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太阳能环球之旅失败了吗?

行业上下游中国仪表网2015年07月29日 09:49人气:12800

  【中国仪表网 行业上下游】7月初,“阳光动力2号”从日本名古屋起飞后,在连续飞行了4天21小时52分钟后,终于在太平洋正中的夏威夷群岛安全降落。

  
 
  不过,这一次机组成员根本高兴不起来,因为在飞行过程中,飞机的电池仓温度过热,大家担心飞机无法安全抵达。虽然飞机没有自燃或电能耗尽跌入海中,但是经过技师的详细检查,最终宣布飞机的电池组受到“不可逆损坏”,余下的全部行程都将暂停。直到2016年4月,飞机才能完成维修并再次起飞。
  
  那么是否“阳光动力2号”太阳能飞机的环球之旅因为电池问题要暂停了?这架太阳能飞机的电池到底出了什么故障?如何解决?“阳光动力2号”又是如何广泛“吸金”来解决环球飞行的资金问题的?
  
  消息一经传出,网友纷纷留言表达失望之情:
  
  看吧...现在飞行目标变成了:“史上时间最长的环球飞行”。这对我来说就是宣告“失败”,而且任何世界纪录也弥补不了无法马上修复飞机的悲伤之情。——coolgunz
  
  更有网友开始编起了段子:
  
  橡胶绷带松了么——DermotB
  
  小子,我很高兴自己的F250(一台复杂的福特大型卡车)换电池比它快!——pilotrockpat
  
  如果一趟“环球之旅”要花三年,还能称之为世界纪录吗?我说,不算——usapatriot1
  
  一、电池仓里到底发生了什么?
  
  那么问题来了,飞机的电池仓中到底发生了什么,才导致了这次事故?而且竟然要花整整8个月来维修?这一切,还要从太阳能飞机独特的飞行轨迹讲起:
  
  我们都知道,阳光动力2号是一架依靠太阳能供电飞行的飞机,为了保证充分接触阳光,它每天日出前就必须从1000米的巡航高度爬升至8500米的云层上方,在吸收阳光、充饱电池之后,再在夜晚下降到空气阻力更小的低海拔高度,以减少飞行中的能量损失。
  
  这个飞行模式在前面1~2天的短途飞行中效果很好,直到它连续飞5天的时候,不间断的几日爬坡飞行,电池满功率工作,电池仓开始发热,并且无法有效散热,最终导致了电池的永久损毁。
  
  二、韩国人战胜了特斯拉的电池技术
  
  说到这里,我们不得不提一下特斯拉用的电池技术:18650锂电池。这是一种由铝制外壳包裹锂聚合物的电池,它的一个特点就是金属的外壳更容易散热,这也是特斯拉的电池温控技术的核心。
  
  但是“阳光动力2号”因为要控制飞机的总重量,不可能选择这种大量使用金属包装的电池,因此他们寻找到了一种韩国人开发的“软皮包装”锂电池:Pouchpackbattery。
  
  这种电池的外皮是一层柔软的“铝箔”,而且它可以设计成单体电池更大的“电池包”,这样就可以有效降低电池的重量和体积。
  
  但是这种电池也有一个明显的弱点:极容易受温度和湿度的影响而膨胀失效。为了减少电池的损毁可能,电池的供应商韩国Kokam公司特别研制了一种化学试剂加注到电池中,以减少膨胀和延长电池的使用寿命。
  
  根据电池的介绍,他们研制的电池将把这种软皮电池寿命从500次增加至2000次充放电周期。有了这套电池技术,飞机就可以“轻装上阵”了。不过,最终证明电池技术的梦魇才刚刚开始...
  
  三、过多的电池保护层葬送了太阳能世界之旅
  
  有很多网友都很好奇,飞机在高空飞行时外部温度往往低于0℃,怎么还会有散热问题?
  
