1999 年 3 月，瑞士心理醫(yī)生貝特朗·皮卡爾（Bertrand Piccard）與英國(guó)飛行員布萊恩·瓊斯（Brian Jones）完成了人類歷史上首次不間斷熱氣球環(huán)球飛行。降落時(shí)，3.7 噸丙烷只剩 40 公斤，這讓貝特朗立誓：下一次環(huán)球，他要徹底擺脫燃料。這個(gè)念頭催生了一架翼展 72 米、重量只相當(dāng)于一輛小貨車的太陽(yáng)能飛機(jī)問(wèn)世，它被命名為 Solar Impulse 2。

2026 年 5 月 4 日清晨 6 時(shí) 30 分，墨西哥灣（Gulf of Mexico）的海面上，一架翼展超過(guò)波音 747，周身幾乎覆蓋著光伏電池的銀白色巨型飛機(jī)，在連續(xù)飛行了 8 天 14 分鐘后，被自主系統(tǒng)操控，完成了一次受控迫降，隨即因復(fù)合材料機(jī)身不具備浮力而沉入海底。這架飛機(jī)名為 Skydweller，屬于一家民營(yíng)航空公司。不過(guò)，它也曾是 Solar Impulse 2，一架十年前第一次用零燃料完成環(huán)球飛行的純太陽(yáng)能飛機(jī)，最終以一種悲壯的方式，為第二程畫(huà)上了帶有遺憾的句號(hào)。

圖 | 擁有銀色機(jī)身的 Skydweller（來(lái)源：Skydweller Aero）

8 天 14 分鐘的絕唱

根據(jù)飛機(jī)現(xiàn)任運(yùn)營(yíng)方 Skydweller Aero 發(fā)布的官方說(shuō)明，這架飛機(jī) 4 月 26 日清晨從美國(guó)密西西比州的斯滕尼斯國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛，參與美國(guó)海軍艦隊(duì)演習(xí) FLEX 26 任務(wù)，擔(dān)任自主海上巡邏平臺(tái)。在演習(xí)期間，飛機(jī)連續(xù)在基韋斯特附近海域執(zhí)行了 4 天以上的多源情報(bào)傳感任務(wù)，搭載的載荷包括 AN/ZPY-8 合成孔徑雷達(dá)、FLIR 380X HDc 光電/紅外成像系統(tǒng)，以及 AIS 船舶跟蹤設(shè)備。

4 月 30 日，演習(xí)結(jié)束后，飛機(jī)繼續(xù)滯空，等待一股橫掃墨西哥灣的大型冷鋒過(guò)境，它先在基韋斯特一帶盤(pán)旋，隨后轉(zhuǎn)移至古巴以南、開(kāi)曼群島以北的空域，進(jìn)行了約 1 天半的“天氣性等待”。5 月 3 日，飛機(jī)連續(xù)飛行時(shí)長(zhǎng)已突破 7 天，卻在當(dāng)晚返航斯滕尼斯機(jī)場(chǎng)的途中，遭遇了遠(yuǎn)比預(yù)報(bào)嚴(yán)重的湍流和垂直氣流，極端氣象消耗了遠(yuǎn)超預(yù)期的電能，機(jī)載儲(chǔ)備最終耗盡。

（來(lái)源：Skydweller Aero）

5 月 4 日清晨，最后的記錄顯示，自主系統(tǒng)執(zhí)行了受控水上迫降，隨后機(jī)身沉沒(méi)。機(jī)上無(wú)人，無(wú)人員傷亡。美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（National Transportation Safety Board, NTSB）的初步報(bào)告指出，飛機(jī)在墜海前出現(xiàn)動(dòng)力損失，詳細(xì)調(diào)查仍在進(jìn)行。

