燃油飛機的時代 (jet age)已逐漸走向盡頭;如今,新型的電動飛機受到新創公司、政府部門、全球最大燃油飛機製造商所贊助,飛行過程可望比現今的燃油飛機更環保、安靜且安全,碳排放量僅為後者的一小部分。

今年 7 月初時,NASA 宣佈將研發一種名為 Maxwell 的高速科研飛機(其電動機可支持 14 個螺旋槳)。這款 4 人座的飛機,最高時速可達 175 英里,與大部分小型飛機一樣快,耗能卻只有一般私人飛機的 1/5。

「NASA 最終希望替換掉以波音(Boeing )737 和空客(Airbus)A320 機型為代表的大多數民航飛機一現在大部分的碳排放和燃料消耗都來自於它們。」賓州州立大學(Penn State University)航空工程學教授 Jack Langelaan 說。商用航空飛機已佔人造二氧化碳排放量的 2%,到 2025 年更將增至 22%,而電動飛機可以遏制甚至扭轉該趨勢。

目前,電動機的效率是內燃式或噴氣式引擎的 2 倍。美國一家專門替美軍製造電動無人機雷擊(Lightning Strike)的航太公司(Aurora Flight Science)表示:「我們只需要把發動機用電線連接起來。原本只有 1 個大型螺旋槳,現在我們可以在飛機任何位置安裝小型發動機。」

Maxwell 的機翼上有 12 個螺旋槳,翼尖上還有 2 個,每個螺旋槳都各自帶有小型發動機。因為結構的關係,它進一步提升了燃料效率,甚至增強安全性。Maxwell 的設計者之一 Sean Clarke 表示:「在以往只有 3 台發動機的情況下,起飛時若其中 1 個發生故障,可能會引起嚴重後果。如果有 14 台發動機,少 1 台就沒那麼嚴重。」

嶄新商機:未來新型小飛機可望取代汽車

航空新創公司也很快意識到,有了小型電動機,新型垂直起降飛機將可望取代汽車。「如果把飛機用於通勤,沒有人希望在距離工作地點 5 英里的飛機場著陸,因此垂直起降很受歡迎。」Langelaan 解釋。

另一家德國新創公司百合(Lilium),其產品 2 人座飛機,只需不到 15 平方公尺的著陸區。美國公司 Joby’s S2,在加州研發出的飛機設有12 個傾斜旋翼,可以垂直起飛,再轉變為傳統飛機。Joby 公司宣稱該飛機時速為 200 英里,適用於 2 點直線式的通勤,耗能卻比汽油驅動的汽車少 5 倍。

德國另一原型機 Volocopter 配有 18 個直升機式旋翼。中國無人機廠商億航(EHang)的 184 機型,則為放大版的類單人飛行器,儘管它目前不能載客,仍舊獲得了美國內華達州的飛行測試許可。這類飛機的最終目標是按照客人的需求飛行,成為飛機界的優步(Uber),在擁擠的城市間,提供無人機的自動駕駛服務。

「要達到目標,我們還需要解決很多問題,避免碰撞和線路規劃都非常重要。天空很遼闊,然而一旦這些小型飛機開始飛行,天空將顯得過於狹窄。」Langelaan 說。

發展電動飛機 電池科技是關鍵

目前為止,電動飛機的技術仍有許多限制需要克服,尤其是電池科技。「鋰離子電池(Lithium ion batteries)無法使用於長途飛行的客機,因為它的特性限制,至多只能支持 1 小時的航程」Schaefer 說。

Aurora Flight Science 則是為了解決這個問題,採取了油電混合的系統(內含 3 個百萬瓦的燃油發電機)驅動無人機-雷擊的引擎。

現在還有一個更加環保的方式,就是採用光電伏打電池(photovoltaic cells)。陽光動力 2 號( Solar Impulse 2)日前剛完成環球計畫的一小部分,成為全球第一台完全以再生能源為動力飛越大西洋的飛機。然而該飛機花費上百萬美金研發,卻只能承載一名駕駛,最高時速甚至低於一般車輛。

「太陽能發電,目前僅適用於輕型且具有長機翼的飛機。等待太陽能電池發展更為成熟,就有機會看見有著傳統飛機規格的太陽能飛機。」Langelaan表示。

令人振奮的是,所有在背後支持電動飛機發展的科技,從電池科技、太陽能到發動機,都有更加輕巧及便宜的趨勢。大型燃油飛機公司已開始正視這塊市場,波音與空客早已著手研究電動飛機,特斯拉(Telsa)電動車的執行長Elon Musk,也表示想加入競爭的意願。

如同今日的特斯拉電動車、豐田的 Prius 和日產的 Leaf,油電混合及電動機未來將會使營運成本遠低於傳統飛機。太陽能發電飛機  Sun Flyer 的製造商表示,1 小時的航程僅需 1 美金的電力,相比之下傳統輕型飛機每小時需耗費 40 塊美金的燃料。

Clarke 和 Schaefer 皆表示,要讓電動機能用於商用載客,目前的電池科技大約還要發展 10 年。「我們很期待電池科技的發展,但目前透過展示像 Maxwell 這般複雜的系統與技術,當有天它們發展成熟時,市場便能應用這些科技。」Clarke 說。

 

文章出處/ 社企流
圖片來源/ theguardian

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