陽光動力號于2011年5月2日在瑞士佩耶恩進行一次測試短途旅行，然后嘗試首次飛往布魯塞爾的國際航班。

　　哈羅德·坎寧安/蓋蒂圖片社太陽能豐富且無限可再生。因此，看到依賴太陽的設備激增也就不足為奇了。從太陽能庭院燈到太陽能家庭和企業，許多人可以利用太陽能提供的能量。但你可能會認為太陽能庭院燈并不是那么令人興奮(盡管它們背后的科學可能是)，也許你想知道還有什么。你會相信太陽能飛機嗎?

　　雖然它們自 1970 年代以來一直在飛行，但太陽能飛機可能已經飛得遠遠低于您的雷達，以至于它們聽起來很新。一架太陽能飛機可以帶你去一個相當驚人的旅程。你必須從早上開始，等待云層散去。螺旋槳呼嘯而過，飛機將在跑道上以打哈欠的緩慢速度行駛。當風吹上飛機時，你會上升得如此緩慢，以至于你幾乎不會被壓在座位上。

　　你會爬上鳥類上方，珠穆朗瑪峰上方，商用噴氣式飛機上方和軍用間諜飛機上方(NASA和AeroVironment的Helios爬升至96，863英尺(29，524米))。你會安頓在平流層，那里是冰冷的卷云的家園。

　　無論這種歡樂之旅聽起來多么有趣，太陽能飛機都是為其他用途而設計的。由于它們基本上是低空飛行的衛星，起初美國宇航局設想將它們停在城市上空作為通信平臺，但那是在我們有許多手機信號塔之前。現在，軍方正在關注太陽能飛機進行監視。從理論上講，它們可以在高空停留多年。然而，實際上，統計數據還沒有完全到位：記錄是兩周(真的!)沒有著陸，由QinetiQ的無人駕駛“Zephyr”創造。 然而，對于有人駕駛飛機，記錄是26小時10分19秒，由瑞士飛機陽光動力號保持。

　　有了這樣的記錄，一些組織希望改變太陽能發電薄弱和效率低下的態度。

　　了解太陽能飛機如何工作的最簡單方法可能是將它們與天空中更常見的飛機進行比較。我們將看看一架商用噴氣式飛機 - 波音的747-400 - 和一架軍用噴氣式飛機 - F-22A猛禽。

　　太陽能飛機與傳統飛機

　　如前所述，太陽能飛機主要是監視飛行器。另一方面，波音的747-400從底特律飛往東京，以不錯的燃油里程運送數百名乘客。相比之下，F-22A猛禽是美國空軍的戰斗機。它被設計為快速、敏捷、安靜且幾乎看不見。這些是基本區別。讓我們將這些飛機正面交鋒，或機翼對翼，以了解更多信息。

　　許多太陽能飛機的形狀像飛行尺。例如，美國宇航局的Helios飛機翼展為247英尺(75米)，但只有12英尺(3.7米)長[來源： 美國宇航局].747的翼展更短，為211英尺(64.3米)，機身大約是翼展的長度[來源： 波音].F-22A猛禽是一架鐵鍬形的粗短飛機，機翼寬44.5英尺(13.6米)，長62英尺(18.9米)。

　　與其他飛機相比，太陽能飛機實際上是風箏。有些是用手向空中拋擲的。赫利俄斯太重了。它最多重2，048磅(929公斤)，由昂貴，輕便和堅固的材料制成 - 和聚苯乙烯泡沫塑料[來源： 美國宇航局].令人驚訝的是，整個飛機都在彎曲。(稍后會詳細介紹。猛禽重達 83，500 磅(37，875 公斤)，絕對不可彎曲。747 重達 875，000 磅(396，893 公斤)，包括貨艙中的所有行李。

　　你會發現很多電動螺旋槳 - 多達14個 - 在太陽能飛機上，這就是它所有的推進力。當然，電動螺旋槳在噴氣發動機旁邊枯萎。猛禽的噴氣發動機以70，000磅(311，500牛頓)的總推力向前噴射[來源： 洛克希德馬丁公司].747的兩臺發動機以高達126，600磅的總推力(563，145牛頓)移動它

