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。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?」。編譯時進行了適當(dāng)刪減。

噴氣式飛機的時代即將結(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、政府機構(gòu)以及全球最大的噴氣式飛機制造商資助開發(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 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的五分之一。

「NASA 最終想取代一些機型，例如很多民航都用的波音 737 和空客 A320，因為這幾種飛機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，電動機的燃燒效率是內(nèi)燃機和噴氣引擎的兩倍。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?！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。

Maxwell 的 14 個螺旋槳都配備了發(fā)動機，其中 12 個安裝在機翼上，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。」

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。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 英里遠的機場吧?！?/p>

德國創(chuàng)業(yè)公司 Lilium 研發(fā)的兩座電動飛機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 垂直起飛時全力運轉(zhuǎn)，待 Joby's S2 升空達到巡航速度后調(diào)整方向，就像普通飛機一樣。Joby Aviation 稱這架時速可達 200 英里/小時的飛機消耗的能源只有傳統(tǒng)汽車的五分之一。

而德國研發(fā)的另一架新型直升機 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。這類飛行器的設(shè)計目的是作為航空業(yè)的替補，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輸。億航 184 自動駕駛飛行器去年已獲準(zhǔn)在美國內(nèi)華達州進行飛行測試，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)電機來驅(qū)動「雷擊」（Lightening Strike) 無人飛行器的電動發(fā)動機。

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翼的輕型飛機，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有更多的發(fā)展，」Langelaan 補充道。

一個好消息是和電動飛機相關(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，都傾向于變得更輕、更便宜。全球最大的噴氣飛機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。

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的運行成本將大大低于傳統(tǒng)的噴氣式飛機。太陽能電動飛機 Sun Flyer 的制造商透露該電動飛機每小時飛行只消耗 1 美元的電能，而燃燒化石能源的輕型飛機每小時的成本是 40 美元。

Clarke 和 Schaefer 都認為，電動飛行器目前的電池技術(shù)要達到民航客機的標(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。」