原文提要：太阳能高空飞行平台将在高空中持续停留一年。它的动力由钐电池供应，它依靠重量轻的木材——复合结构并回溯到莱特兄弟时代的空气动力学设计

65，000呎的高空，水平距离260哩，传感器悬挂在缓慢移动的飞机的正下方扫描着超过20万平方哩的大地。无人驾驶飞机继续犁碎了稀薄的同温层空气——如同它365天天天从不停地飞行那样。

来自落日的阳光渗透至覆盖着太阳能电池组的狭长的机翼上，最后一点的能量流入燃料电池贮存起来以便用于空中最后一晚的飞行，余下要做的就是摇晃着降下53呎的锥形翼尖——白天靠垂直的，夜晚则靠水平方向的——开始慢慢地降落了。

长达一年之久的飞行任务在破晓时分结束了。

这一方案至少已有七年之久，在加利福尼亚逊尼凡的洛克希德导弹和空间公司的具有丰富想象力的工程师心中考虑再三。现在，断断续续、长达十年之久的努力设计旨在解决太阳能飞机在耐航、尺寸、重量、结构以及长期飞行中的能量贮存问题以后，他们正从倡议者——也许是美国政府那儿谋求进展——建造一艘创纪录的飞机。现已获准于1987年建造。

在洛克希德逊尼凡工厂中，我见到了飞机的设计草图——一架令人吃惊的被称作太阳能高空飞行平台的航空器（HAPP）[科学新闻83.2]，该飞行器按照设计要求将保持在地球上空12哩。迄今为止这还仅仅是纸上谈兵。但我还是被这艘飞船的大小和外形大吃一惊——它有一对展开长为322呎的机翼，比波音747的1.5倍还多。航空工程师斯坦霍尔在墙上打印出一个五呎的蓝图，然后指着显示在机翼下的一个微小人形。“那个小家伙就是我，”他大笑着说：“从地面至机翼有19呎。”

“这是一架巨大的飞机，”斯坦霍尔说道：“但是它的重量不到2000磅，大约与一艘‘大猎狐’飞机相仿。”

这种长期飞行的飞机有一些神奇的特点。它超越了传统的动力飞机迟早要耗尽燃料——停止飞行。

“但是太阳能取之不尽，”方案的主持者戴维霍尔（与斯坦霍尔无关）说道。“假若我们能贮存并利用它来开动电机，我们就能使飞机长期飞行。”但干起来不如说的那么容易。

太阳能飞机的历史

1974年戴维霍尔与他的同事们对他们的太阳能飞机进行了首次试航，其时他们参与宇宙飞行的公司为国防尖端研究规划署试验了二架实验性的航天器。“日出Ⅰ”和“日出Ⅱ”的小飞机完成了52次飞行，证明在白天，太阳能飞机是可以飞行的。“但是它们不能坚持至夜晚，”霍尔说道：“它们没有贮存（能量）的本领。”

政府专款在1976年后停止了，但是洛克希德公司继续保持着缓慢的势头，对持续飞行的太阳能飞机慢慢地进行基本设计。

“在70年代后期，我们还没有一个答复，”戴维霍尔告诉我，“我们正在寻找使每一件东西进入空间的第一个线索。”

结构和重量方向的一些问题由航空学的先锋保罗 · 麦克克里迪解决了，他在1977年至1981年间建造并飞行了一系列的人力飞机和太阳能飞机，70磅的克什默神鹰号（78.1）有一对94呎长的机翼覆盖着仅仅0.004吋厚的聚酯塑料片，材料单包括轻质木材，聚苯乙烯泡沫材料和波纹纸板。但飞机是如此脆弱，以至一阵强风就可以把它分解。

克什默信天翁号（78.10）有一对由碳素纤维管组成的机翼，从飞行的标准来衡量它是脆弱的。但是由布赖恩 · 艾伦脚踏着它，其牢固度足以迎着狂风恶浪横渡英吉利海峡。

麦克克里迪于1980年回到太阳挑战者号中（81.7）。“我们的基本观点是使人们认识到太阳能电池将作为我们今后飞行中的重要部分，”在一次拜访他的伙伴时，麦克克里迪告诉我。即使如此，太阳挑战者创造了太阳能飞行纪录。在控制中使用了120磅的斯蒂夫发射器，它在14500呎的高空越过了英吉利海峡。

麦克克里迪已证实了他的观点。太阳挑战者号适宜地面飞行。而洛克希德的戴维霍尔设计小组单独设计开拓了太阳能飞机的领域。美国宇航局立即作出了一种新的考虑，洛克希德立即得到一份合同调查太阳能飞机作为一种方式来监视太平洋鲸的迁徙情况。而后美国农业部门签约短期雇用，改变了飞行任务来监视在菲尼克斯——图森——墓石，亚利桑那三角形地区的谷物和土壤条件。太阳能高空飞行平台诞生了。

