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电动飞行未来已来 电池却还在路上

导读: 电动飞行的设想已经酝酿了数十年,但直到最近,这一想法的实现才有了实质性成果。目前,十多家初创企业和公司正在致力于研发电动和混合动力飞机模型。

电动飞行的设想已经酝酿了数十年,但直到最近,这一想法的实现才有了实质性成果。目前,十多家初创企业和公司正在致力于研发电动和混合动力飞机模型。有些人甚至认为,在未来十年内,我们很可能可以坐在零排放的电动飞机上一边啃椒盐卷饼一边看娱乐节目。

目前正在开发的电动飞行概念与Popular Science(美国月刊杂志,创刊于1872年,一直是全球销量第一的生活科技信息杂志)中复古的未来主义模型截然不同,也不与《银翼杀手》和《回到未来》中出现的反重力车辆类似。相反,这些电动飞机大多是由轻质碳纤维制成的、超薄的、未来式飞机与直升机的混合动力车。但是,这些尺寸为成人大小的飞机能够垂直起降、安全操作和盈利的设想几乎完全取决于电池技术的进步。

电动飞行未来已来,电池却还在路上

至少有20家公司正在制定空中出租车计划

目前,至少有20家公司正在制定空中出租车计划,其中包括波音和空中客车等传统飞机制造商以及共享出行巨头Uber。几乎所有公司都承诺制造电池驱动型飞机,以消除传统直升机和喷气式客机产生的相关噪音和污染。

但是飞行需要的动力和能量是巨大的,而目前的现状是,由于电池重量过大且价格昂贵,实现升空仍存在一定难度。而特斯拉Model 3或雪佛兰等电动汽车搭载的强大电池技术却不足以给双座以上的飞机提供动力,其飞行范围也仅限于几英里。

能量密度是衡量电池性能的关键指标,这指的是储存在一个特定系统中的能量,而当前的电池没有足够的能量使大多数飞机离开地面。我们可以通过一个数字来感受一下原因:喷气式发动机产生的能量高于同等重量的电池43倍之多。

储能技术会在未来大幅改善吗?

那么,随着技术不断发展,储能技术能在未来大幅改善吗?从理论上说,电池能量密度每年可提升5%到8%。为了使电池在小型航空中发挥作用,其能量密度至少需要达到目前的5倍左右。按照目前电池和电动发动机技术的发展速度,即使是混合动力技术也可能要到2030年才能应用于商用航空。

航空航天市场研究公司Teal Group的分析副总裁、航空专家Richard Aboulafia表示:“混合动力技术远比纯电池驱动的飞机更有发展前景。混合动力技术是一个更现实的目标,到本世纪30年代完全有可能成为现实。”

近年来,在电池驱动飞行方面已经取得了一些突破性进展。2016年6月,一架名为“Solar Impulse 2”的太阳能飞机首次完成了为期一年的环球航行。这架飞机内嵌17000个光伏电池,用于为其电机供电并在白天进行充电。但没有人认为这是一架真正的飞机,因为其机舱既没有加压,也没有加热,而且只能容纳一名飞行员。这架飞机的飞行时速约为每小时30英里,比普通的喷气式飞机慢约18倍。

混合动力技术发展前景广阔

Solar Impulse 2迈出了标志性的一步 ,但同时也意味着电动飞行技术的发展仍然任重道远。著名航空工程师Burt Rutan设计的全电动飞机Long ESA,则是另一个里程碑。2012年,Long ESA成为最快的电动飞机之一,它能够以每小时202.6英里的时速搭载一名乘客进行飞行。相比之下,波音787以每小时585英里的时速飞行,可搭载242多名乘客,其时速是Solar Impulse 2的两倍,而载客量则相当于242多倍。

但是一些初创公司并没有被这些残酷的事实吓倒。Zunum Aero是一家电动喷气式飞机初创企业,由波音旗下风投基金HorizonX和JetBlue Technology Ventures 共同投资。该公司计划在2022年之前将其12座客运混合动力喷气式飞机投入使用。空中客车公司的全新电动飞机E-Fan X也正在与劳斯莱斯和西门子开展合作,致力于开发混合动力航空先驱者。除此之外,由谷歌创始人拉里·佩奇(Larry Page)创立的电动VTOL(Vertical Take-Off and Landing,垂直起降)初创公司Kitty Hawk,设计并开发了短程、单座飞行电动车Flyer,该产品也已经上市。这款飞行车看起来有点像安装在几座浮桥上的雪橇,周围环绕着一堆类似无人机的旋翼。

Uber则预计将在2020年前对其电动垂直起降飞机进行试飞。这家共享出行巨头近期聘请了特斯拉的内部电池专家Celina Mikolajczak,与公司合作研发一款能量强大且足够轻的电池,使其混合动力飞机能够在空中飞行。

电池方面的化学技术将会越来越好

今年5月,Uber在洛杉矶举办了Elevate峰会,意欲推进飞行汽车计划。Mikolajczak在会上表示:“电池方面的化学技术将会变得越来越好,这意味着由电动动力系统驱动的飞机也将变得越来越出色。”

但Mikolajczak也指出,电池有较大的起火风险。她说,难度较大的一点是我们要确保在飞行过程中发生的火灾不是灾难性的。她还表示:“我们目前已经完全掌握使这些电池组在异常情况下的风险降到最低的技术,即使在极端条件下。”

去年五月,一架实验性的电动飞机在布达佩斯附近的一个机场起飞后不久便坠毁,造成飞行员和乘客死亡。这是由德国制造公司西门子和Magnus公司合作研发的eFusion飞机,据悉,当时前者正在对飞机上的高功率密度电动机和能量密度电池进行测试。事故发生后,制造商表示坠毁原因不明,但目击者声称,在起火前看到飞机在低空飞行,然后在近乎垂直的俯冲过程中坠毁。如果这架飞机确实是在空中着火,电池肯定会成为主要调查因素。

这架单马达飞机的坠毁是一场悲剧,也是新兴的电动飞行行业遭受的一次挫折。同时这也是一个清晰的暗示——用电池取代喷气燃料不是一件容易的事,必须且只能细水长流。

Aboulafia表示:“就仅仅以搭载量为例,基于电池的飞行技术与传统喷气式飞机的差距不仅仅是几十年之遥。电动飞行汽车的梦想将在相当一段时间内也只能是‘白日梦’。”

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