傳奇太陽能飛機墜海：翼展超波音747，環球飛行不耗一滴油

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

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

圖 | 擁有銀色機身的 Skydweller（來源：Skydweller Aero）

8 天 14 分鐘的絕唱

根據飛機現任運營方 Skydweller Aero 發布的官方說明，這架飛機 4 月 26 日清晨從美國密西西比州的斯滕尼斯國際機場起飛，參與美國海軍艦隊演習 FLEX 26 任務，擔任自主海上巡邏平臺。在演習期間，飛機連續在基韋斯特附近海域執行了 4 天以上的多源情報傳感任務，搭載的載荷包括 AN/ZPY-8 合成孔徑雷達、FLIR 380X HDc 光電/紅外成像系統，以及 AIS 船舶跟蹤設備。

4 月 30 日，演習結束后，飛機繼續滯空，等待一股橫掃墨西哥灣的大型冷鋒過境，它先在基韋斯特一帶盤旋，隨后轉移至古巴以南、開曼群島以北的空域，進行了約 1 天半的“天氣性等待”。5 月 3 日，飛機連續飛行時長已突破 7 天，卻在當晚返航斯滕尼斯機場的途中，遭遇了遠比預報嚴重的湍流和垂直氣流，極端氣象消耗了遠超預期的電能，機載儲備最終耗盡。

（來源：Skydweller Aero）

5 月 4 日清晨，最后的記錄顯示，自主系統執行了受控水上迫降，隨后機身沉沒。機上無人，無人員傷亡。美國國家運輸安全委員會（National Transportation Safety Board, NTSB）的初步報告指出，飛機在墜海前出現動力損失，詳細調查仍在進行。

起點：一個心理醫生的執念

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

2003 年 11 月，貝特朗與洛桑聯邦理工學院（EPFL）合作完成可行性研究，并正式對外宣布啟動 Solar Impulse 項目。EPFL 的研究主任斯特凡·卡齊卡斯（Stefan Catsicas）對此熱情高漲，他看到了這架太陽能飛機成為“飛行實驗室”的潛力。

不過，工程師安德烈·博爾施伯格（André Borschberg）主導的研究結論顯示，技術上可行，但前路艱難，當時沒有任何航空業專家相信這能實現。安德烈擁有 EPFL 機械工程碩士學位和麻省理工學院（MIT）的管理學碩士學位，曾任職瑞士空軍飛行員。二人由此結成搭檔，一位負責愿景與傳播，一位負責工程與執行，并開啟了長達十余年的合作。

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

項目的資金最終累計達到約 1.7 億瑞士法郎（一說 1.5 億歐元），贊助方包括歐米茄、索爾維、迅達集團、ABB 集團、谷歌，瑞士政府也提供了約 600 萬瑞士法郎的支持。技術合作伙伴中，歐洲航天局（European Space Agency, ESA）和法國達索（Dassault）提供專業咨詢，光伏電池由美國太陽動力公司（SunPower）提供。這讓該團隊的規模最終擴展至 50 名工程師與約 80 家技術合作伙伴。

2009 年 12 月，原型機 Solar Impulse 1 完成首飛；2010 年 7 月，它完成了一次 26 小時的飛行，其中包括近 9 小時的夜航，首次證明太陽能飛機可以穿越黑夜。隨后，這架飛機在 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。

圖 | Solar Impulse 1 降落在布魯塞爾機場（來源：Wikipedia）

Solar Impulse 2：讓一架飛機實現所有的“不可能”

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

飛機翼展達 71.9 米，僅略小于空客 A380，比波音 747 還寬；全機重量僅約 2.3 噸，相當于一輛 SUV。機身和機翼采用碳纖維與蜂窩夾芯復合材料，機翼內由 140 根碳纖維翼肋以 50 厘米間距構成骨架；機翼、機身和水平尾翼上鋪設著 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，峰值發電功率 66 千瓦，日發電量可達約 340 千瓦時，電池轉換效率達 23%。

儲能采用四組鋰聚合物電池，由韓國電池公司 Kokam 制造，單組 41 千瓦時，能量密度為 260Wh/kg，總重 633 公斤，約占飛機總重的四分之一。動力系統是四臺無刷無傳感器電機，單臺峰值功率 13 千瓦（17.4 馬力），驅動直徑 4 米的雙葉螺旋槳，轉速被減速器限制在 525 轉/分以內，電機效率高達 94%~97%。非增壓座艙僅 3.8 立方米，飛行員可在其中獨自待上一周，最高飛行高度可達 12,000 米。