　　你不會對哪一個會在比賽中獲勝感到驚訝。當環境在無污染的太陽能飛機上微笑時，速度之神卻沒有。在低空巡航時，Helios的行駛速度不超過每小時27英里(每小時43.5公里)[來源： 美國宇航局].A 747以每小時567英里(每小時913公里)的速度巡航，猛禽可以達到接近2馬赫的速度

　　猛禽也以機動性獲勝。雖然747和Helios可以轉彎，俯仰和改變速度，但猛禽可以旋轉循環飛行。

　　到目前為止，747在距離上獲勝。太陽能飛機最遠的飛行距離為163英里(262公里)。猛禽的最大航程為1，841英里(2，963公里)，而747可以飛行8，355英里(13，446公里)[來源： 洛克希德馬丁公司, 波音].

　　太陽能飛機在一個你可能沒有考慮過的類別中獲勝 - 長壽。噴氣式飛機必須降落加油。太陽能飛機不必如此。只要電池充電，它們就可以保持在高空，以便它們度過夜晚。通過在空中停留三天以上，太陽能飛機已經超過了噴氣式飛機，許多太陽能飛機制造商都有數月到數年的目標。

　　現在您知道太陽能飛機如何與其他飛機堆疊，讓我們仔細看看它的設計。

　　受太陽限制

　　與一加侖噴氣燃料中的能量相比，在一小時內擊中太陽能飛機上一平方英尺面板的太陽能微不足道。太陽能電池板還將更少的太陽能(在10%到20%之間)轉換為用于轉動螺旋槳的電能，與噴氣發動機中用于推動噴氣式飛機的功率燃燒量相比。最后，一平方英尺(0.09平方米)的太陽能電池板產生的功率比點亮60瓦燈泡所需的功率少三到六倍，所以你可以看到為什么工程師用面板覆蓋飛機并試圖保持照明

　　太陽能飛機設計

　　太陽能飛機上沒有太多東西。它們平坦得可笑，很薄，邀請風把它們抬起來，而不是把它們撞來撞去。車身堅固輕便，通常由碳纖維管制成框架，并在其上拉伸像凱夫拉爾一樣堅固的織物。在結構的某個地方，你會看到一個“X”或“V”，它阻止飛機滾動。

　　大多數飛機在夜間使用電池運行，盡管有些飛機使用燃料電池。電池重量輕，精力充沛，通常排列在一片中。QinetiQ的太陽能飛機“Zephyr”保持著目前的續航記錄，在一塊鋰硫電池上運行[來源： 灌木].電池連接到轉動螺旋槳的電機。

　　你不能錯過太陽能電池板，這是飛機的皮膚和心臟。它們不同于衛星或太陽能房屋上剛性、笨重的太陽能電池板。這些面板厚幾毫米，足夠靈活，可以滾動，并且非常高效且昂貴[來源： 灌木，USO]。太陽能電池板也連接到螺旋槳。

　　在機上，飛機將攜帶光，電壓和風傳感器，并將有一種將這些信息傳遞給飛行員的方法。

　　如果你想知道輪子在哪里 - 沒有必要打擾。“一些太陽能飛機基本上在飛行中掉落起落架，因為你不需要它們。飛機可能會降落在滑行或墜毀著陸上。工程師們正在擺脫你能想象到的每一點重量，“美國宇航局德萊頓飛行研究中心的工程師約翰德爾弗拉特說。

　　一些太陽能飛機是真的 無人機s，或 無人機.除了起飛和降落，自動駕駛儀駕駛飛機。飛行員使用機載系統跟蹤飛機并從地面控制其電機。無人駕駛飛機包括美國宇航局已故的Helios，Zephyr和Aurora Flight Sciences的Odysseus和SunLight Eagle。

　　其他太陽能飛機可以支持飛行員。有人駕駛的太陽能飛機的例子是NASA和AeroVironment的退役Gossamer Penguin和Solar Challenger，以及另一個組織的Solar Impulse，旨在環游地球。

　　奇怪的太陽能

　　這 奧德修斯由極光飛行科學公司炮制的，仍在設計中。在模擬中，飛機的三段從跑道起飛。隨著這些部分連接在一起，飛機在半空中建造自己。為了從更多角度捕捉太陽，飛機像手風琴一樣折疊自己。

　　你可能會持懷疑態度，但國防高級研究計劃局(DARPA)不是。它選擇了奧德修斯作為其禿鷲計劃，該計劃將嘗試連續駕駛飛機五年，同時攜帶1，000磅(454公斤)

