電動飛行器:理想很豐滿 現(xiàn)實很骨感

2017-05-03 09:25:12 q403
實際上,不論是 Kitty Hawk,還是眾多躍躍欲試的飛行器公司,只要有著「載人上天」的夢想,就一定會面臨諸如安全性、續(xù)航時間等非?,F(xiàn)實而又棘手的問題。

電動飛行器:理想很豐滿 現(xiàn)實很骨感

【編者注】最近,硅谷初創(chuàng)公司 Kitty Hawk 測試「飛行汽車」的消息登上了不少科技媒體的版面。雖然它們的飛行汽車——準(zhǔn)確地來說是電動飛行器,距離我們想象中的樣子還相差甚遠(yuǎn)。但谷歌聯(lián)合創(chuàng)始人拉里·佩奇的投資背景,再加上「年內(nèi)量產(chǎn)」的豪言,還是讓大家對 Kitty Hawk 的下一步動作充滿了期待。

實際上,不論是 Kitty Hawk,還是眾多躍躍欲試的飛行器公司,只要有著「載人上天」的夢想,就一定會面臨諸如安全性、續(xù)航時間等非?,F(xiàn)實而又棘手的問題。極客公園今天編譯的文章雖然發(fā)表于一年前,但所引發(fā)的思考即使在當(dāng)下也是很有價值的。

本文編譯自 The Guardian,原文標(biāo)題為「Could vertical take-off electric planes replace cars in our cities?」。編譯時進(jìn)行了適當(dāng)刪減。


噴氣式飛機(jī)的時代即將結(jié)束,而過去一直停留在繪畫板上的新型電動飛行器也開始逐漸走上跑道。這個極具創(chuàng)意的產(chǎn)物是由新興互聯(lián)網(wǎng)公司、政府機(jī)構(gòu)以及全球最大的噴氣式飛機(jī)制造商資助開發(fā)的。他們承諾電動飛行器比傳統(tǒng)的噴氣式飛機(jī)更清潔、噪音更少、安全系數(shù)更高,并且相比之下碳排放量更少。

月初(2016 年 7 月),美國國家航空航天局(NASA)宣布將制造一架名為 Maxwell 的高速調(diào)查飛行器,這架能容納四人的飛行器將使用電動引擎來驅(qū)動 14 個螺旋槳,高達(dá) 175 英里/小時的飛行速度快趕上很多小型飛行器了,但耗能只有一架普通私人飛機(jī)的五分之一。

「NASA 最終想取代一些機(jī)型,例如很多民航都用的波音 737 和空客 A320,因為這幾種飛機(jī)消耗的燃料和排放的廢氣數(shù)量驚人,」賓夕法尼亞州立大學(xué)的航空航天工程教授 Jack Langelaan 談到。

商用航空的 CO2 排放量已經(jīng)占到了人類活動排放量的 2% 了,而且這一數(shù)字到 2050 年可能增加到 22%。而電動飛行器能大大減緩這一趨勢,甚至實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

首先,電動機(jī)的燃燒效率是內(nèi)燃機(jī)和噴氣引擎的兩倍。極光飛行科學(xué)公司(Aurora Flight Sciences)的 Carl Schaefer 說道:「我們要做的就是在發(fā)動機(jī)上穿線,這樣一來就不必安裝大的螺旋槳,可以在飛行器的任意位置安裝小的發(fā)動機(jī)?!惯@家航空航天公司正在為美國軍方研制一架叫「雷擊」(Lightening Strike) 的電動無人機(jī)。

Maxwell 的 14 個螺旋槳都配備了發(fā)動機(jī),其中 12 個安裝在機(jī)翼上,另外兩個大螺旋槳在翼端。這種配置能大大提高燃料利用率,并且使飛行器更安全。Maxwell 的設(shè)計者之一 Sean Clarke 說:「起飛時 14 個螺旋槳中壞一個比 3 個螺旋槳中壞一個要好得多?!?/p>

電動飛行器:理想很豐滿 現(xiàn)實很骨感

新興航空公司很快意識到,電動引擎使得飛行器具備垂直起降(VTOL)的功能,從而有可能代替汽車——注意,不是代替飛機(jī)。Langelaan 說,「垂直起降很受歡迎,因為上班族如果乘坐這種飛行器通勤,沒人希望降落在離上班地點 5 英里遠(yuǎn)的機(jī)場吧?!?/p>