為了把每一克重量都用在刀刃上，團隊聯手了一批先進材料廠商：拜耳材料科學（Bayer MaterialScience）開發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）公司則制造了當時最輕的碳纖維結構件。博爾施伯格后來回憶，“傳統民用和軍用飛機制造商認為不可能的事，被一個小團隊的工程師做成了。”

這架飛機的飛行策略同樣精巧：白天爬升到約 8,500 米以上的高度，實現最大化采光、儲能；夜間下降到約 1,500 米的高度進行巡航，靠電池維持 4 臺電機運行。巡航速度僅為 45~90 公里/小時，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，開始首次太陽能動力的環球飛行。整段航程規劃分為 12 段，最終分 17 段飛完。向東依次經停阿曼、印度、緬甸、中國、日本名古屋、美國夏威夷、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，再經開羅，最終在 2016 年 7 月 26 日重返阿布扎比。

圖 | Solar Impulse 2 的航線（來源：Wikipedia）

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

其中最亮眼的章節或許是安德烈獨自駕駛 Solar Impulse 2，從日本名古屋飛越太平洋抵達夏威夷，連續飛行 117 小時 52 分鐘，跨越 8,924 公里。在國際航空聯合會（FAI）的認證中，這一成績打破了史蒂夫·福塞特（Steve Fossett）此前保持的單人不間斷飛行世界紀錄，并被吉尼斯世界紀錄收錄。在漫長的獨自飛行中，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。

（來源：https://www.andreborschberg.ch）

但這一段經歷也幾乎讓項目終結。降落夏威夷后的技術檢查發現，飛機電池為應對高空低溫，配置了厚厚的高密度泡沫隔熱層，這反而使其在高強度持續放電下散熱不暢，出現了不可逆的損傷。Solar Impulse 2 在機場停飛近 10 個月，團隊為其增加了電池冷卻系統，環球飛行直到 2016 年 4 月才得以恢復。

抵達阿布扎比那一刻，時任聯合國秘書長潘基文通過通訊向貝特朗致敬：“這是歷史性的一天，不僅屬于貝特朗船長和 Solar Impulse 團隊，也屬于全人類?！表椖繌牧㈨椀酵瓿桑?13 年。貝特朗此后多次強調，他們并不想革新航空業，只是想“在人心中掀起一場革命”，證明清潔技術真正可行。

轉手與轉向：從清潔能源旗幟到自主長航時平臺

環球飛行的慶功結束后不久，Solar Impulse 團隊曾設想過以這項技術為基礎，開發平流層無人機，與彼時谷歌、臉書（Facebook）的類似項目競爭。但最終走出來的，是另一條道路。

2017 年，一家名為 Skydweller Aero 的初創公司成立。兩年后，Solar Impulse SA 以未披露的金額將這架飛機連同相關知識產權一并出售給了 Skydweller。Skydweller 總部設在美國俄克拉荷馬城，在馬德里和西班牙阿爾巴塞特設有工程與試飛設施，目標是把這架原本由人駕駛的太陽能飛機改造為可以連續飛行 30~90 天的自主無人平臺，像“偽衛星”一樣長期滯空，面向海上情報監視偵察（ISR）、電信中繼、通信、環境監測等市場，填補衛星持續覆蓋能力不足與傳統飛機續航有限之間的空白。

把一架本來由機械操縱的有人機改成全自主無人機，技術上的核心挑戰是可靠性：一次 30 天的飛行就要求飛機 99% 可靠，這意味著，每一個可能失效的關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搭建了一個系統集成實驗室，用與真機相同的航電、飛控計算機以及舵機測試架，在地面上反復模擬各類失效場景下的備份切換。

公開記錄顯示，收購完成后，2020 年 11 月，飛機首次以“Skydweller”的名義開始飛行，這個版本的太陽能飛機加裝了電傳操縱系統，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；2023 年初，飛機完成首次自主飛行，符合西班牙民用航空局（AESA）的安全等級要求。

圖 | Skydweller 在飛行中（來源：Skydweller Aero）

2024 年，試飛主基地遷往密西西比州斯滕尼斯國際機場，并在此完成全球首次太陽能飛機完全無人自主飛行；2025 年 7 月，美國海軍公布與 Skydweller 合作完成的 73 小時連續無人飛行，載荷驗證了海上情報監視偵察能力；直到 2026 年 4 月，飛機參與海軍 FLEX 26 演習，完成 8 天 14 分鐘的自主飛行后受控迫降。

