《科技新时代》2010航空航天类最佳科技成果

　　“太阳动力HB-SIA”飞机

　　清洁飞行先驱

“太阳动力HB-SIA”飞机

　　2010年7月，人类飞行进入了零排放时代――瑞士飞行员Andre Borschberg驾驶着完全由太阳能和电池驱动的“太阳动力HB-SIA”飞机，飞行了26小时9分钟零10秒，返航前的最高飞行高度达到了8700米。这是人类历史上首次依靠白天收集的能量完成昼夜飞行(关于Borschberg的更多故事，请翻到N页)。“太阳动力HB-SIA”飞机主要采用碳纤维制造，重约1600千克，与一辆中型轿车相当。飞机的翼展长63.4米，在机翼和水平尾翼上覆盖着总共11628块太阳能电池。它们能够为飞机上的电子设备和4台7.5千瓦的电动机供电，同时将电能储存在锂聚合物电池组中。在天黑前的两小时左右，由于太阳光过于微弱而无法利用，锂聚合物电池组将接替太阳能电池的工作。与Borschberg一起在2003年成立“太阳动力”公司的耐力气球飞行员Bertrand Piccard表示，他希望HB-SIA的继任者HB-SIB能在2013年之前完成由太阳能驱动的环球飞行。solarimpulse.com

　　2010航空航天大类获得者

　　MASTEN SPACE SYSTEMS公司，XOMBIE

　　自由入太空

MASTEN SPACE SYSTEMS公司，XOMBIE

　　2010年5月，垂直起降(VTVL)航天飞机取得了重要进展。位于美国加利福尼亚州莫哈韦沙漠的Masten Space Systems公司制造了一架名为Xombie的演示飞机。在同类飞机中，它首次实现了在飞行中关闭发动机、重启并着陆的过程。这家公司的最终目标是打造能在一天之内数次往返于地球与太空之间的无人驾驶垂直起降火箭，并在往返过程中进行零重力试验。挑战在于，整个过程中的燃料消耗需相当谨慎，使火箭能够成功着陆。因此，Xombie的成功至关重要。masten-space.com

　　Masten公司的垂直起降火箭能在一天之内6次往返于地球与太空之间。

　　欧洲航天局，CRYOSAT-2

　　最清晰的冰雪世界

　　2010年4月，欧洲航天局发射了CryoSat-2卫星。这颗卫星的成功发射让科学家能够获得前所未有的极地冰盖数据，并以1.27厘米的精度追踪冰层厚度的变化――这是监控气候变化的重要信息。CryoSat-2是欧洲航天局的第二次努力，第一颗卫星CryoSat在2005年毁于火箭故障。与CryoSat相比，CryoSat-2更先进，研究人员为其更新了软件并为双天线干涉雷达测距仪(测量浮冰与水面之间的高度差)配备了容量更大的电池。www.esa.int/cryosat

　　阿塔卡玛大型毫米波阵列

　　最强望远镜

阿塔卡玛大型毫米波阵列

　　阿塔卡玛大型毫米波阵列(ALMA)位于智利境内的安第斯山脉，是地球上最强大的射电望远镜阵列，其中3架天线已在今年早些时候投入使用。到2013年，工程师将安装至少60多架直径为12米、重100吨的碟形天线(外加4个小型天线)。安装完成后，它们将共同捕获能够穿过星际尘埃云的窄谱辐射，让科学家能够观测到恒星形成过程中的引力坍缩，以及100亿年前发射的、来自遥远宇宙的红移辐射。almaobservatory.org

　　阿塔卡玛大型毫米波阵列的海拔高度为5029米，是地球上最高的天文台。

　　空中客车公司A400M军用运输机

　　最多才多艺的运输机

空中客车公司A400M军用运输机

　　在经过了两年的延期和70亿美元的预算超支之后，空中客车A400M军用运输机姗姗来迟，终于在2009年底进行了首次试飞。它是按照多任务的要求设计的：能拖运两架攻击性直升机或116名士兵，同时保持足够的机动性，能快速灵活地进出前线。飞机采用了涡轮螺旋桨发动机而不是喷气式发动机，这是因为喷气式发动机容易吸入野战机场上的碎石。碳复合材料机翼减轻了A400M的重量(具体参数是商业机密)，再配合强化的轮胎和能抵抗碎石的涡轮螺旋桨发动机，它甚至能从满是泥土和碎石的跑道起降。A400M能够承载36吨货物，几乎是洛克希德?马丁公司生产的“C-130J超级大力神”运输机的两倍。a400m.com

