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向衛星挑戰——“永不落”的太陽能飛機

美國航空環境公司在製造了“開拓者”號太陽能飛機,並在20千米以上的高空成功地試飛後,並不滿足,他們又雄心勃勃地要製造一種利用太陽能長期不著陸的“永不落”飛機。他們的目標不僅是為了創造進入《吉尼斯大全》的世界紀錄,更重要的是要讓這種飛機代替一些衛星的作用。這種打算似乎有點不可理解,太陽能飛機能在天上長期飛行不著陸嗎?它能和衛星進行競爭嗎?這不是不自量力嗎?

誰不知道衛星神通廣大,尤其在全球無線電通訊、電視轉播中誰也代替不了它獨佔鰲頭的地位。還有那些間諜衛星和資源衛星也很厲害,在太空上繞地球轉上幾圈,就能把地面上的許多軍事機密和各種資源拍攝下來。雖然衛星具有這麼多優越性,但在實際上,衛星也不是十全十美的。比如衛星離地面畢竟很遠,即使用解析度很高的攝像機,有時也拍攝不到理想的清晰照片。另外,衛星上攜帶的儀器,因為要受到宇宙射線的強烈照射,又沒有冷卻電子線路的氣流,為保證必要的壽命造價不免十分昂貴。

衛星還有一個缺點,它在繞地球飛行時,每透過一個地區,只是一掠而過,因此經常有偵察不周的毛病,常常會漏掉一些重要情報。因此美國在20世紀90年代的星球大戰計劃中就有研究“永不落”太陽能飛機的課題。從理論上分析,要求太陽能飛機做到長期不著陸飛行是完全可以的。科學家認為,太陽能飛機在白天陽光充足時可以用一部分光能維持飛行,又可把剩下來的能量儲存起來用於夜間飛行。

但要在實際上做到這一點卻十分不容易,至少在20世紀90年代之前很難,因為太陽能的能量密度很小,要使飛機長期不著陸,首先要儘量減輕飛機本身的重量,然後還要儘可能使光-電轉換效率提高,使太陽能電池板獲得更多的電力。在20世紀90年代以後,這兩個問題已基本上能克服。“開拓者”號太陽能飛機已為此打下了良好的基礎。它採用高強度輕重量的碳纖維和聚乙烯分別作翼梁和翼肋,用高強度聚合物膜作蒙皮,使整架飛機的重量只有180千克。現在太陽能電池的光-電轉換效率已達到17%,有時能達到25%。“開拓者”號大約有45平方米的面積,可安放8000個太陽能電池,產生7千瓦的電力。

美國航空環境公司準備讓“永不落”的“太陽神”號太陽能飛機的翼展增加到60米,使收集的太陽能比“開拓者”號多一倍,並在機上安裝高效蓄電裝置,用來儲存白天富餘的電能,供夜間無陽光時使用,這樣就可以做到長期不著陸飛行。他們預計,“永不落”的“太陽神”號實際上可以連續飛行三個月或更長的時間不著陸,尤其是在北極的夏天,陽光極為豐富,這樣飛機就有足夠的動力,即使做長期的環球飛行也不在話下。

“太陽神”號原是美國星球大戰計劃的一部分,準備用作偵察或者用來攜帶和發射導彈。現在冷戰時代結束,許多民用部門對它也很感興趣,因為它離地面近,拍到的照片比在衛星上拍的照片解析度高得多,也清晰得多。由於太陽能飛機的飛行高度不算太高,因而安裝在它上面的儀器不像衛星上的儀器那樣,要經受嚴峻的宇宙射線的考驗,這樣製造成本就要低得多,即使損壞,更換起來也容易。而衛星上的儀器一旦損壞,維修起來就相當麻煩和費錢。

和衛星相比太陽能飛機可以在它感興趣的任何地方盤旋,進行詳細偵察和探測,其費用卻只相當於發射一顆衛星的十分之一。用它可以跟蹤熱帶海上形成的颶風、繪製海圖、管理海上交通、監測農作物和探測自然資源、為通訊中繼服務、收集大氣標本為研究全球氣候服務等等。而且這種無人駕駛的太陽能飛機在計算機的精確控制下,可以做各種姿態的飛行動作,如轉彎、打滾、側滑等等,它的發展前景是很廣闊的。

分類: 汽車
時間: 2022-02-06

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