德國創(chuàng)業(yè)公司 Lilium 研發(fā)的兩座電動飛機(jī)只需要一塊面積不超過 15 平方米的降落廣場,而美國加州的無人機(jī)科技公司 Joby Aviation 正在研發(fā)的 Joby's S2 電動飛行器擁有 12 個電動螺旋槳,這 12 個螺旋槳在 Joby's S2 垂直起飛時全力運(yùn)轉(zhuǎn),待 Joby's S2 升空達(dá)到巡航速度后調(diào)整方向,就像普通飛機(jī)一樣。Joby Aviation 稱這架時速可達(dá) 200 英里/小時的飛機(jī)消耗的能源只有傳統(tǒng)汽車的五分之一。

電動飛行器:理想很豐滿 現(xiàn)實很骨感

而德國研發(fā)的另一架新型直升機(jī) Volocopter 擁有 18 個螺旋槳,中國億航的 184 自動駕駛飛行器看上去像一架超大型的單人無人機(jī)。這類飛行器的設(shè)計目的是作為航空業(yè)的替補(bǔ),形象地說,是要做飛行器界的 Uber, 即在交通擁堵的城市及附近地區(qū)提供自動化的空中交通運(yùn)輸。億航 184 自動駕駛飛行器去年已獲準(zhǔn)在美國內(nèi)華達(dá)州進(jìn)行飛行測試,不過不能搭載乘客。

Langelaan 說:「在正式將電動飛行器投入市場之前我們還有很多準(zhǔn)備工作要做,其中如何避免飛機(jī)相撞和管理交通很重要。別看現(xiàn)在的天空很大,一旦各種各樣的小飛機(jī)開始在天上飛來飛去,你立馬會覺得天空小的可憐。」

除了電池狀態(tài)不穩(wěn)定,電動飛行器還有其他技術(shù)難題要克服。例如,電動飛行器每次可行駛的距離是有限的。Schaefer 還說:「鋰離子電池的動力密度還沒有達(dá)到能夠支持電動飛行器長距離飛行的要求,現(xiàn)在的最長飛行時間是一個小時?!?/p>

極光飛行科學(xué)公司(Aurora Flight Sciences)采用混合動力系統(tǒng)解決了這個問題,這個系統(tǒng)中有 3 個功率均為一百萬兆瓦、使用噴氣燃料的發(fā)電機(jī)來驅(qū)動「雷擊」(Lightening Strike) 無人飛行器的電動發(fā)動機(jī)。

另一個更加環(huán)保的解決方案是需要多少能量就用光電池生產(chǎn)多少。最近正在環(huán)游世界(2016 年 7 月已結(jié)束)的陽光動力 2 號是世界上第一架只靠可再生能源供能橫跨大西洋的飛行器。但第一代陽光動力號只能搭載一個人(第二代可以搭載兩人了),最高時速甚至低于大多數(shù)汽車,并且研發(fā)成本太高。

太陽能供電目前只適用于有大機(jī)翼的輕型飛機(jī),日后太陽能電池的效率提高了,我們或許才會看到太陽能飛機(jī)有更多的發(fā)展,」Langelaan 補(bǔ)充道。

一個好消息是和電動飛機(jī)相關(guān)的所有技術(shù)都在朝好的方向發(fā)展,不管是蓄電池、太陽能電池,還是發(fā)動機(jī),都傾向于變得更輕、更便宜。全球最大的噴氣飛機(jī)制造商的注意力都在這上面,波音公司和空客公司都已經(jīng)進(jìn)行過電動飛行器的試驗,特斯拉的老板 Elon Musk 也透露他正在考慮建造一架完全電動化的飛機(jī)。

和現(xiàn)在的特斯拉、普銳斯、聆風(fēng)一樣,采用混合動力的電動飛機(jī)的運(yùn)行成本將大大低于傳統(tǒng)的噴氣式飛機(jī)。太陽能電動飛機(jī) Sun Flyer 的制造商透露該電動飛機(jī)每小時飛行只消耗 1 美元的電能,而燃燒化石能源的輕型飛機(jī)每小時的成本是 40 美元。

Clarke 和 Schaefer 都認(rèn)為,電動飛行器目前的電池技術(shù)要達(dá)到民航客機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)還有很長一段路要走。

「我們都在等待電池技術(shù)的革新,」Clarke 談到,「但像 Maxwell 一樣驗證復(fù)雜的電池系統(tǒng)也有好處。未來一旦電池技術(shù)完全成熟,電動飛行器就會迅速走向市場?!?/p>

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