  这个问题问到了点上,飞机的工程师们恰恰是过多的考虑了“软皮电池”脆弱的外表,担心高空温度过低,才为电池穿上了厚厚的一层保护衣。
  
  在设计之初,“阳光动力2号”所有的电池仓,都是按照载人的驾驶仓做的保温层,它可以允许电池在25℃的恒温条件下工作,但是保温过多、散热不够。连续多日的爬升操作,电池所发热量根本散不出去,反而烧坏了电池板。
  
  在最新发布的“阳光动力2号”信息中,工程师估算有超过一半的电池片都因过热导致了锂电池的损毁。
  
  四、未来能源的关键依然是储能
  
  在谈到这次电池故障时,“阳光动力2号”的飞行员探险家BertrandPiccard是这么描述电池技术的:
  
  “电池和人体的细胞极为相似,这也正是它难以捉摸的原因所在。每一块‘阳光动力2号’的电池都包含了70组‘软皮锂电池’,它们就像人体内的细胞一样,每一个都不同。它们也像人一样,不喜欢压力,极端的冷或热都会影响它们的工作能力,而且如果前一天工作过度的话,第二天能充入的电能就会略有差别。
  
  想象一下,如果前一天你跑了一趟马拉松,第二天肌肉就会酸痛,工作效率也会大打折扣。这也正是每一块电池之间产生差别的原因。”
  
  因此,掌握和控制每一个“电池细胞”,并没有表面看上去那么简单。多亏了“阳光动力2号”的努力,科学家终于有机会见到了电池跑完“马拉松”之后的状况,相信这次环球之旅收集到的数据,能够帮助他们研发出下一代更好的电池技术。
  
  “阳光动力2号”失败了吗?答案很明显:并没有,它才刚刚开始!
  
  五、为什么阳光动力2号如此“吸金”?
  
  太阳能大飞机实用吗?想了解太阳能大飞机的“吸金哲学”,还得先从它的实用价值讲起...
  
  我们都知道,为了安装足够的太阳能板,“阳光动力2号”的翼展达到了72米,比一架波音747客机的翼展还大。但是它自己的长途运输,却还要靠波音货机来完成。
  
  我们来做一道数学题:
  
  1、阳光动力2号,机翼可用面积269m²,安装转换率23%的太阳能板后,每天可收集340Kwh的电能,这些电能仅够搭载1名驾驶员飞行。
  
  2、波音747客机,机翼可用面积500m²,如果安装同样的太阳能板,收集的能量最多够搭乘2人。就算未来转化率达到50%,也只能搭载4人,连一个机组都不够!要知道现在波音747客机的载人量可是300人啊,真靠太阳能完全提供飞机的动力恐怕一百年也做不到。
  
  所以从一开始,有很多网友就在吐槽,说“阳光动力2号”完全没有实用价值。但是真金白银支持环球之旅的大财团们可不这么看,要知道他们可是以逐利为第一要义的,那么他们到底关心的是什么呢?
  
  首先不得不承认,太阳能飞机进行环球之旅的确是一个科技成果的试验场。在背后支持这个项目的共有12家大型财团,他们分别掌控着世界上能源、航空技术、化工原料等最重要领域,有了这样一趟环球之旅,他们的技术可以接受现实环境的检测。
  
  其次这还是一个巨大的品牌推广的机会,印在飞机上的大LOGO会在世界各地最高大上的场合露面。
  
  但是仅仅如此,我们也未免太小瞧这些大财团的智商了。在一次采访中,这次飞行的发起人、探险家BertrandPiccard说走了嘴:“一开始我们的目的就不是载人飞机,而是太空无人机。”
  
  此语一出,问题豁然开朗。
  
  六、太阳能动力最适合造无人机,不适合载人机
  
  这是一架由前英国国防部研发的无人机,叫做Zephyr(名字取自希腊神话中的西风之神)。它完全由太阳能驱动,现在已经被全球最大的飞机制造商Airbus公司收购。
  
  这项技术之所以重要,是因为它很可能取代昂贵的绕地卫星,作为地面通讯的基站。现今制造一颗卫星的成本约在2亿-4亿美元之间,而一枚大力神4火箭的成本为2.5亿-3亿美元。也就是说,发射一颗卫星,少说也需要5亿美金。而且它还只能按固定的路线环绕地球飞行,不能做到“哪里需要去哪里”。
  
  但是Zephyr这样的太阳能无人机则不同,它成本低廉,贴近地表飞行,运营区域可控,而且最为重要的是,可以依靠太阳能常年滞留空中。
  
  因此载人太阳能飞机其实仅仅是为了测试轻量化飞机的技术,并同时近距离在空中监测飞机运行状态,它是未来无人机的铺路石。财团们才不会制造太阳能载人商用客机,他们紧盯的是无人机替代卫星这一巨大的市场。
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