深度专题丨新能源飞艇振翮欲飞1937年5月6日，伴随着熊熊大火，燃烧的245米长的飞艇兴登堡号在半分钟内化为灰烬，在带走了数十条生命的同时，葬送了氢气客运飞艇的时代。在之后的数十年里，宽体客机的崛起让民用航空业的主要运输工具由巨型的飞艇变成了带有喷气引擎且越来越安全的民航客机。到了21世纪，搭乘民航飞机出行已经成为各种交通方式中最为安全的交通工具出行方式，在这个时刻重新提到飞艇是否会变得落伍呢？
首先让我们回顾一下什么是飞艇。飞艇是一种使用填充气体实现浮力的轻于空气航空器，相较于操控性较差的热气球，飞艇拥有水平方向分布的推进系统和更具空气动力学设计的流线型外观，使其能够在更快的速度下飞行和机动。对比于飞机，飞艇的飞行速度慢很多，但考虑到其更低的功耗其运输成本也可显著降低。此外，飞艇可以悬停和垂直起降的特点使其能够在更多的应用场景中发挥优势，并可使现有交通工具无法到达的区域获得新的交通运输方式。
在气候变化的大背景下，可持续航空的发展也在21世纪让新型飞艇重新回归到人们的关注中去。如何减少排放、如何减少噪音、如何减少航空基础设施建设的排放都成为本世纪上半叶全行业关注的问题。在新技术、新材料、新能源的融合下昔日随着熊熊大火远去的巨型飞艇能否以全新的姿态与模式在21世纪的可持续航空业发展中重回人们的视野呢？
当前现有的飞艇研制项目和构想中，已有的新能源飞艇形式包括太阳能飞艇、电能飞艇、氢能飞艇、可持续航空燃料飞艇。本文将对这四种用在飞艇上的新能源构型做出简单的介绍。
采用太阳能电池板发电已经是有上百年历史的技术，而发电转换效率也在数十年的技术进步中从不及1%到超过30%。虽然效率不及刚性太阳能电池板，但新型柔性太阳能板的出现让在飞艇曲面上利用太阳能成为新的可能。铺装有柔性太阳能板的飞艇能够在高空稀薄的大气中高效利用充足的太阳能，并在电推进系统愈加完善和轻便的21世纪为新的飞艇提供清洁动力。使用太阳能供电的飞艇可以在飞行的过程中获取能源，而且由电驱动的电机+螺旋桨推进方式并不会如活塞和涡桨发动机一样在空气极其稀薄的高海拔地区遭遇动力不足问题。
2016年5月，由中国达天飞艇公司研制的CA-21R太阳能飞艇在南非试航成功。该飞艇并未使用传统的油电混合推进系统，而是采用了纯太阳能供电的推进方式。长21米的飞艇上装有超过10平方米的半柔性太阳能板为飞艇提供推进能源。作为试验品的CA-21R最大飞行速度仅32公里/小时，设计滞空时间24小时。
据报道，当时的薄膜太阳能板的成本高达每平米几万元，而能量转化率仅有10%左右，对其在飞艇上的大规模应有仍存在一些阻碍。此外，太阳能板在运行的同时会产生大量废热，在高空稀薄的大气环境中散热不利会对飞艇蒙皮产生强大的热压力。这都是未来巨型太阳能飞艇研制过程中需要考虑的技术问题。
位于法国的Euro Airship公司专门设计、制造并销售硬质飞艇。凭借尖端的技术专长和对创新的热情，Euro Airship公司打破了空中交通的界限，在2023年早期宣布了其雄心勃勃的太阳能氢电混动载人飞艇Solar Airship One（太阳飞艇1号）计划。该飞艇设计长151米，使用氦气作填充气体，使用太阳能充电并采用氢电混合动力。
据悉，该飞艇可以使用白天的阳光发电驱动电机，并在夜晚通过燃料电池与氢作为动力来源。Solar Airship One将飞行效率、优雅的外观与环境保护相结合，由安全和高效的技术提供动力，可在运输、绿色旅游、货运、人道主义援助、民事和军事监视中应用。根据构想，该飞艇将在2026年通过20天时间飞行40000公里环游世界一周。
使用锂离子电池驱动的交通工具已经在21世纪的运输界掀起了不小的波澜，在清洁低碳的电力逐渐取代传统化石能源的同时，高效的储存电能方式正在交通运输领域开始不断地应用。在使用锂离子电池储能的纯电动飞机仍然航程性能堪忧的时候，电动飞艇已经为慢速航空旅行开启了另一条独特的赛道。在锂离子电池的性能不断提升的同时，电动飞艇的未来也许已经悄然来临。
探路者1号飞艇已经于2023年6月在位于加利福尼亚的机库内完成首次升空，并在11月离开机库为即将到来的户外试飞做准备。探路者1号使用96个焊接钛框架及约289根增强碳纤维管连接，更轻盈的框架材料使其能够使用氦气作为填充材料以取缔更轻盈但危险的氢气。探路者1号使用LTA与斯洛文尼亚蝙蝠飞机公司合作开发的排列在飞艇侧面和尾部的12台电动机，其设计最高速度可达65节（120公里/小时）。在当前的飞艇上，LTA为其安装了大量的电池包以提供电力，但根据设想，LTA将为未来的探路者系列飞艇加装氢燃料电池以提供推进动力。