起點(diǎn)：一個(gè)心理醫(yī)生的執(zhí)念

Solar Impulse 的故事，要從一次熱氣球環(huán)球飛行講起。貝特朗·皮卡爾出身于瑞士著名的探險(xiǎn)家族。祖父奧古斯特·皮卡爾（Auguste Piccard）是平流層飛行的先驅(qū)，父親雅克·皮卡爾（Jacques Piccard）則曾駕駛深潛器抵達(dá)馬里亞納海溝最深處。1999 年的熱氣球壯舉完成后，貝特朗萌生了一個(gè)看似異想天開(kāi)的設(shè)想：造一架不需要任何燃料的飛機(jī)，繞地球一圈。

2003 年 11 月，貝特朗與洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）合作完成可行性研究，并正式對(duì)外宣布啟動(dòng) Solar Impulse 項(xiàng)目。EPFL 的研究主任斯特凡·卡齊卡斯（Stefan Catsicas）對(duì)此熱情高漲，他看到了這架太陽(yáng)能飛機(jī)成為“飛行實(shí)驗(yàn)室”的潛力。

不過(guò)，工程師安德烈·博爾施伯格（André Borschberg）主導(dǎo)的研究結(jié)論顯示，技術(shù)上可行，但前路艱難，當(dāng)時(shí)沒(méi)有任何航空業(yè)專家相信這能實(shí)現(xiàn)。安德烈擁有 EPFL 機(jī)械工程碩士學(xué)位和麻省理工學(xué)院（MIT）的管理學(xué)碩士學(xué)位，曾任職瑞士空軍飛行員。二人由此結(jié)成搭檔，一位負(fù)責(zé)愿景與傳播，一位負(fù)責(zé)工程與執(zhí)行，并開(kāi)啟了長(zhǎng)達(dá)十余年的合作。

圖 | 貝特朗與安德烈（來(lái)源：https://bertrandpiccard.com）

項(xiàng)目的資金最終累計(jì)達(dá)到約 1.7 億瑞士法郎（一說(shuō) 1.5 億歐元），贊助方包括歐米茄、索爾維、迅達(dá)集團(tuán)、ABB 集團(tuán)、谷歌，瑞士政府也提供了約 600 萬(wàn)瑞士法郎的支持。技術(shù)合作伙伴中，歐洲航天局（European Space Agency, ESA）和法國(guó)達(dá)索（Dassault）提供專業(yè)咨詢，光伏電池由美國(guó)太陽(yáng)動(dòng)力公司（SunPower）提供。這讓該團(tuán)隊(duì)的規(guī)模最終擴(kuò)展至 50 名工程師與約 80 家技術(shù)合作伙伴。

2009 年 12 月，原型機(jī) Solar Impulse 1 完成首飛；2010 年 7 月，它完成了一次 26 小時(shí)的飛行，其中包括近 9 小時(shí)的夜航，首次證明太陽(yáng)能飛機(jī)可以穿越黑夜。隨后，這架飛機(jī)在 2012 年完成了從瑞士到摩洛哥的洲際飛行，并于 2013 年分段飛越美國(guó)。

圖 | Solar Impulse 1 降落在布魯塞爾機(jī)場(chǎng)（來(lái)源：Wikipedia）

Solar Impulse 2：讓一架飛機(jī)實(shí)現(xiàn)所有的“不可能”

環(huán)球飛行需要更可靠、更耐久的飛機(jī)。因此，Solar Impulse 2 于 2014 年 4 月公開(kāi)亮相，2014 年 6 月完成首飛，其規(guī)格放在今天看依然驚人。

飛機(jī)翼展達(dá) 71.9 米，僅略小于空客 A380，比波音 747 還寬；全機(jī)重量?jī)H約 2.3 噸，相當(dāng)于一輛 SUV。機(jī)身和機(jī)翼采用碳纖維與蜂窩夾芯復(fù)合材料，機(jī)翼內(nèi)由 140 根碳纖維翼肋以 50 厘米間距構(gòu)成骨架；機(jī)翼、機(jī)身和水平尾翼上鋪設(shè)著 17,248 塊單晶硅光伏電池，每塊僅 135 微米厚，總面積約 269.5 平方米，峰值發(fā)電功率 66 千瓦，日發(fā)電量可達(dá)約 340 千瓦時(shí)，電池轉(zhuǎn)換效率達(dá) 23%。