　　飛行太陽能飛機

　　赫利俄斯有很多螺旋槳。

　　美國宇航局德萊頓飛行研究中心照片集/尼克·加蘭特太陽能飛機的飛行從檢查開始。檢查電池 - 它應該充電。檢查地風。它們不應超過每小時10英里(每小時16公里)，否則飛機可能會在跑道上墜毀。檢查空氣中的湍流，因為飛機必須通過湍流層上升。云層中的波浪是一個不好的征兆。“風是你的敵人，”德爾弗拉特說。

　　早晨最適合起飛，當太陽在頭頂上，白天還有充足的陽光。作為跑道，您需要一個比三個足球場多一點的圓圈，這比普通機場跑道短 10 倍。接下來，使用該圓圈傾斜飛機起飛。你把飛機指向，讓風迎面吹來，但永遠不會越過它。側風對大多數太陽能飛機來說意味著破壞，因為它們可以將飛機拋向不需要的方向。

　　當螺旋槳在線時，電池電源和太陽能的組合可以使它們開始旋轉，飛機準備滾動(或被手動拋向空中)。“飛機以自行車的速度起飛，”德爾弗拉特說，因為起飛通常是用太陽能完成的。作為一名飛行員，通常在地面上，您可以避開陰影并轉向以獲得最大的陽光，以節省電池的電量。

　　飛機緩緩上升。你通過加速它的中央螺旋槳，把它向上傾斜來讓它上升。在35，000英尺(10.6公里)左右，你已經擊中了噴射流。堅持。在這個湍流的天空層中，像美國宇航局的赫利俄斯這樣的飛機可以隨著風從平坦到戲劇性的“U”彎曲。如果飛機不彎曲，風可能會把它撕裂。飛機不能留在這里，747飛機在那里巡航，因為如果湍流風沒有殺死它，噴射流會把它帶走。

　　在噴射流上方，躲避蓬松的云層;他們擋住了太陽。轉彎就像加速飛機一側的螺旋槳一樣簡單。在40，000英尺(12公里)處，你已經進入了平流層，這是一個靜止的層，冰冷的卷云不會阻擋你的太陽。最后，在65，000英尺(20公里)處，您可以在靜止中放松身心，幾乎可以滑翔。如果您打算熬夜，請確保您的電池已充電以運行螺旋槳。否則，您將開始失去高度。

　　在飛行過程中，太陽能飛機在電池和太陽能之間自動切換。當有太陽時，它會運行螺旋槳并為電池或燃料電池充電。為了更快地為電池充電，飛行員可以飛得更慢。在夜間或云層中，螺旋槳僅靠電池或燃料電池運行。

　　當需要著陸時，切斷停止螺旋槳的動力。太陽能飛機滑翔下來 - 工程師寧愿讓它們成為高效的飛行者，也不愿快速著陸。“它們下降得非常慢，”德爾弗拉特說。“當你試圖帶一個著陸時，你想抓住它并把它拉下來。

　　太陽能飛機的環境效益

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　　很難想象為一架像晶圓一樣薄的飛機支付2000萬美元，但這就是太陽能飛機的成本。

　　美國宇航局德萊頓飛行研究中心照片集/湯姆·奇達許多研究人員表示，將太陽能飛機停在天空中很有用。它可以懸停在一個地方上，攜帶攝像頭或其他傳感器。在平流層中，它可以對臭氧層附近的氣體進行采樣。它還可以觀察森林火災或跟蹤地面上的颶風。

　　對于軍方來說，太陽能飛機可以幫助偵察。像間諜飛機一樣，它們飛得很高，這使它們隱身。但是，雖然間諜飛機必須飛過并返回，但太陽能飛機卻一眨不眨。他們可以拍攝多年不間斷的照片或視頻。“當事件發生時，他們可以研究導致它的一切，”德爾弗拉特說。對于執法部門來說，它們有利于邊境和港口巡邏。

　　的確，衛星可以執行其中的一些任務。但是太陽能飛機用更便宜的相機在地面上看到更多細節，因為它們更接近行動。它們的構建和啟動成本也較低。雖然衛星一旦進入軌道就很難移動，但太陽能飛機很容易移動。將太陽能飛機放下來進行維護也更容易。

