今年晚些时候——也许是夏天，也许是秋天——NASA 的电动飞机 X-57 将在加利福尼亚进行试飞。NASA 称其为“首架全电动实验飞机”，当它腾空而起时，其外观将与 NASA 网站上描绘的飞机有所不同。
这架飞机将只配备两个电动马达和螺旋桨，而不是最初设想的 14 个。但这两个马达，由飞机机身内超过 5,000 个圆柱形电池单元提供动力，应该足以让它在 2023 年结束前升空，届时 X-57 项目也将结束。
以下是关于该飞机如何工作的、该项目面临的挑战以及航天飞行的经验教训如何为电池系统细节提供信息的介绍。
改进型 2
如果该飞机今年如计划进行试飞，它将以所谓的 改进型 2 (Modification 2) 形式进行，即每侧机翼上有一个电动马达和螺旋桨，为飞机提供起飞所需的推力。
虽然航空航天局曾希望以被称为改进型 3 和改进型 4 的其他配置来飞行该飞机——该飞机基于 Tecnam P2006T——但这些将不会实现。原因是什么？因为制造一架仅靠电力安全飞行的飞机非常困难，而且该项目只获得到 2023 年的资金。（IEEE Spectrum 有更多关于该项目最初计划的信息。）
NASA X-57 项目首席研究员 Sean Clark 表示：“多年来我们学到了很多，我们认为我们会通过飞行测试来学习——事实证明，我们在设计、集成和适航认证阶段学到了很多东西，因此我们在这方面花费了更多的时间和资源。”
他补充说：“这非常有价值。”“但这确实意味着我们没有资源用于那些改进型 4 [或 3] 的飞行。”
它仍将作为全电动飞机飞行，但在改进型 2 中，配有两个马达。
爆炸的晶体管
在飞机能够安全试飞之前，团队必须解决的一个故障涉及电池电力在到达马达之前必须经过的组件。问题出在逆变器内的晶体管模块，它们将直流电转换为交流电。
Clark 说：“我们使用的是这种包含多个晶体管的封装模块——它们的规格本应能够承受我们预期的环境。”“但每次我们测试它们时，它们都会失效。我们会在环境测试室里看到晶体管炸开。”
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Clark 说，像设备爆炸这样的组件故障是飞机制造商希望在地面上解决的问题。他表示他们已经解决了这个问题。“我们对它们进行了大量的解剖——爆炸后，很难知道出了什么问题，”他轻松地指出，就像一个工程师面对一个棘手的问题一样。他提到，解决方案是采用更新的硬件并“基本上从头开始重新设计逆变器系统”。
他补充说，它们现在“工作得非常好”。“我们已经对一套完整的组件进行了认证，并且它们都通过了。”
来自太空的经验教训
传统飞机燃烧化石燃料（一种显然易燃易爆的物质）来为其发动机提供动力。从事电动飞机工作的人员，由电池供电，也需要确保电池不会引发火灾。例如，去年在堪萨斯州，美国联邦航空管理局赞助的一项测试中，一组航空电池 被从 50 英尺高处落下，以确保它们能够承受撞击。它们做到了。
在 X-57 中，电池使用的是三星的 18650 型号。飞机使用了 5,120 块电池，分为 16 个模块，每个模块包含 320 块电池。Clark 说，一个单独的模块，包括电池单元和包装，重约 51 磅。诀窍在于确保所有这些组件以正确的方式进行封装，以避免火灾，即使一个电池发生故障。换句话说，故障是一个可能的情况，但他们计划管理任何故障，使其不会引发火灾。Clark 说：“我们发现，对于如何将这些电池封装成高电压、大功率的电池组，同时又能保护它们免受电池故障的影响，行业内没有统一的标准。”
更高处传来帮助。他补充说：“我们最终根据 NASA 国际空间站设计团队的一些输入重新设计了电池组。”他指出，国际空间站上的锂电池、宇航员使用的 EVA 服以及一种名为 手枪式握把工具 的设备，都在这个过程中提供了相关的参考。关键收获包括电池单元之间的间距，以及如果一个电池发生故障（例如发生 热失控）时如何处理产生的热量。他解释说：“约翰逊 [航天中心] 团队发现，最有效的策略之一是将来自该电池的热量传导到铝结构中，同时让周围的其他电池也吸收一点热量。”
NASA 在探索电动航空领域并非孤军奋战，这代表着航空业在短途飞行方面可以更环保的一种方式。其他在该领域工作的公司包括 Beta Technologies、Joby Aviation、Archer Aviation、Wisk Aero，以及一家名为 Alice 的飞机制造商 Eviation。一家知名公司 Kitty Hawk 已于去年 倒闭。
今年晚些时候，X-57 应该会首次飞行，很可能会进行多次往返飞行。Clark 说：“我仍然对这项技术感到非常兴奋。”“我期待着我的孩子们在 10 到 15 年后能够乘坐电动飞机进行短途飞行——这将是航空业迈出的非常重要的一步。”
观看下面的关于该飞机的简短视频
