據(jù)2月8日?qǐng)?bào)道,，一架翼展40多米、表面布滿太陽(yáng)能電池板的螺旋槳飛機(jī),，目前正靜靜地停在中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院的機(jī)庫(kù)里,。這架彩虹系列太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)已完成飛行試驗(yàn)，將于今年測(cè)試臨近空間高度飛行,。

空氣動(dòng)力技術(shù)研究院無(wú)人機(jī)總工程師石文介紹,，這是美國(guó)NASA系列后世界上最大的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，性能指標(biāo)和技術(shù)能力為國(guó)際前三,。

憑借超高空,、長(zhǎng)航時(shí)、易保障這三大“法寶”,，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)未來(lái)有望承擔(dān)起長(zhǎng)時(shí)間空中預(yù)警,、大面積空中偵察以及災(zāi)害監(jiān)測(cè),、氣象觀測(cè)、通信中繼等任務(wù),。

翼展逾40米的中國(guó)新一代彩虹系列太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

可實(shí)現(xiàn)區(qū)域持久駐留

據(jù)大公網(wǎng)8日?qǐng)?bào)道,，太陽(yáng)能飛行器顧名思義是一種以太陽(yáng)光能作為能源的飛行器。白天,，飛行器依靠太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng),，為動(dòng)力系統(tǒng)、航空電子設(shè)備及任務(wù)載荷提供能量,，同時(shí)將多余的能量?jī)?chǔ)存在蓄電池中,。夜晚，它再通過(guò)蓄電池的電能持續(xù)飛行,。

如果不考慮部件壽命,，這種飛行器理論上可以實(shí)現(xiàn)“永久飛行”。作為世界強(qiáng)國(guó)都在聚焦的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī),，則可具有數(shù)十千米的飛行高度,、長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的巡航能力。

太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)也被稱為“大氣層衛(wèi)星”,，可代替低軌道衛(wèi)星的部分功能,。太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可在局部形成持續(xù)的監(jiān)視、信息中繼能力,。與衛(wèi)星的周期性訪問(wèn)相比,，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可實(shí)現(xiàn)區(qū)域持久駐留，其執(zhí)行監(jiān)視任務(wù)的時(shí)間/空間分辨率更高,，區(qū)域通信能力更強(qiáng),，且起降場(chǎng)地簡(jiǎn)單，發(fā)射及運(yùn)行成本更低,。

太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的研究,，成為世界強(qiáng)國(guó)的必爭(zhēng)之地，在美歐等國(guó)都在發(fā)展規(guī)劃中都將太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)作為高空長(zhǎng)航時(shí)飛行平臺(tái),，并向超高空化,、超長(zhǎng)航時(shí)化、大型化,、實(shí)用化方向發(fā)展,。中國(guó)的彩虹系列太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，近年來(lái)異軍突起,，成為這一領(lǐng)域極具競(jìng)爭(zhēng)力的選手,。

據(jù)介紹,，中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)研究,，已先后突破了平臺(tái)概念研究及小型驗(yàn)證機(jī)研制,、關(guān)鍵技術(shù)研究和方案論證、40余米翼展大尺度技術(shù)驗(yàn)證機(jī)飛行試驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù),。翼展長(zhǎng)度達(dá)到40余米的樣機(jī),，已完成多次飛行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了小風(fēng)速,、劇烈垂直氣流變化,、大強(qiáng)度水平風(fēng)多種風(fēng)場(chǎng)條件下的低空自主穩(wěn)定飛行。

飛得高難點(diǎn)是氣動(dòng)布局無(wú)模板

太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)通常采用大展弦比機(jī)翼,，可升至20千米至30千米高度,。這一空域大氣稀薄，氣象條件穩(wěn)定,，飛行因此可以更平穩(wěn),、快速。

展弦比是指機(jī)翼長(zhǎng)度的平方除以機(jī)翼面積?，F(xiàn)代大型飛機(jī)多采用大展弦比機(jī)翼,，以減小能耗。同樣一架太陽(yáng)能飛機(jī),，飛行高度越高,，所需功率就越大，對(duì)于光伏吸收和推進(jìn)系統(tǒng)效率,、機(jī)體結(jié)構(gòu)與蓄電池組的輕質(zhì)化等要求也就更高,。

石文說(shuō)，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)布局和翼型,，無(wú)法套用成熟的常規(guī)飛機(jī)模板,，關(guān)鍵在于解決氣動(dòng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，以提高飛機(jī)的升阻比,。

他介紹,，由于依靠太陽(yáng)能提供的電力飛行，目前翼展60米量級(jí)的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)提供的有效載荷能力大致在50千克量級(jí),。

“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”