氢作为一种可以燃烧的燃料，也可作为一种储能体。利用燃料电池和电解池，氢也能够作为一种能量储存介质以便储存和运输清洁能源。虽然当前利用氢燃料电池驱动的飞行器可以利用到氢的高比能量优势，但燃料电池较低的功率密度使得现有的燃料电池飞机起飞阶段大多需要借助其他方式以弥补缺失的动力来源。鉴于飞艇的升力并非需要推进装置提供，燃料电池的低功率密度并不会让飞艇在起飞阶段产生过大的动力欠缺，这使得氢燃料电池将非常适合在飞艇这种只有巡航阶段需要持续动力输出的飞行器上作为储能体。
H2Clipper 是一家专攻氢气运输的公司，其研制氢能飞艇的目的在于为氢气销售提供清洁高效且安全快捷的运输方式。Clipper 飞艇是H2C公司设计的专门用于运送货物的氢气飞艇。该飞艇可使点对点的氢气运输无需运河、港口、管道及轨道。
根据设计，Clipper飞艇使用氢气作为填充气体，使用氢燃料电池作为推进系统的能源。该飞艇的最大设计空速为240公里/小时，最大载重150吨，航程6000英里。其飞行速度大于货轮、火车及货车，且运输成本远低于其他空中运输方式。根据预测，使用Clipper飞艇的货物运输成本仅为$0.32/吨英里。Clipper 飞艇的设计神奇之处在于氢气既是飞艇的升力填充材料（Lifting Gas），又是其能量存储介质（Fuel），也是其运输的货物（Cargo）。
SAF(Sustainable Aviation Fuel) 可持续航空燃料是一类使用多种途径生产的用于取代传统化石燃料生产的航空燃油。使用SAF作为飞艇的燃料即可以保证显著的净碳排放降低，又可以利用现有的传统航空动力设备。在使用100%SAF燃料的飞机刚刚完成首次跨大西洋飞行的背景下，使用SAF作为飞艇燃料是否也会是未来非高空飞艇领域的清洁发展方向呢？
Flying Whales(飞鲸)是同名法国公司于2012年发起的飞艇项目。该项目的诞生源于法国林业办公室的系列讨论，意在使偏远地区的自然资源能够更加便于获取。该公司起初与中国航空工业集团（AVIC）合作，后转为与加拿大魁北克省合作开发该飞艇项目。
据报道，飞鲸飞艇（型号LCA60T）将使用普惠PT6C 涡轮机与霍尼韦尔兆瓦发电机，能够将可持续航空燃料转换为电力及32个螺旋桨的推进动力。
根据设计，飞鲸飞艇填充180000立方米氦气，使用可持续航空燃料产生4000kW的混合动力以驱动飞艇飞行。其设计速度为100公里每小时，并可以运载最大60吨货物并在最高3000米的升限高度飞行。
该飞艇的出现将使得在偏远地区的木材资源能够在无需道路和铁路的情况下被高效的运输出去。此外飞艇还能在巨型物体运输、人道主义援助及观光领域中发挥不可替代的作用。
相比于现有的飞机，飞艇具备的垂直起降及悬停能力并非同等级飞机可比拟，而可以垂直起降的直升机、eVTOL等则很难具有飞艇同等级的航程与载重能力。此外，相比于新能源飞机，飞艇的运输成本以及其在极高空的飞行能力都会让其作为电推进应用平台具有巨大优势，可能会与电动飞机的未来平起平坐。
飞艇的固有缺陷在于其庞大的身躯使得它劣于飞机、直升机的抗风性和灵活性，其飞行时大于同重量飞机的空气阻力也使得其飞行速度难以达到传统飞机的巡航速度。不过对比同样具有垂直起降能力的eVTOL来说，飞艇那100-200kph的巡航速度便显得没有那么慢了，结合其数千公里的航程，飞艇也可以在人口密集的城市地区以外成为实现eVTOL应用场景的一种独特飞行器。
自上个世纪40年代飞艇逐渐被喷气式飞机取代以来，民航业已经以飞机为核心对象发展了数十年，现有的航空管理已经建立在以飞机为中心平台的体系中。飞艇的重新出现将使得现有的适航管理及运营管理体系可能产生不适应的问题，结合新能源系统的应用，制定新的管理体系将是飞艇重新大规模运行的必需。
现有的飞艇使用的升力填充气体几乎只有氢气和氦气两个选项。氢气价格低廉英皇体育app下载，密度更小，但易燃的特点使当前的管理机构几乎无法接受其作为大规模应用的飞艇填充介质。氦气化学性质稳定，不会燃烧。但氦气密度更大，存量更少，价格更高且经常波动。这使得以氦气为填充气体的飞艇项目经济型高度受到来自氦气价格波动的挑战。
不过，随着新技术的进展与新运营场景的需求变化，管理者仍然可能会为使用氢气的飞艇飞行铺平道路。在氢气能同时作为升力气体、能源介质、运输货物的背景下，随着氢存储技术与基础设施的进步，更加安全的氢气应用方式也许会为未来的飞艇行业带来新的机遇，为新能源航空业带来特有的曙光。
