崛起的電動(dòng)飛機(jī)，電池技術(shù)突破是關(guān)鍵

　　2008 年，電動(dòng)車(chē)在油價(jià)上漲后東山再起。到了 2018 年，電動(dòng)航空也邁向了新的里程。幾十年來(lái)，整個(gè)航空領(lǐng)域和航線都取得了進(jìn)展。1986 年，埃爾伯特·L·伯特·魯坦(Elbert L Burt Rutan)首次完成了不著陸、不加油的環(huán)游世界。30 年后，人類又實(shí)現(xiàn)了另一種環(huán)球旅行，也標(biāo)志了第一例電動(dòng)環(huán)行。這一宏大的旅程始于阿布扎比(阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)首都)，在 16 個(gè)月之后，電動(dòng)飛機(jī)回到了開(kāi)始的地方。但是這架飛機(jī)所實(shí)現(xiàn)和以往不同，它既沒(méi)有排放，也沒(méi)有消耗燃料，它使用的是數(shù)塊太陽(yáng)能電池板、一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)和四塊 41 千瓦時(shí)的鋰離子電池。

　　這架電動(dòng)飛機(jī)稱為“陽(yáng)光動(dòng)力 2 號(hào)(Solar Impulse 2)”，在它 2016 年完成首飛之后，就此改變了航空世界。從那時(shí)起，電動(dòng)商用飛機(jī)的愿景就不再是夢(mèng)想了。電動(dòng)飛行擁有明朗的未來(lái)，它機(jī)不但能削減航空燃料的用量，還能減少排放，讓環(huán)境變得更加清潔。

　　根據(jù)歐洲委員會(huì)的說(shuō)法，飛機(jī)排放量目前約占?xì)W盟溫室氣體排放總量的 3%、世界溫室氣體排放量的 4%。這是一個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)字，而且還在以較高的速度增長(zhǎng)。如果實(shí)現(xiàn)電動(dòng)航空，那么這些不斷上升的排放量就會(huì)減少。從乘客的角度來(lái)看，電動(dòng)飛機(jī)也是一次突破，電動(dòng)飛機(jī)能夠降低出行費(fèi)用，減少旅途中的噪音，同時(shí)提高拉升的速度。電動(dòng)引擎能讓飛機(jī)在更高的海拔上維持良好的性能，而且還能降低空氣阻力，而與之相比，內(nèi)燃機(jī)的性能明顯不足。

　　挑戰(zhàn)

　　無(wú)論是炒作還是創(chuàng)新，電動(dòng)商用飛機(jī)仍舊道阻且長(zhǎng)。伯特·魯坦設(shè)計(jì)的“Long-EZ”是最近一次電動(dòng)飛行的實(shí)例。2012年，Long-EZ 是飛行速度最快的電動(dòng)飛機(jī)之一，時(shí)速可達(dá)每小時(shí) 202.6 英里，同時(shí)機(jī)上只運(yùn)載了一名乘客。相比之下，波音 787 的飛行時(shí)速為每小時(shí) 585 英里，載客量超過(guò) 242 人。所以就目前的技術(shù)，直到 2030 年，商用航空最多用上混合動(dòng)力技術(shù)。

　　目前，美國(guó)宇航局正在開(kāi)展一項(xiàng)名為 Electric Aircraft Testbed 的項(xiàng)目。該項(xiàng)目正在研究電動(dòng)飛行的技術(shù)障礙。該試驗(yàn)臺(tái)的目標(biāo)是提高電動(dòng)飛機(jī)的效率同時(shí)減少飛機(jī)自身的重量。隨著技術(shù)的進(jìn)步，試驗(yàn)臺(tái)可以適應(yīng)更大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　另一個(gè)挑戰(zhàn)則是冷卻系統(tǒng)。電動(dòng)飛機(jī)飛行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生 50 千瓦到 800 千瓦的熱量，而冷卻系統(tǒng)則是要將這些熱量在飛行中排出。大功率電子設(shè)備的集成功率模塊需要冷卻系統(tǒng)，其中最重要的是可以改善導(dǎo)熱性能的材料以及幫助散熱的輕量級(jí)系統(tǒng)。