　　太陽能飛機是電動的，不排放廢氣。商用飛機可以。1992年，飛機排放了5億噸一氧化碳2，或人類一氧化碳的 2%2 排放 [來源： 警 監 會].它們的廢氣含有許多與健康和環境影響有關的物質，盡管美國環境保護署(EPA)規定了它們的水平，并且正在研究機場附近的健康影響[來源： 美國環保署, 瓦赫特].無論如何，太陽能飛機不能成為干凈的客機，因為它們可能永遠沒有足夠的動力來搭載許多乘客，德爾弗拉特說。

　　平流層噴氣式飛機，如F-22A猛禽和U-2間諜飛機，也會排放廢氣。雖然它們將其排放到平流層，那里的氣體持續時間比我們在下面的對流層中更長，但它們對空氣污染，臭氧消耗和全球變暖的貢獻尚未得到徹底測量。能夠像這些飛機一樣加速和機動的太陽能飛機還需要很多年的時間。因此，在這個時候，談論太陽能飛機是其他飛機的環保替代品是不切實際的。盡管如此，它們仍然是當前應用的清潔車輛。

　　Del Frate說，太陽能飛機的一個令人驚訝的好處是，如果太陽能電池板制造商每年為十幾架太陽能飛機提供大型高效電池板，那么家庭高效電池板的成本就會下降。

　　是一只鳥!是飛機!

　　“曾經有人問我，鳥呢?你擔心撞到一只鳥嗎?“約翰·德爾·弗拉特回憶道。“我不得不笑。一只鳥可以飛過這些東西之一。一只鳥可以在飛行時在其中一個東西上筑巢! 由于很難將太陽能飛機移開，飛行員與美國聯邦航空局合作，計劃遠離其他飛機的航班。幸運的是，很少有飛機在65，000英尺(20公里)的高度飛行。

　　對太陽能飛機的擔憂

　　“我記得人們從未想過他們能夠飛行。在飛機創下飛行記錄后，那些批評者被沉默了，“德爾弗拉特說。但批評者仍然對太陽能飛機提出異議。

　　“批評者傾向于指出這些飛機很脆弱，”德爾弗拉特說。他說，美國宇航局的探路者飛機在NASA機庫內被風吹過門損壞。“我們建立了必要的力量，僅此而已。它們很輕，材料非常少 - 這是有原因的。

　　很難想象為一架像晶圓一樣薄的飛機支付2000萬美元，但這就是太陽能飛機的成本。根據Del Frate的說法，僅太陽能電池板就占成本的一半左右。但從這個角度來看，波音747的起價為2.34億美元[來源： 波音].

　　飛機不是重型升降機;迄今為止建造的最強的可以攜帶一名飛行員。“如果它們幾乎不攜帶任何有效載荷，那又有什么意義呢?”德爾·弗拉特(Del Frate)總結了批評者的說法。他指出，太陽能飛機可以攜帶傳感器和攝像頭，它們很輕，而且越來越輕。“看看你的手機能做的所有事情。它幾乎沒有重量。

　　到目前為止，太陽能飛機需要特殊的飛行條件。雖然電池可以在夜間和陰涼處攜帶它們，但飛機不能在暴風雨中起飛或飛行。他們不能在強風中起飛。它們不能停留在積云或天空的湍流層中。

　　“批評者會指出，他們一年中只有九個月有用，他們是對的，”德爾弗拉特說。在冬季，飛機很難熬夜，白天很短，夜晚很長。由于太陽靠近地平線，而太陽能電池板通常筆直向上，飛機很難收集足夠的陽光來保持高空。設計師們正在傾斜和放置太陽能電池板，無論太陽在哪里都能捕捉到太陽 - 有些人正在計劃折疊飛機。

　　湍流合計的太陽神

　　湍流可能在夏威夷的一次測試中擊落了美國宇航局的赫利俄斯飛機。這一切都始于2，800英尺(853米)的旋風將機翼向上彎曲，從而使飛機向下傾斜[來源： 諾爾等人].“它開始在音調上振蕩 - 鼻子向上，鼻子向下，鼻子向上，鼻子向下 - 每次振蕩時，它的速度都會增加一倍。當它的速度比設計飛行速度快三倍時，太陽能電池開始脫落。很快，我們失去了所有的升力，它掉進了太平洋，“德爾弗拉特說。