儲(chǔ)能采用四組鋰聚合物電池，由韓國(guó)電池公司 Kokam 制造，單組 41 千瓦時(shí)，能量密度為 260Wh/kg，總重 633 公斤，約占飛機(jī)總重的四分之一。動(dòng)力系統(tǒng)是四臺(tái)無(wú)刷無(wú)傳感器電機(jī)，單臺(tái)峰值功率 13 千瓦（17.4 馬力），驅(qū)動(dòng)直徑 4 米的雙葉螺旋槳，轉(zhuǎn)速被減速器限制在 525 轉(zhuǎn)/分以內(nèi)，電機(jī)效率高達(dá) 94%~97%。非增壓座艙僅 3.8 立方米，飛行員可在其中獨(dú)自待上一周，最高飛行高度可達(dá) 12,000 米。

為了把每一克重量都用在刀刃上，團(tuán)隊(duì)聯(lián)手了一批先進(jìn)材料廠商：拜耳材料科學(xué)（Bayer MaterialScience）開(kāi)發(fā)了高密度隔熱泡沫用于電池保溫，索爾維研制了提升鋰電池能量密度的電解液，迪西雄（Decision）公司則制造了當(dāng)時(shí)最輕的碳纖維結(jié)構(gòu)件。博爾施伯格后來(lái)回憶，“傳統(tǒng)民用和軍用飛機(jī)制造商認(rèn)為不可能的事，被一個(gè)小團(tuán)隊(duì)的工程師做成了?！?/p>

這架飛機(jī)的飛行策略同樣精巧：白天爬升到約 8,500 米以上的高度，實(shí)現(xiàn)最大化采光、儲(chǔ)能；夜間下降到約 1,500 米的高度進(jìn)行巡航，靠電池維持 4 臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。巡航速度僅為 45~90 公里/小時(shí)，最大爬升坡度僅 5 度，也正因此，一股小小的湍流就足以讓它失去平衡。

505 天環(huán)游地球，最難的一步是睡眠

2015 年 3 月 9 日，Solar Impulse 2 從阿布扎比起飛，開(kāi)始首次太陽(yáng)能動(dòng)力的環(huán)球飛行。整段航程規(guī)劃分為 12 段，最終分 17 段飛完。向東依次經(jīng)停阿曼、印度、緬甸、中國(guó)、日本名古屋、美國(guó)夏威夷、加州硅谷、鳳凰城、塔爾薩、代頓、利哈伊谷、紐約，越大西洋抵塞維利亞，再經(jīng)開(kāi)羅，最終在 2016 年 7 月 26 日重返阿布扎比。

圖 | Solar Impulse 2 的航線（來(lái)源：Wikipedia）

整趟旅程歷時(shí)約 16 個(gè)半月（505 天），總飛行距離約 42,000~43,000 公里，累計(jì)飛行時(shí)間約 500 小時(shí)，全程未消耗一滴燃料。兩位飛行員輪流執(zhí)飛：為了減輕重量，座艙只能容下一人。

其中最亮眼的章節(jié)或許是安德烈獨(dú)自駕駛 Solar Impulse 2，從日本名古屋飛越太平洋抵達(dá)夏威夷，連續(xù)飛行 117 小時(shí) 52 分鐘，跨越 8,924 公里。在國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)（FAI）的認(rèn)證中，這一成績(jī)打破了史蒂夫·福塞特（Steve Fossett）此前保持的單人不間斷飛行世界紀(jì)錄，并被吉尼斯世界紀(jì)錄收錄。在漫長(zhǎng)的獨(dú)自飛行中，安德烈的睡眠被切分為一天 10 次、每次 20 分鐘，只能用瑜伽和冥想保持清醒。