技術層面，Skydweller 宣稱其飛行器管理系統實現了四重冗余和自愈算法：某個失效的冗余通道可以在飛行中被自動關閉、修復并重新接入，使整機維持四重冗余。首席執行官羅伯特·米勒（Robert Miller）把自己的飛機定位為“地理平面”：與空客旗下的 Zephyr 這類工作在 2 萬米以上的薄壁飛行器不同，Skydweller 選擇在傳統監視機的中等高度運行，依靠機身強度和任務規劃應對天氣。

不過，太陽能長航時飛行始終是個高風險方向，此前的成功案例寥寥無幾。航空環境公司（AeroVironment）的 Helios 原型機 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）上空遭遇強風后破碎墜毀。Skydweller 此前一直保持著零事故記錄，直到 2026 年 5 月墜入海底。

技術之憾：一道二十年未填平的裂縫

在墜機報告中，Skydweller 強調，飛機已經進行了 8 天的自主任務，沒有出現故障，最終迫降是在持續極端氣象耗盡能量后“有控制的結束”。對于一架號稱追求“永久滯空”的實驗機來說，這暴露了太陽能長航時飛行中最根本、也最難解決的問題：能量裕度太薄。太陽能飛機運行的全部邏輯系于一個等式：白天采集的太陽能，必須大于“白天飛行所耗加上足以撐過整夜的電量”。

這個等式在晴朗平穩的大氣里成立，但安全余量極小。一旦遭遇遠超預報的湍流和垂直氣流，飛機被迫額外耗電維持姿態，就會提前用盡留給夜晚的電能。二十多年過去，如何讓太陽能飛機在不理想的天氣里維持能量平衡，工程上依然沒有可靠答案。

此外，讓 Solar Impulse 2 飛起來的設計，恰恰也讓它變得更脆弱。72 米翼展的飛機，總重只有 2.3 噸，翼載荷接近滑翔機量級。對比與其大小接近的波音 747，后者空機就重達約 180 噸，滿載時接近 400 噸，一臺發動機就有四五噸重。常規飛機遇到亂流可以加大推力穿過去，Solar Impulse 2 卻缺乏抵擋惡劣天氣的多余動力和結構余量。

Solar Impulse 2 是當時世界上唯一一架用數千飛行小時真正驗證過“全尺寸、多晝夜連續能量平衡”的機體，是一個無法復制的試驗臺。墜海意味著十年積累的飛行數據連續性就此中斷，后續機型的關鍵驗證只能在新機上從頭再來。加之碳纖維機身沒有浮力，落水即沉，記錄設備與物理殘骸一并沉入海底，事故調查也變得更加困難。

究竟是能量模型算錯了，還是自主系統判斷錯了？美國國家運輸安全委員會只確認動力損失是直接原因，自主決策棧、能量管理軟件、還是太陽能到電池的平衡，到底哪一環先失效，仍未厘清。

回望 2015 年，安德烈駕駛這架飛機跨越太平洋時，他是靠實時手動管理過熱電池、憑經驗決定何時爬升儲能，才讓飛機平穩通過最危險的航段。無人化之后，這些原本由人類飛行員作出的判斷全部移交自主系統。天氣突變時，系統是否會像一個身經百戰的人類飛行員那樣，更早改航、更早爬升、甚至放棄任務先保住飛機？我們不得而知。

未完成的歸途

按照 2019 年的出售協議，Solar Impulse 2 在完成研發任務后本應返回瑞士，永久陳列于盧塞恩的瑞士交通博物館。墜海讓這一計劃永遠無法實現。貝特朗與安德烈在事故后無不惋惜地表示：“Solar Impulse 團隊對這架重要技術旗艦的損失感到悲傷。”

從一個心理醫生的環球夢想，到工程師們用十多年時間打磨出的飛行實驗室，再到被改造為四重冗余的自主長航時平臺，Solar Impulse 2 的技術血脈從未更改。經過它驗證成立的輕質結構、能量管理、飛行策略與單機長航時能力，正是無人持久飛行中最為關鍵的幾塊基石。

然而，一架誕生于永久中立國瑞士、最初為推廣清潔能源而生的飛機，最終在為美軍執行海上巡邏演習的歸途中沉入墨西哥灣海域，這是個聽起來有些黑色幽默的故事。從“前世”帶有理想主義色彩的遠征，到“今生”的實用至死，Solar Impulse 2 最終做到的，已經遠超人們一開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 尚未審定的連續自主太陽能飛行紀錄，仍將被 Skydweller 記入檔案。但對許多一直關注它的人來說，更難忘的或許仍是 2016 年 7 月 26 日的那個清晨：在阿布扎比的阿爾拜汀執行機場，風笛與鼓聲中，一架不耗一滴燃料的飛機，完好無損地降落在自己出發時碾過的跑道上。

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