飛得久目標(biāo)是數(shù)月可以不停飛

太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)無(wú)燃油消耗,，有望實(shí)現(xiàn)數(shù)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間的超長(zhǎng)航時(shí)飛行。

石文介紹,，由于太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率和儲(chǔ)能電池能重比不足,，推進(jìn)能力有限，目前太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)高空飛行速度一般在150千米／小時(shí)至200千米／小時(shí),。

他表示,，高效高能量密度太陽(yáng)能及儲(chǔ)能能源系統(tǒng)是決定太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)性能水平的關(guān)鍵領(lǐng)域，因此需要大量關(guān)注新興技術(shù),，包括超高效柔性薄膜太陽(yáng)電池及輕質(zhì)組陣技術(shù),、先進(jìn)光電轉(zhuǎn)換技術(shù),、高比能量?jī)?chǔ)能電池技術(shù)等。

易保障前提是系統(tǒng)技術(shù)可靠性高

太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)具有較高的運(yùn)行效費(fèi)比,。其機(jī)載系統(tǒng)簡(jiǎn)單,，對(duì)跑道長(zhǎng)度要求不高，也無(wú)需加油等保障設(shè)備,。由于航時(shí)超長(zhǎng),，完成持久性任務(wù)無(wú)需頻繁更替輪換。

不過(guò),，石文告訴記者,，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)總體設(shè)計(jì)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外尚未形成成熟的設(shè)計(jì)體系，技術(shù)和工程設(shè)計(jì)上也有別于常規(guī)的固定翼無(wú)人機(jī),。

比如,，臨近空間飛行環(huán)境對(duì)電機(jī)裝置的性能要求兼?zhèn)涓咝省⒏吖β拭芏?、高可靠性,、高穩(wěn)定性，現(xiàn)有航空平臺(tái)飛控系統(tǒng)的傳感器,、作動(dòng)器也還無(wú)

法滿

足超長(zhǎng)航時(shí)飛行等要求,，后續(xù)需要大量設(shè)計(jì)試驗(yàn)和實(shí)飛驗(yàn)證。

但相比衛(wèi)星,，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)具有成本低,、部署靈活等優(yōu)勢(shì)。此外,，可與高空巨型飛艇配合,，以固定平臺(tái)與機(jī)動(dòng)平臺(tái)的高低搭配形式，形成區(qū)域全覆蓋的不間斷態(tài)勢(shì)感知,、通信和中繼網(wǎng)絡(luò),。

石文說(shuō)，他帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)已初步探索出太陽(yáng)能飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn),，未來(lái)研究將向更高難度,、更深層次挺進(jìn)。

據(jù)大公網(wǎng)報(bào)道,，對(duì)于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)未來(lái)的用途,，空氣動(dòng)力技術(shù)研究院的專家指出，除可進(jìn)行空中長(zhǎng)時(shí)間偵察監(jiān)視等軍事用途外,，這種無(wú)人機(jī)還可以完成災(zāi)害監(jiān)測(cè),、邊境巡邏、空中和地面交通管理,、通訊中繼等任務(wù),。在發(fā)生災(zāi)害時(shí),，替代中斷的通信，保持災(zāi)區(qū)與外界的聯(lián)絡(luò),。

太陽(yáng)能飛行器研發(fā)多國(guó)競(jìng)技

美國(guó)NASA太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)：截至2003年項(xiàng)目結(jié)束前共研制出Pathfinder,、Pathfinder-Plus,、Centurion和Helios,，都采用了飛翼布局。其中,，Helios的翼展長(zhǎng)度達(dá)到75.3米,。

美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局“禿鷹”計(jì)劃：目的是尋求提供一種可保持在18.3km～27.4km高度、攜帶450kg有效載荷,、機(jī)上功率5kW,、續(xù)航時(shí)間超過(guò)5年、可在99%的時(shí)間內(nèi)保持在任務(wù)空域中的固定翼飛行器,。波音／奎奈蒂克公司團(tuán)隊(duì)提出的“太陽(yáng)鷹”方案中標(biāo),。

英國(guó)奎奈蒂克公司的Zephyr太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)計(jì)劃始于2001年。2010年7月,，Zephyr在亞利桑那州的尤馬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)起飛,，攜帶2.7kg有效載荷，飛行14天零24分鐘,，起飛重量50kg,，翼展22.5m。

瑞士“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”太陽(yáng)能飛機(jī)在2015年至2016年環(huán)球飛行期間,，最多曾達(dá)到118小時(shí)不間斷飛行,。由于其不是無(wú)人機(jī)，需要搭載人員和相關(guān)設(shè)備,，總載重約為100公斤,，設(shè)計(jì)巡航高度范圍在1.5千米至8.5千米，飛行受氣象條件影響較大,。