　　空中客车宣布，从2012年开始，单架售价为1.4亿美元的A400M军用运输机将开始发货。

　　SPACEX公司，“猎鹰9号”

　　私人火箭进太空

SPACEX公司，“猎鹰9号”

　　2011年，在美国航空航天局的航天飞机退役后，美国政府将货物运到国际空间站的惟一选择是搭私人航空公司的“便车”。从目前的情况来看，这种选择相当靠谱。今年6月，SpaceX公司的“猎鹰9号”火箭完成了它的太空处女飞行。它高55米，使用煤油-液氧燃料，能将6吨货物或者7名航天员送到地球轨道。SpaceX公司的工程师几乎是从零开始设计“猎鹰9号”的每一个部件，降低了它的发射成本――将货物送往太空的单次运费为1.33亿美元，而航天飞机的运费为4.5亿美元。SpaceX公司计划从明年起，开始将货物送往国际太空站。spacex.com

　　欧洲宇航防务集团，TANDEM-X卫星

　　描绘3D世界

　　目前，通过卫星得到的地球表面地图是将来自多种方式、不完全协调的数据拼接到一起得到的，未覆盖到的区域难免留下空白，同时损失大量细节。通过与另一颗卫星的协同工作， TanDEM-X卫星能够绘制第一张包含海拔高度的完整的地球表面3D数字地图。它由欧洲宇航防务集团的子公司Astrium为德国航天项目制造，于今年6月进入轨道，与在2007年进入太空的TerraSAR-X卫星协同工作。欧洲宇航防务集团的另一家子公司将于2012年批准3D数字地图出售。astrium.eads.net

　　洛克达因公司/波音公司，X-51A“乘波者”

　　速度最快的“耐力选手”

SPACEX公司，“猎鹰9号”

　　今年5月，一架B-52轰炸机在太平洋上空15千米处空投了X-51A“乘波者”无人机。“乘波者”以5倍音速飞行了3分多钟，打破了超音速冲压喷气发动机的耐力纪录。在此前的50年中，工程师从未能让冲压喷气发动机(一种通过强烈压缩空气而达到火箭速度的发动机)的工作时间超过12秒。支持燃烧的空气以超音速通过发动机，因此如何让空气发挥助燃的作用便成为一个挑战。“乘波者”能打破纪录，要归功于一种全新的发动机结构和精确的燃料喷射技术。这个项目由美国空军和美国国防部高级研究计划局联合资助，是开发先进的巡航导弹和减少太空运输成本的重要环节。pwrhypersonics.com

　　X-51A“乘波者”发动机的工作时间几乎是之前同类发动机的20倍。

　　Piasecki飞机公司/卡内基?梅隆大学，自治直升机

　　我聪明，我自主

　　以往的无人驾驶直升机(如波音公司的A160“蜂鸟”)都只能在无障碍、预先绘制了地图的环境中工作。今年6月，Piasecki飞机公司和卡内基?梅隆大学机器人学院的工程师们打破了这一障碍――他们给一架A/MH-6“小鸟”直升机装备了自动引导系统，并在一个不熟悉的环境里对它进行了测试。这架直升机能够在飞行过程中绘制环境地图，识别电线和人这样的障碍物，在杂乱的地形中选择合适的着陆地点，以及安全着陆――完成这些任务无需人来引导。GPS设备、惯性传感器和激光扫描仪能够收集环境的信息，机载软件会根据这些信息绘制环境的三维地图。未来这种技术最可能的应用是协助救护直升机飞行员的工作。www.ri.cmu.edu

