同时,锂电池的技术进步也很缓慢。随着手机、电脑、电动汽车的应用,这 20 年来,工业用锂电池得到了不小的改进。但从 1991 年到 2011 年,锂电池的能

同时,锂电池的技术进步也很缓慢。随着手机、电脑、电动汽车的应用,这 20 年来,工业用锂电池得到了不小的改进。但从 1991 年到 2011 年,锂电池的能量密度提升了一倍,达到了大约 200-300 瓦时每千克的水平,同时,这种改进带来的增长曲线正在变慢。

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按照这个曲线,即使按照莱特电动自己预期可以满足最低要求的电池性能,现在的电池能量密度至少需要再提升 50% 到一倍性能指标才能达标。以今天的进步速度,可能是 20 年甚至更远的事。

另外一个选择来自燃料电池。理论上来说,燃料电池是一个非常优越的动力来源,比如氢燃料电池或是乙醇燃料电池,都可以用常规的燃料罐来存储燃料,续航里程也很长。丰田制造的 Mirai 氢燃料电池车,充满一罐氢气的时间只要几分钟,续航里程可以达到 700 公里。

但是燃料电池目前不可能在民航飞机上大规模应用,一个原因是燃料电池所需的贵金属材料比较稀缺,造价太贵,另一个是大规模的燃料电池反应堆放在飞机上不够安全。

目前上天的电动飞机,都不适合大量载人

已经有很多原型和试验机在电力飞机上做了许多尝试。

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NASA 和 AeroVironment 合作开发的太阳神(Helios)太阳能原型机是最著名的电动飞机之一。这架无人遥控飞机长度只有 3.6 米,相当于一台奔驰 Smart 微型车,但翼展非常大,超过了 75 米,比翼展 65 米的波音 747 客机还要宽,看上去就像一根会飞的尺子。

太阳神的机翼表面覆盖了太阳能电池,同时有锂电池存储多余的电力,有 14 具 2 马力的电动引擎驱动飞机。根据设计,这架飞机可以飞到 30000 米高,同时续航可以达到几个月之久。

2001 年,太阳神飞机试飞成功,飞行高度最高达到 29524 米,打破了固定翼飞机的世界纪录,并且保持了超过 40 分钟。相比之下,正常民航飞机飞行的高度大概是 9000 米左右。在 30000 米这个高度上,太阳神可以避开所有气流、阴雨等大气活动,实际上已经变成了一台大气层中的卫星,这也是太阳神的设计初衷。

2003 年,太阳神飞机的改进版,动力系统更换为氢燃料电池的第二代原型机在试飞起飞阶段因为气象原因失事解体。

电动飞机当然也有可以载人的。2014 年空中客车在法国范堡罗航展上展出了一台叫做 E-Fan 的双座小型飞机,这架飞机由锂电池电力驱动,机翼后方安装了两台 60 千瓦的电动机用来驱动涵道风扇,可以提供 1 小时的续航时间。

E-Fan 在范堡罗航展上的试飞很成功。在空中客车的计划中,E-Fan 未来的改进型上会有一些有趣的设计,比如起落架轮就像汽车一样是有动力的,可以在起飞时用轮子加速到约 60 公里再利用电动发动机起飞,以节省电力——不然就需要全程靠螺旋桨煽起的风在地面推动飞机到起飞速度,这是最耗能的阶段。

空中客车设计 E-Fan 的长期发展目标是从这架用于训练的两座锂电池发飞机开始,发展出续航更长,四个座位,换装煤油燃料电池的轻型飞机,最终目标是在 2020 年之后完成一种 90 个座位,可以投入商业运营的电动支线客机。

但因为电动飞机的相关进展太慢,E-Fan 计划在 2017 年 4 月被取消,空中客车转向了传统引擎加混合动力,比如装着电动轮子飞机的研发。

还有另外一架电动飞机走得更远。

2016 年 7 月,瑞士探险家贝特朗·皮卡尔和安德烈·波许博格主导的太阳能飞机项目“阳光动力 2 号”(Solarimpulse 2)累计历时 558 小时,分成 17 段航程完成了环球飞行。

这架飞机由“阳光动力”项目组设计制造,翼展 71.9 米,机翼上安装了 11628 块柔性单晶硅太能能电池,总面积 200 平方米。这些电池给总共 86 千瓦时的锂离子电池充电,驱动四台约 7 千瓦的电动机在白天和夜晚不间断运行。

阳光动力 2 号 2015 年 3 月 9 号从阿联酋阿布扎比出发,历经 13 小时抵达安曼的 马斯喀特,稍作停留之后飞往印度艾哈迈达巴德。之后的路程途径印度瓦拉纳西、缅甸曼德勒、中国重庆、日本名古屋、美国夏威夷等等地点,最终回到阿布扎比。这 17 段航段中大部分航程时间在 20 个小时以内,但少部分航段的时间长达数天:从南京飞往名古屋历时 44 小时,从名古屋飞往夏威夷历时 117 小时,从夏威夷飞往加州历时 62 小时。

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这架飞机之所以分段航行,除了项目本身是希望前往世界各地宣传清洁能源之外,主要原因是这架飞机总重只有 2.3 吨,更像一台动力滑翔机,更容易受气流影响,所以飞行员必须长期保持驾驶状态。在横跨太平洋的 117 小时飞行中,也就是超过 5 个日夜的飞行中,飞行员必须以一种驾驶两个小时,睡觉 20 分钟的特殊模式来完成飞行。

换句话说,这架飞机的动力部分足以支持它一直在天上飞,但控制系统不够完善,飞行员坚持不了那么长时间。

[责任编辑:赵卓然]

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