多項(xiàng)技術(shù)決定飛艇發(fā)展
　　由于具有高經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等特點(diǎn)，全球越來越多的國家在太陽能飛艇的開發(fā)研制工作上投入精力，我國也不例外。
　　中國科學(xué)院光電研究院也在開展太陽能飛艇的研究工作。在該院巨大的艇庫內(nèi)，一個用以模擬真實(shí)飛艇上太陽能電池鋪裝的試驗(yàn)臺已經(jīng)架設(shè)完成，試驗(yàn)臺上放置著正在開展試驗(yàn)的各類柔性太陽能電池。中國科學(xué)院光電研究院氣球中心系統(tǒng)總體室副主任楊燕初博士告訴記者，柔性太陽能電池柔軟程度好，但是轉(zhuǎn)化率偏低，目前一般在10%左右，而普通硬式的太陽能電池板的能量轉(zhuǎn)化率則能達(dá)到20%~30%。另外，部分柔性太陽能電池的柔曲度有限，在鋪裝時如果彎折到一定角度就會損壞。所以，為了節(jié)省成本，他們也專門制作了一些模擬太陽能電池板的“假電池板”，用以測試鋪裝的流程和工藝。為了讓試驗(yàn)的仿真度更高，試驗(yàn)架本身還能夠進(jìn)行角度的調(diào)節(jié)，這樣在進(jìn)行戶外試驗(yàn)時，科研人員便可實(shí)測出不同太陽照射角對應(yīng)的與太陽能電池轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。
　　除了尋找太陽能電池與飛艇的最佳組合方式，科研人員還要解決太陽能電池如何安裝在飛艇蒙皮上的問題。因?yàn)轱w艇需要適應(yīng)平流層惡劣的環(huán)境，所以蒙皮由老化層、阻氣層、膠層、織物層等多層材料復(fù)合而成，如果想將太陽能電池更為有效地安裝在艇體蒙皮外部，就需要在地面時，就對太陽能電池組件本身進(jìn)行特定的改進(jìn)，進(jìn)而按照實(shí)際飛行需要的鋪裝面積與艇體蒙皮連接�！斑@其中涉及兩個問題：一是在地面遇到的問題，即在地面具體鋪裝過程中可能會因?yàn)殇佋O(shè)面積過大或充氣時艇體變形不均勻造成太陽能電池?zé)o法保持平整而損壞，因此需要在實(shí)際鋪裝工藝進(jìn)行深入細(xì)致的研究；二是在空中遇到的問題，即按照能量守恒的原則，太陽能電池在吸收熱量轉(zhuǎn)換成電能的同時，也會產(chǎn)生大量的‘廢熱’，這部分熱量因高空大氣密度稀薄，散熱效率低而無法快速消散掉，所以將直接傳遞到艇體蒙皮，如不加以控制將對蒙皮產(chǎn)生損傷，因此需要考慮在太陽能電池與蒙皮間直接加裝隔熱層�！睏钛喑踅忉尩�。
　　如果長時間提供給飛艇動力，就需要大量的太陽能電池提供能量轉(zhuǎn)換，但實(shí)際上，飛艇上可以鋪設(shè)太陽能電池的面積極其有限。“軟式飛艇布設(shè)太陽能電池只能在飛艇上表層，還必須滿足飛艇運(yùn)行的最大用電量�！痹S璐表示。
　　所以，目前能夠上升到平流層高度的演示驗(yàn)證艇尚在試驗(yàn)階段，而全太陽能飛艇的試飛成功，標(biāo)志著飛艇向前跨越了關(guān)鍵的一步�！霸擄w艇高新技術(shù)將在對流層飛艇和載重飛艇上首先應(yīng)用，繼而推向平流層飛艇。”許璐說。

　　量產(chǎn)尚需時日
　　不僅在技術(shù)上存在障礙，薄膜太陽能高昂的成本也是制約太陽能飛艇發(fā)展的因素，以柔性太陽能電池舉例，目前，技術(shù)較為成熟可用的柔性太陽能電池成本高達(dá)每平方米幾萬元人民幣，而一架大型純電動飛艇所需的太陽能電池往往需要上百平方米甚至上千平方米。
　　此次在南非試飛成功的全太陽能飛艇CA-21R屬于試驗(yàn)品，整體長21米，直徑4.62米，高6.5米，最大時速32公里/小時�！捌涮�陽能面板使用的是半柔性的，實(shí)際使用面積12平方米。設(shè)計(jì)滯空時間24小時，實(shí)際飛行時間4個小時�！痹S璐介紹道。
　　因?yàn)閯恿θ�部來自太陽能電池，所以在遭遇惡劣天氣或遇到天黑的情況時，全太陽能飛艇利用儲能電池儲存的能量工作，“這在短時間是可以保證的，但也要考慮存儲電池組容量和重量。太陽能電池的重量與飛艇之間的關(guān)系是由飛艇系統(tǒng)的能耗決定的，即太陽能電池的鋪設(shè)面積必須滿足飛艇最大的用電量。”許璐說道。
　　“所以未來太陽能飛艇的發(fā)展一方面依賴于太陽能電池技術(shù)和儲能電池技術(shù)的發(fā)展；另一方面，能源管理技術(shù)也將是一個研究的重點(diǎn)�！睏钛喑醣硎�，“從理論上講，上面提到的能源技術(shù)一旦突破，太陽能飛艇將形成自身能源供給的閉環(huán)，由此將可以持久地駐留在天空而無須能源補(bǔ)給，但長期駐空所帶來的其他問題會隨之而來，比如氣體泄漏、蒙皮和零部件老化、系統(tǒng)可靠性下降等，這些都會給飛艇這樣一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)帶來隱患，因此要真正實(shí)現(xiàn)全太陽能飛艇的實(shí)用化和量產(chǎn)還有一系列問題亟待科研工作者進(jìn)一步研究解決。”


作者：袁一雪 來源：中國科學(xué)報 責(zé)任編輯：wutongyufg