電動(dòng)飛行器：理想很豐滿 現(xiàn)實(shí)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(dòng)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(duì) Kitty Hawk 的下一步動(dòng)作充滿了期待。

實(shí)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(mèng)想，就一定會(huì)面臨諸如安全性、續(xù)航時(shí)間等非?，F(xiàn)實(shí)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(jià)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(shí)進(jìn)行了適當(dāng)刪減。

噴氣式飛機(jī)的時(shí)代即將結(jié)束，而過去一直停留在繪畫板上的新型電動(dòng)飛行器也開始逐漸走上跑道。這個(gè)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(dòng)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(dòng)引擎來驅(qū)動(dòng) 14 個(gè)螺旋槳，高達(dá) 175 英里/小時(shí)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?yàn)檫@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(dòng)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(dòng)飛行器能大大減緩這一趨勢，甚至實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

首先，電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)無人機(jī)。

Maxwell 的 14 個(gè)螺旋槳都配備了發(fā)動(dòng)機(jī)，其中 12 個(gè)安裝在機(jī)翼上，另外兩個(gè)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(jì)者之一 Sean Clarke 說：「起飛時(shí) 14 個(gè)螺旋槳中壞一個(gè)比 3 個(gè)螺旋槳中壞一個(gè)要好得多?！?/p>

新興航空公司很快意識(shí)到，電動(dòng)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?yàn)樯习嘧迦绻俗@種飛行器通勤，沒人希望降落在離上班地點(diǎn) 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(dòng)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(dòng)飛行器擁有 12 個(gè)電動(dòng)螺旋槳，這 12 個(gè)螺旋槳在 Joby's S2 垂直起飛時(shí)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(shí)速可達(dá) 200 英里/小時(shí)的飛機(jī)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(jī) Volocopter 擁有 18 個(gè)螺旋槳，中國億航的 184 自動(dòng)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(jì)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(dòng)化的空中交通運(yùn)輸。億航 184 自動(dòng)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(dòng)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(huì)覺得天空小的可憐?！?/p>

除了電池狀態(tài)不穩(wěn)定，電動(dòng)飛行器還有其他技術(shù)難題要克服。例如，電動(dòng)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(dòng)力密度還沒有達(dá)到能夠支持電動(dòng)飛行器長距離飛行的要求，現(xiàn)在的最長飛行時(shí)間是一個(gè)小時(shí)?！?/p>

極光飛行科學(xué)公司（Aurora Flight Sciences）采用混合動(dòng)力系統(tǒng)解決了這個(gè)問題，這個(gè)系統(tǒng)中有 3 個(gè)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(dòng)「雷擊」（Lightening Strike) 無人飛行器的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

另一個(gè)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(dòng)力 2 號(hào)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(dòng)力號(hào)只能搭載一個(gè)人（第二代可以搭載兩人了），最高時(shí)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(huì)看到太陽能飛機(jī)有更多的發(fā)展，」Langelaan 補(bǔ)充道。

一個(gè)好消息是和電動(dòng)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(dòng)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(dòng)飛行器的試驗(yàn)，特斯拉的老板 Elon Musk 也透露他正在考慮建造一架完全電動(dòng)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(dòng)力的電動(dòng)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(dòng)飛機(jī) Sun Flyer 的制造商透露該電動(dòng)飛機(jī)每小時(shí)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(shí)的成本是 40 美元。

Clarke 和 Schaefer 都認(rèn)為，電動(dòng)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(yàn)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(dòng)飛行器就會(huì)迅速走向市場?！?/p>