动力号"太阳能动力飞机是一个极端困难和高风险的工作。因为在过去还没有如此大翼展却又如此轻的一架飞机能够成功上天。“阳光动力”的专业团队一直在日以继夜的调整测试目标，以求把风险降到最低。

“太阳驱动”号从亚利桑那州凤凰城空港国际机场起飞，在飞行了18小时21分钟后，于23日凌晨1时零8分飞抵得州达拉斯-沃思堡国际机场，飞行路程达1541公里。

以前的太阳能飞机飞行纪录是由“太阳驱动”号创下的，当时它从瑞士飞到西班牙，全程达1116公里。

机师博尔施伯格说：“这一阶段行程特别具有挑战性，因为降落时遇到相当强的风势。以距离来说，这也是太阳能飞机的最长飞行路程。”

“太阳驱动”号在美国展开飞越美国大陆之旅，从凤凰城飞到达拉斯是第二阶段行程。第一阶段行程是从加州旧金山飞到凤凰城。

“太阳驱动”号翼展与波音747大型飞机相当，使用约1.2万块太阳能板，重量与普通四门小车相仿，平均飞行速度约每小时70公里，如果飞行员身体许可，可不间断飞行26小时。在夜间飞行时，它会飞到8230米的高空，然后缓慢向下滑翔，过程中不需要用到任何能源，一直到太阳升起时，太阳能板才再度积蓄能量。

自2010年4月7日首飞成功后，“太阳驱动”号每年都有突破，2011年首次完成瑞士至比利时跨国飞行，2012年5月完成瑞士至摩洛哥跨洲飞行，2015年将进行环球飞行。

全球最大太阳能飞机“太阳驱动2号”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2号”于2015年3月环绕地球飞行，途经中国、印度等地。

2014年6月2日，目前全球最大的太阳能飞机“太阳驱动”2号在瑞士成功首飞。2015年3月，两名探险家将驾驶“太阳驱动”2号从海湾地区出发，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。^[2]

2015年2月26日，阿联酋首都阿布扎比，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”在阿联酋首都阿布扎比上空飞行，为将于2015年3月开始的环球飞行做准备。^[3]

2015年3月9日瑞士纪念币发行公司发行全球最大太阳能飞机“阳光动力”2号首次环球飞行纪念币。

全球最大太阳能动力飞机“阳光动力”2号在经过118小时不间断飞行后，于当地时间2015年7月3日5时51分降落在美国夏威夷檀香山机场。

在从日本名古屋飞往夏威夷的接近5天时间中，阳光动力2号创造了3项世界纪录：太阳能飞机最长时间不间断飞行、最长时间单人驾驶飞行和最远距离太阳能动力飞行。

无疑，太阳能飞机所引发的低碳环保的理念，是人类社会的发展方向，也是人类追求的目标。但太阳能飞机的发展并不能一蹴而就，也受制于多项技术。能源、动力等技术是其发展的关键，只有当这些技术取得了突破，太阳能飞机才可能实现突破。

首先，太阳能飞机最关键的地方就是能量系统，“阳光动力2号”上使用的太阳能电池为单晶硅电池，由位于美国加州的SunPower公司提供，转换效率为22.7%，厚度仅为135微米。单晶硅电池是当前太阳能发电最常见的一种形式，加工工艺和成本都已经趋于成熟，也广泛用于航空航天领域，比如卫星上的太阳能电池板就是一个例子，不过其转换效率更高一些，转换率可达到30%。客观看，单晶硅电池的总体水平依然没有得到很大提升，转换效率基本维持在15%～20% 之间，目前最高效的单晶硅电池可达到25%，当然这是实验室内的标准，还没有得到大规模推广。从中可以看出，单晶硅电池偏低的效率是制约太阳能飞机发展的最大技术瓶颈。在利用太阳光能发电的能量单元中，除了单晶硅电池外还有多晶硅电池和CIGS薄膜电池，后两者的转换率都不高，大约在20% 左右，因此利用成熟的单晶硅电池是目前太阳能飞机发展普遍采取的技术。