　　電池技術(shù)

　　最重要的限制因素并非發(fā)動(dòng)機(jī)重量或飛機(jī)設(shè)計(jì)，而是電池。目前的電池還不能達(dá)到電動(dòng)航空所需的功率重量比。噴氣燃料的能源產(chǎn)量比同等質(zhì)量的電池多 43 倍。而電動(dòng)航空業(yè)正在大力提高能量?jī)?chǔ)存技術(shù)，也許能讓電池的能量密度每年上升 5% 到 8%。只有實(shí)現(xiàn)了五倍于現(xiàn)在的能量密度，小規(guī)模的航空作業(yè)才有可能進(jìn)行。好消息是，飛機(jī)的設(shè)計(jì)也在提升，所以能源需求也會(huì)隨著時(shí)間的推移降低。

　　一旦一切都厘清了，我們就需要開(kāi)始解決另一個(gè)問(wèn)題，那就是如何快速更換電池，實(shí)現(xiàn)航班的無(wú)縫銜接。最好的解決方案是換電技術(shù)，但這個(gè)解決方案也有阻礙，因?yàn)殡姵氐木S護(hù)成本高于燃?xì)鉁u輪，而且充電 1500 次之后就需要更換。

　　當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)狀況

　　Zunum 航空是一家由波音公司和捷藍(lán)航空支持的公司，自 2013 年以來(lái)，該公司一直在研究 10 座到 50 座的混合動(dòng)力電動(dòng)飛機(jī)。公司于 2017 年 10 月開(kāi)始開(kāi)發(fā) 12 座的飛機(jī)，計(jì)劃在 2020 年飛行。該飛機(jī)在做短途飛行時(shí)，涵道風(fēng)扇完全由電池供電，在航程加長(zhǎng)時(shí)，發(fā)電機(jī)可提供 1 兆瓦至 5 兆瓦的電力。當(dāng)航程上升至 700 海里時(shí)，燃?xì)鉁u輪將用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè) 550 千瓦的發(fā)電機(jī)。2018 年 2 月，Zunum 宣布公司正在建造該飛機(jī)的第一個(gè)原型。

　　E-Fan X 則是空客公司與勞斯萊斯和西門(mén)子合作研發(fā)的混合動(dòng)力電動(dòng)飛機(jī)，該飛機(jī)使用板載鋰離子電池為兩個(gè)電動(dòng)機(jī)供電。2014 年，E-Fan X 完成了首飛，航行時(shí)長(zhǎng)為 60 分鐘。在實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)飛行的路上，公司希望能在 2020 年首先完成混合動(dòng)力飛行。

　　Eviation Alice 是一架由以色列 Eviation 公司研發(fā)的電動(dòng)飛機(jī)。該飛機(jī)的特點(diǎn)在于它有三個(gè)螺旋槳，其中兩個(gè)分別安裝在翼尖，另一個(gè)在安裝在機(jī)身后方。該飛機(jī)擁有電力推進(jìn)系統(tǒng)，其中 95% 的材料由合成材料構(gòu)成。該公司創(chuàng)立于 2015 年，目前正在生產(chǎn)的全電動(dòng)商用及通勤飛機(jī)的模型。

　　Wright Electric 旨在設(shè)計(jì)出航程小于 300 英里的商用電動(dòng)客機(jī)。公司成立于 2016 年，已從硅谷加速器中獲得風(fēng)險(xiǎn)投資。2017 年 9 月，英國(guó)易捷航空公司宣布與 Wright Electric 合作，將在 2027 年開(kāi)發(fā)出 180 座的電動(dòng)飛機(jī)。

　　在未來(lái)的歲月里，即便街道上到處駕駛著電動(dòng)汽車(chē)，在電動(dòng)航空的道路上，我們?nèi)杂泻芏嗦芬?。而在多年以后，?dāng)我們回望電動(dòng)航空的歷史時(shí)，我們也會(huì)想起這一路上歷經(jīng)的坎坷，而在突破電池、引擎和設(shè)計(jì)上的障礙后，電動(dòng)航空事業(yè)終將傲然地起飛。