（來(lái)源：https://www.andreborschberg.ch）

但這一段經(jīng)歷也幾乎讓項(xiàng)目終結(jié)。降落夏威夷后的技術(shù)檢查發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)電池為應(yīng)對(duì)高空低溫，配置了厚厚的高密度泡沫隔熱層，這反而使其在高強(qiáng)度持續(xù)放電下散熱不暢，出現(xiàn)了不可逆的損傷。Solar Impulse 2 在機(jī)場(chǎng)停飛近 10 個(gè)月，團(tuán)隊(duì)為其增加了電池冷卻系統(tǒng)，環(huán)球飛行直到 2016 年 4 月才得以恢復(fù)。

抵達(dá)阿布扎比那一刻，時(shí)任聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)潘基文通過(guò)通訊向貝特朗致敬：“這是歷史性的一天，不僅屬于貝特朗船長(zhǎng)和 Solar Impulse 團(tuán)隊(duì)，也屬于全人類?！表?xiàng)目從立項(xiàng)到完成，整整 13 年。貝特朗此后多次強(qiáng)調(diào)，他們并不想革新航空業(yè)，只是想“在人心中掀起一場(chǎng)革命”，證明清潔技術(shù)真正可行。

轉(zhuǎn)手與轉(zhuǎn)向：從清潔能源旗幟到自主長(zhǎng)航時(shí)平臺(tái)

環(huán)球飛行的慶功結(jié)束后不久，Solar Impulse 團(tuán)隊(duì)曾設(shè)想過(guò)以這項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)平流層無(wú)人機(jī)，與彼時(shí)谷歌、臉書(shū)（Facebook）的類似項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)。但最終走出來(lái)的，是另一條道路。

2017 年，一家名為 Skydweller Aero 的初創(chuàng)公司成立。兩年后，Solar Impulse SA 以未披露的金額將這架飛機(jī)連同相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)一并出售給了 Skydweller。Skydweller 總部設(shè)在美國(guó)俄克拉荷馬城，在馬德里和西班牙阿爾巴塞特設(shè)有工程與試飛設(shè)施，目標(biāo)是把這架原本由人駕駛的太陽(yáng)能飛機(jī)改造為可以連續(xù)飛行 30~90 天的自主無(wú)人平臺(tái)，像“偽衛(wèi)星”一樣長(zhǎng)期滯空，面向海上情報(bào)監(jiān)視偵察（ISR）、電信中繼、通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)等市場(chǎng)，填補(bǔ)衛(wèi)星持續(xù)覆蓋能力不足與傳統(tǒng)飛機(jī)續(xù)航有限之間的空白。

把一架本來(lái)由機(jī)械操縱的有人機(jī)改成全自主無(wú)人機(jī)，技術(shù)上的核心挑戰(zhàn)是可靠性：一次 30 天的飛行就要求飛機(jī) 99% 可靠，這意味著，每一個(gè)可能失效的關(guān)鍵部件都需要三重甚至四重冗余。Skydweller 的工程師在俄克拉荷馬城專門(mén)搭建了一個(gè)系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)室，用與真機(jī)相同的航電、飛控計(jì)算機(jī)以及舵機(jī)測(cè)試架，在地面上反復(fù)模擬各類失效場(chǎng)景下的備份切換。

公開(kāi)記錄顯示，收購(gòu)?fù)瓿珊螅?020 年 11 月，飛機(jī)首次以“Skydweller”的名義開(kāi)始飛行，這個(gè)版本的太陽(yáng)能飛機(jī)加裝了電傳操縱系統(tǒng)，由飛行員陪同，但人類全程不觸碰操縱桿。2021 年 4 月，其完成了“可選有人駕駛”飛行，由地面操作員遙控飛機(jī)；2023 年初，飛機(jī)完成首次自主飛行，符合西班牙民用航空局（AESA）的安全等級(jí)要求。