“这项工作不是容易的。我们必需要知道如何在航天飞机上收集贮存并且再次发电的细节，”戴维尔解释说。“我们一定要懂得空气动力学，我们需要尽可能轻的结构。”

能源系列难题

最大的挑战是能源系列，包括太阳能的收集、贮存和电机推进系统三方面。最初，戴维霍尔说道，他的同事试图从每一个系统中取得最大的效益。但是他们找不到符合严格的重量界限的分界线。然而他想到了解决这一问题的办法。

“我们考虑了把三个动力系统结合起来的功效，”他告诉我：“我们发现可以允许其中个别系统的重量上升，如果这样做能增加总的功。”

在短期内培养能源进入太空。四节排列在一起的太阳能电池把阳光转变成电能，供给一个15马力的钐——钴电机。该电机刚好驱动一40呎具有大的纵横比的推进器以150哩/小时的速度旋转——足够保持飞机平均60哩/小时的巡航速度。

太阳能电池在白天产生的电的剩余部分被引入燃料电池，在那儿将水分解成气态的氢和氧。太阳落下后，这一过程颠倒了，燃料电池把贮存的气体重新合成产生水和电。

“冬至，我们把能源系列到大得足以在大多数关键时刻工作/戴维霍尔说道。那天，太阳能高空飞行平台HAPP仅得到8小时的阳光，贮存的能量将飞行16小时。

随着能源系列的问题的安排，洛克希德的研究人员进入了结构设计。斯坦霍尔从未为霍华德 · 休斯工作过，但他的太阳能高空飞行平台的设计可能会重新命名为白桦小鸟。

除去一对161呎长的由伸缩性的碳素纤维管组成的正方形翼梁和石墨环氧尾翼支架，飞机的支承结构大多数是木材，机翼的前缘是0.016吋厚的白桦层压板。飞机机首的骨架是由1/4吋的云杉支撑着高强度的泡沫塑料。机翼的后缘与骨架一样也是白桦木。扰流器、升降舵和垂直稳定器也是采用白桦和云杉的合成材料，用织物覆盖着的机身座舱也是如此。

“木材是轻的，利用率最高的材料。”斯坦霍尔说道。“它牢固，便宜而且使用方便，碳素纤维是好的，但对这项工作说来不是最好的材料。”

机翼的铰接与复合推进器

机翼的主要部分覆盖着很轻的聚酯织物，不渗透紫外线——由10.5呎的翼弦组成，长107.5呎。最后的53.5呎锥形部分几乎只有6呎宽，上面覆盖着太阳能电池。该零件是用铰链联接的。白天飞行时，这一部件将向上摆动90°的角度，最大限度地暴露出光生伏打电池。在夜晚，该部件将慢慢地降低飞行高度。飞得低意味着从飞机的贮存系统中消耗较少的能量。

如何用一个40呎的推进器发射一艘大小约2000磅的太阳能高空飞行平台？“十分小心，”戴维霍尔说。发射将在黎明时分，当风最最小的时候，从充电的燃料电池中吸收电，为了推动太阳能高空飞行平台（HAPP），洛克希德的工程师们在一个独立的驱动轴上增加了一个小型的二次推进器。当较小的一个推动飞行器升至50呎高时，这一主要的推进器将固定在水平方向上。

在飞行任务完成后，小的推进器将固定在主要操纵轴上。那时它的作用是帮助主要推进器减轻重量——类似于直升飞机的叶片。

“它每分钟可以爬升800呎，”戴维霍尔告诉我，日出时它就停留在站上。”

太阳能飞机在漫长的飞行期间内需要进行长久的认真的监视吗？保罗 · 麦克克里迪不这么认为。

“太阳能飞机类似飞船，”他告诉我。“你经常可以用它来做一些工作，但是其他不少工作则不能胜任。”

麦克克里迪的反提案，利用小型汽油发动机的轻型长期无人驾驶飞机。他认为借助于几艘无人驾驶的飞机轮流在高空进行六周的昼夜监视是可能的。

“在飞行中，你几乎可以做任何工作，”他说道：“但你常常会发现这些东西被复杂化特殊化了，以至不值得做。”戴维霍尔在太阳能动力方面下赌。“总方案将被燃料和维修费用所支配，”他说道。“轮流开动飞机来保持航行不中断并不是最省钱的方案。”

为论证他的观点，霍尔将建造太阳能高空飞行平台HAPP，并进行一次试飞。（估计成本约一百万 ~ 五百万美元）。但是他首先要有一个主顾。美国宇航局和农业部可能第一个同意谈判，但是霍尔也与其他的代理商进行谈判。另外的任务包括沿海及边缘地区的巡视，森林火灾和虫害的监视；以及作为通讯中继站。“主要的问题是每个人都不想作首次飞行，只想甘居第二尸他微笑着说。'他们告诉我先让飞机飞第一次，然后他们就买下第二架。”一旦我们首航成功，那将会有更多的飞行机会。

[Popular Science，1985年10月]