　　波音X-37B

　　神秘亮相

Piasecki飞机公司/卡内基?梅隆大学，自治直升机

　　今年4月，美国首架能够重复使用的无人驾驶航天飞机X-37B首次飞往地球轨道，为美国航空航天局和国防部十几年的努力画上了圆满句号。X-37B的外形看上去像是缩小版的航天飞机，惟一不同的是它返回地球时进入大气层的方式――在结束任务后，它将滑翔返回地球并在加利福尼亚州着陆。它将执行哪些任务？很抱歉，目前这还属于军事机密。这种小型无人驾驶航天飞机有许多明显的优势：它个头小，不需要搭载航天员，发射成本低、过程简单。它能够重复利用，将卫星装在载荷舱内送往地球轨道。在发射后不久，业余航天爱好者就发现X-37B进入了观测卫星的轨道。boeing.com

　　我飞故我在

　　如何驾驶一架太阳能飞机穿梭于夜空？

Piasecki飞机公司/卡内基?梅隆大学，自治直升机

　　POPSCI人物 ANDRE BORSCHBERG

　　1952年，第一架商用喷气式客机投入使用。Andre Borschberg在这一年出生在瑞士苏黎世。从小，他就开始寻找天空的边界，渴望“三维世界的自由”。他被父亲在“二战”期间的侦察飞行经历所深深吸引，对作家Antoine de Saint-Exupery的小说《夜间飞行》中的情节如数家珍。15岁那年，他参加了瑞士空军一个针对年轻人的项目，开始学习飞行。

　　随着年龄的增长，他的兴趣发生了转变。他在美国麻省理工学院取得了MBA学位，并成立了一系列公司。他有时会回到家乡，继续接受瑞士空军的飞行训练，取得了“毒液”喷气式飞机、有后掠翼的“猎鹰者”飞机直至诺斯罗普?格鲁门公司制造的“虎 F-5”超音速战斗机的驾驶资格。51岁时，Borschberg已经拥有了3家公司，并取得了至少30种飞机的驾驶资格。随着年龄的增长，他对商业和飞行这两件事的热情有增无减，并开始有了将二者合二为一的模糊想法。

　　2003年，瑞士联邦理工学院建议Borschberg研究“驾驶太阳能飞机环绕地球”的计划。这个想法来自Bertrand Piccard，他来自一个富有传奇色彩的家族――他的祖父Auguste发明了深海潜水器，而他的父亲Jacques则成功潜入了马里亚纳海沟(《星际迷航》中一位船长的名字就是从这个家族获得灵感的)。

　　Borschberg认真考虑了这项建议，认为它兼具航空前辈的浪漫主义精神和创业者的创新性，是“一个聪明绝顶的想法”。尽管如此，他还是过了一段时间才答复。“作为飞行员的我立即说‘好’，”Borschberg笑着说，“但是作为生意人，我需要考虑一段时间。”在研究结束之后，他以CEO的身份与Piccard一起启动了“太阳动力”项目。2009年6月，经过6年的发展，他们揭开了HB-SIA的神秘面纱。这是人类历史上第一架具备昼夜飞行能力的太阳能飞机――这个能力是环球飞行所必需的。“这项工作把我过去25年中所学到的一切都用上了，包括工程学知识、商业知识和飞行知识。”Borschberg说。

　　一年之后，Borschberg穿上了能保护自己免受零度以下低温伤害的特殊飞行服，开始了自己的开创性飞行――空中26小时，全新的纪录。由于iPod的电池被冻住，预先选择的音乐无法播放，陪伴他的只有天空中的声音。Borschberg身高1.9米，座位上的空间对他来说显得很局促，但是美丽的景致让他忘记了所有不适。“真是太美妙了，”他说，“落日、月亮、星辰，它们都陪着你一起飞行。”缓慢而笔直地前行，看着“夜幕的黑色从比尔湖的湖面上反射回来”，他进入了一种“自觉飞行”状态――完全依靠感官来判断飞行环境，这在复杂的现代飞行技术条件下几乎是不可能的。“我们正在探索一种全新的飞行方式。”Borschberg说，“其中的快乐令人难以置信。”

　　Borschberg驾驶着他的太阳能飞机，在天空中飞行了26个小时。