圖 | Skydweller 在飛行中（來(lái)源：Skydweller Aero）

2024 年，試飛主基地遷往密西西比州斯滕尼斯國(guó)際機(jī)場(chǎng)，并在此完成全球首次太陽(yáng)能飛機(jī)完全無(wú)人自主飛行；2025 年 7 月，美國(guó)海軍公布與 Skydweller 合作完成的 73 小時(shí)連續(xù)無(wú)人飛行，載荷驗(yàn)證了海上情報(bào)監(jiān)視偵察能力；直到 2026 年 4 月，飛機(jī)參與海軍 FLEX 26 演習(xí)，完成 8 天 14 分鐘的自主飛行后受控迫降。

技術(shù)層面，Skydweller 宣稱其飛行器管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了四重冗余和自愈算法：某個(gè)失效的冗余通道可以在飛行中被自動(dòng)關(guān)閉、修復(fù)并重新接入，使整機(jī)維持四重冗余。首席執(zhí)行官羅伯特·米勒（Robert Miller）把自己的飛機(jī)定位為“地理平面”：與空客旗下的 Zephyr 這類工作在 2 萬(wàn)米以上的薄壁飛行器不同，Skydweller 選擇在傳統(tǒng)監(jiān)視機(jī)的中等高度運(yùn)行，依靠機(jī)身強(qiáng)度和任務(wù)規(guī)劃應(yīng)對(duì)天氣。

不過(guò)，太陽(yáng)能長(zhǎng)航時(shí)飛行始終是個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)方向，此前的成功案例寥寥無(wú)幾。航空環(huán)境公司（AeroVironment）的 Helios 原型機(jī) 2003 年在太平洋上空因湍流解體；空客的 Zephyr 在 2022 年 8 月也曾在亞利桑那（Arizona）上空遭遇強(qiáng)風(fēng)后破碎墜毀。Skydweller 此前一直保持著零事故記錄，直到 2026 年 5 月墜入海底。

技術(shù)之憾：一道二十年未填平的裂縫

在墜機(jī)報(bào)告中，Skydweller 強(qiáng)調(diào)，飛機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了 8 天的自主任務(wù)，沒(méi)有出現(xiàn)故障，最終迫降是在持續(xù)極端氣象耗盡能量后“有控制的結(jié)束”。對(duì)于一架號(hào)稱追求“永久滯空”的實(shí)驗(yàn)機(jī)來(lái)說(shuō)，這暴露了太陽(yáng)能長(zhǎng)航時(shí)飛行中最根本、也最難解決的問(wèn)題：能量裕度太薄。太陽(yáng)能飛機(jī)運(yùn)行的全部邏輯系于一個(gè)等式：白天采集的太陽(yáng)能，必須大于“白天飛行所耗加上足以撐過(guò)整夜的電量”。

這個(gè)等式在晴朗平穩(wěn)的大氣里成立，但安全余量極小。一旦遭遇遠(yuǎn)超預(yù)報(bào)的湍流和垂直氣流，飛機(jī)被迫額外耗電維持姿態(tài)，就會(huì)提前用盡留給夜晚的電能。二十多年過(guò)去，如何讓太陽(yáng)能飛機(jī)在不理想的天氣里維持能量平衡，工程上依然沒(méi)有可靠答案。

此外，讓 Solar Impulse 2 飛起來(lái)的設(shè)計(jì)，恰恰也讓它變得更脆弱。72 米翼展的飛機(jī)，總重只有 2.3 噸，翼載荷接近滑翔機(jī)量級(jí)。對(duì)比與其大小接近的波音 747，后者空機(jī)就重達(dá)約 180 噸，滿載時(shí)接近 400 噸，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)就有四五噸重。常規(guī)飛機(jī)遇到亂流可以加大推力穿過(guò)去，Solar Impulse 2 卻缺乏抵擋惡劣天氣的多余動(dòng)力和結(jié)構(gòu)余量。

Solar Impulse 2 是當(dāng)時(shí)世界上唯一一架用數(shù)千飛行小時(shí)真正驗(yàn)證過(guò)“全尺寸、多晝夜連續(xù)能量平衡”的機(jī)體，是一個(gè)無(wú)法復(fù)制的試驗(yàn)臺(tái)。墜海意味著十年積累的飛行數(shù)據(jù)連續(xù)性就此中斷，后續(xù)機(jī)型的關(guān)鍵驗(yàn)證只能在新機(jī)上從頭再來(lái)。加之碳纖維機(jī)身沒(méi)有浮力，落水即沉，記錄設(shè)備與物理殘骸一并沉入海底，事故調(diào)查也變得更加困難。