其次，气动设计与动力系统也很重要，同样会制约着太阳能飞机的发展。可以说，太阳能飞机从1974年发展至今历时40余载，自第一架太阳能飞行器“日出1号”横空出世后，这种机型的气动就没有发生太大的变化，基本上沿用了非常成熟的常规气动，中规中矩的大展弦比机翼、细长的机身以及T型尾翼等都是太阳能飞机的明显标志。不过，美国国家航空航天局在1999年试飞了著名的“太阳神”号，其采取无尾翼气动，翼展达到了75米，接近空客A-380的尺寸，从外观上看就像是一块会飞的机翼，14台永磁直流电动机安装在机翼上，给世人留下了深刻的影响。太阳能飞机为了获得足够的升力除了需要在气动上下功夫外，还需要对机身材料进行升级，大量的碳纤维复合材料被用于机身制造，其目的就是降低机身重量。以“阳光动力2号”为例，全机身83%以上的部位使用了超轻复合材料和薄板技术，由德国拜耳材料科技公司提供碳纤维复材，还有一些环氧树脂用于提升机体强度，不仅达到了降低机身重量的目的，也能够提高机翼的强度和耐紫外线能力。但飞机大而轻，受气流的影响会很大，因此气动效率和操稳特性也是一大难点，空气阻力中的诱导阻力受到翼展影响，翼展越长诱导阻力越小。

此外，在动力系统上，太阳能飞机几乎都使用了分布式动力分配与永磁直流电机。因为这样的动力系统结构并不会太复杂，零部件数量也不多，有利于后勤保障。当然太阳能飞机的动力分配也是有讲究的，白天飞行高度较高，如“阳光动力2号”的高度可达到8500米，晚上为了节约电能可把飞行高度压低到1500米，更稠密的大气也有利于提供更多的升力，平均飞行速度控制在50～60公里/小时。更重要的是，太阳能飞机要时刻关注飞行环境的变化，日均太阳辐射、平均气温等都会影响动力的输出，这也是为什么“阳光动力2 号”要选择一条接近赤道的环球路线，这样能够获得最大的光照。

由此可见，太阳能飞机的从设计到飞行，受到了多种因素的制约。如果要实现大规模的商业利用，还有很多工作要做。

太阳能飞机作为航空技术与新能源技术相结合的产物，是人类技术能力进步的标志，也是人类追求能源清洁化的产物。从太阳能飞机发展的现状看，其技术特点是较为明显的，主要体现在机体平台、能源系统和推进系统三个方面。

机体平台。为了弥补能源不足而保持飞行速度，太阳能飞机大多数还是采用了传统的气动布局，这些气动布局作为机体平台，在技术上是较为成熟的，风险较小，当然也有部分飞机采取了一些新的气动布局。为了提升飞机的气动效率，大部分的太阳能飞机采取的是大展弦比机翼，特别是一些在高空中作长期停留的无人机，其展弦比均在30 左右。此外，为了降低机体质量，各种新型材料如碳纤维、凯芙拉等被广泛使用。加之，当前太阳能电池的转化率普遍不高，导致了其载荷不能太重，机身外形尺寸较小，特别是一些长期高空航行的太阳能飞机，大展弦比的机翼产生气动弹性可能会影响到飞机的安全和稳定。能源系统。从当前设计且运行的太阳能飞机看，大部分的飞机采用的是转化率较高的单晶硅太阳能电池，少部分采用了多晶硅电池。电池的储能器大部分是锂电池，少部分飞机为了夜间储备能源，采用的是可再生燃料的储能器。为了减轻全机的质量，能源系统是安装在机体中枢，由于太阳能电池价格较贵，容易破碎，很难与机体的曲面进行很好的结合，这在一定程度上影响了太阳能飞机的性能。

推进系统。为了提高系统的可靠性程度，太阳能飞机采取的是分布式推进系统，通常是以直驱为主要形式，只有在小型的太阳能飞机上采取的减速驱动的螺旋桨系统。直驱电机效率较高，可动的部件较少，其应用范围较为广泛。但要保持长时间高空航行，多采用的螺旋桨系统，主要是为了保持机体的平衡与能量的节约。

从太阳能飞机的技术特点上看，太阳能飞机要想获得技术突破与发展，必须要在技术特点上做出一定的改变。具体而言，第一，从机体平台看，未来的太阳能飞机必须要采取新的布局、材料、工艺来改进飞机的结构及气动效率，从整体上降低飞机的重量，减少其机翼尺寸，提高飞机的安全性和稳定性。从应用前景看，小型的太阳能无人机应该是主导方向，微型的太阳能无人机也是一个发展方向。第二，从能源系统看，这是太阳能飞机发展受制最大的问题，未来的太阳能飞机必须采取更高效的太阳能电池及储能器，同时保持太阳能电池与机体曲面的贴合，这不仅可以降低全机的重量，更能够保证飞机的安全。第三，从推进系统看，新型的电机和高效的螺旋桨技术会得到广泛的应用，以保证其推进系统的效率。