究竟是能量模型算錯(cuò)了，還是自主系統(tǒng)判斷錯(cuò)了？美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)只確認(rèn)動(dòng)力損失是直接原因，自主決策棧、能量管理軟件、還是太陽(yáng)能到電池的平衡，到底哪一環(huán)先失效，仍未厘清。

回望 2015 年，安德烈駕駛這架飛機(jī)跨越太平洋時(shí)，他是靠實(shí)時(shí)手動(dòng)管理過(guò)熱電池、憑經(jīng)驗(yàn)決定何時(shí)爬升儲(chǔ)能，才讓飛機(jī)平穩(wěn)通過(guò)最危險(xiǎn)的航段。無(wú)人化之后，這些原本由人類飛行員作出的判斷全部移交自主系統(tǒng)。天氣突變時(shí)，系統(tǒng)是否會(huì)像一個(gè)身經(jīng)百戰(zhàn)的人類飛行員那樣，更早改航、更早爬升、甚至放棄任務(wù)先保住飛機(jī)？我們不得而知。

未完成的歸途

按照 2019 年的出售協(xié)議，Solar Impulse 2 在完成研發(fā)任務(wù)后本應(yīng)返回瑞士，永久陳列于盧塞恩的瑞士交通博物館。墜海讓這一計(jì)劃永遠(yuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。貝特朗與安德烈在事故后無(wú)不惋惜地表示：“Solar Impulse 團(tuán)隊(duì)對(duì)這架重要技術(shù)旗艦的損失感到悲傷?！?/p>

從一個(gè)心理醫(yī)生的環(huán)球夢(mèng)想，到工程師們用十多年時(shí)間打磨出的飛行實(shí)驗(yàn)室，再到被改造為四重冗余的自主長(zhǎng)航時(shí)平臺(tái)，Solar Impulse 2 的技術(shù)血脈從未更改。經(jīng)過(guò)它驗(yàn)證成立的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、能量管理、飛行策略與單機(jī)長(zhǎng)航時(shí)能力，正是無(wú)人持久飛行中最為關(guān)鍵的幾塊基石。

然而，一架誕生于永久中立國(guó)瑞士、最初為推廣清潔能源而生的飛機(jī)，最終在為美軍執(zhí)行海上巡邏演習(xí)的歸途中沉入墨西哥灣海域，這是個(gè)聽(tīng)起來(lái)有些黑色幽默的故事。從“前世”帶有理想主義色彩的遠(yuǎn)征，到“今生”的實(shí)用至死，Solar Impulse 2 最終做到的，已經(jīng)遠(yuǎn)超人們一開(kāi)始在它身上寄托的想象。

最后一次飛行的 8 天 14 分鐘，作為一次 FAI 尚未審定的連續(xù)自主太陽(yáng)能飛行紀(jì)錄，仍將被 Skydweller 記入檔案。但對(duì)許多一直關(guān)注它的人來(lái)說(shuō)，更難忘的或許仍是 2016 年 7 月 26 日的那個(gè)清晨：在阿布扎比的阿爾拜汀執(zhí)行機(jī)場(chǎng)，風(fēng)笛與鼓聲中，一架不耗一滴燃料的飛機(jī)，完好無(wú)損地降落在自己出發(fā)時(shí)碾過(guò)的跑道上。

參考資料：

https://www.skydweller.aero/news/skydweller-aeros-historic-achievement-and-the-aircraft-loss-that-followed/

https://www.swissinfo.ch/eng/culture/solar-impulse-aircraft-destroyed-in-gulf-of-mexico-crash/91386074

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Impulse

排版：劉雅坤

注：封面/首圖由 AI 輔助生成