太陽(yáng)能無人機(jī)：未來空中革命先鋒

“高空平臺(tái)”alpha概念圖。與飛機(jī)和非地球靜止衛(wèi)星不同的是，“高空平臺(tái)”可在任何地點(diǎn)永久部署，并可用于地球觀測(cè)領(lǐng)域的許多任務(wù)，包括監(jiān)測(cè)航路、冰面，在發(fā)生洪水和森林火災(zāi)時(shí)進(jìn)行偵察等。

圖片來源：DLR官網(wǎng)

科技創(chuàng)新世界潮

2016年7月，貝特朗·皮爾卡和安德烈·博爾施貝格駕駛由瑞士初創(chuàng)企業(yè)研制的“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)太陽(yáng)能飛機(jī)，歷時(shí)16個(gè)月，完成了環(huán)球飛行。該飛機(jī)沒有耗費(fèi)一滴燃油，飛行了42438公里。這次飛行不僅創(chuàng)造了紀(jì)錄，也向世人宣告：從技術(shù)上講，完全可以乘坐不消耗任何化石燃料的飛機(jī)環(huán)游世界。

但科學(xué)家們的雄心不止于此!2019年，美國(guó)企業(yè)Skydweller買下了“陽(yáng)光動(dòng)力”的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，這家擁有115名員工的公司的新目標(biāo)是使太陽(yáng)能飛機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，即打造由太陽(yáng)能提供動(dòng)力的無人機(jī)。

Skydweller并非唯一研制太陽(yáng)能無人機(jī)的企業(yè)，德國(guó)、英國(guó)的多家私企也都在研制太陽(yáng)能無人機(jī)，以便讓其執(zhí)行監(jiān)測(cè)、通訊、科研等多項(xiàng)任務(wù)。

“陽(yáng)光動(dòng)力”可飛行數(shù)月無需加油

據(jù)《今日航空》雜志網(wǎng)站報(bào)道，Skydweller公司成立于2019年，收購(gòu)了“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)公司后就開始了雄心勃勃的改造計(jì)劃——投資1.9億美元將“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)太陽(yáng)能飛機(jī)改為太陽(yáng)能無人駕駛飛機(jī)。這種飛機(jī)能夠飛行數(shù)月而無需加油或維修工作。

據(jù)西班牙《世界報(bào)》網(wǎng)站5月26日?qǐng)?bào)道，Skydweller公司的太陽(yáng)能無人機(jī)不是一架普通飛機(jī)。最驚人的是它的巨大“體型”：翼展達(dá)71.93米，上面分布著2900平方英尺的光伏電池。另外還安裝有氫燃料電池，以備不時(shí)之需。該飛機(jī)的飛行速度在每小時(shí)45公里至90公里之間，飛行高度在5千米至1萬(wàn)米之間。要讓它飛行需要良好的大氣條件，因此必須提前數(shù)周制定時(shí)間表。

Skydweller公司首席執(zhí)行官羅伯特·米勒今年4月19日曾表示，改裝后的“陽(yáng)光動(dòng)力”2號(hào)的長(zhǎng)期目標(biāo)是根據(jù)緯度的不同，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)90天的太陽(yáng)能無人飛行。他相信在“不遠(yuǎn)的將來”，就可能實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛飛機(jī)的商業(yè)化。

米勒說：“我們正在逐步安裝和測(cè)試自主軟件系統(tǒng)。目前飛機(jī)上還有飛行員，這可以使我們?cè)诒O(jiān)管框架內(nèi)保持靈活性，同時(shí)不斷增強(qiáng)飛機(jī)的自主能力。我們的目標(biāo)非常明確——讓飛行員監(jiān)控一個(gè)功能越來越強(qiáng)大的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠自主執(zhí)行起飛、著陸等任務(wù)。今后我們將拆除駕駛艙，開始完全自主的飛行試驗(yàn)。”

此外，該飛機(jī)的有效載荷為800磅(約363公斤)，比MQ-1“捕食者”能攜帶更多雷達(dá)和攝像設(shè)備。

米勒和聯(lián)合創(chuàng)始人約翰·帕克斯表示，他們的太陽(yáng)能無人飛機(jī)未來還可以在多個(gè)領(lǐng)域大顯身手，包括在人口稠密地區(qū)執(zhí)行情報(bào)收集、監(jiān)視和偵察(ISR)任務(wù)，也有望服務(wù)于緊急航空醫(yī)療市場(chǎng)。

帕克斯說，除了像“捕食者”一樣應(yīng)用于軍事領(lǐng)域外，這架無人機(jī)適飛于中海拔，具有超長(zhǎng)續(xù)航能力，還可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)居民提供經(jīng)濟(jì)高效的網(wǎng)絡(luò)連接。盡管天基連接解決方案還在不斷改進(jìn)，如太空探索技術(shù)公司(SpaceX)的近地軌道衛(wèi)星“星鏈”(Starlink)，但與距離地面300英里以上的衛(wèi)星相比，在中海拔高度工作的飛機(jī)能更好地利用頻譜。

“高空平臺(tái)”集航空航天優(yōu)點(diǎn)于一身

此外，也有科學(xué)家正在開發(fā)其他類型的太陽(yáng)能無人機(jī)，用于科學(xué)、通信等領(lǐng)域。

據(jù)德國(guó)宇航中心(DLR)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，該中心正在研發(fā)一種集航天和航空優(yōu)點(diǎn)于一身的平流層太陽(yáng)能無人機(jī)，來保障未來的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)人們說到地球觀測(cè)和全球通信時(shí)，立刻會(huì)想到衛(wèi)星。但建造這些衛(wèi)星并將其送入軌道的成本很高，而且任務(wù)結(jié)束后留下的殘骸有時(shí)會(huì)成為空間碎片。而飛機(jī)或直升機(jī)的部署受到時(shí)間和地點(diǎn)因素的限制，且高度依賴于天氣，也不適合執(zhí)行這些任務(wù)。

據(jù)該中心網(wǎng)站介紹，DLR正在研發(fā)一種無人駕駛的太陽(yáng)能平流層飛機(jī)，用于執(zhí)行上述任務(wù)。研究人員已將這種無人機(jī)命名為“高空平臺(tái)”(HAP)alpha。這類飛行器通常為太陽(yáng)能平臺(tái)，能持久地在高度達(dá)20千米的平流層底部飛行。

該項(xiàng)目于2018年啟動(dòng)，由DLR下屬的飛行系統(tǒng)研究所牽頭，并聯(lián)合DLR下屬的16家研究所共同研發(fā)。

據(jù)悉，“高空平臺(tái)” alpha重36公斤，有效載荷為5公斤，翼展27米，支持軍民兩用。目前計(jì)劃于2022年底進(jìn)行首飛試驗(yàn)，主要用于航空航天、數(shù)字化和安全領(lǐng)域。

這款飛機(jī)預(yù)計(jì)飛行高度為20公里，遠(yuǎn)高于民航飛行高度，不會(huì)受到惡劣天氣的影響。只要太陽(yáng)能充足，這類平臺(tái)便能根據(jù)其載荷部署在任何地方，執(zhí)行各類任務(wù)。

“高空平臺(tái)”alpha并非唯一能夠提供這些服務(wù)的無人機(jī)。據(jù)媒體報(bào)道，2019年，英國(guó)國(guó)防巨擘BAE Systems公司就試飛了太陽(yáng)能無人機(jī)PHASA-35。

PHASA-35擁有一雙扁平細(xì)長(zhǎng)的機(jī)翼，機(jī)身苗條，翼展35米，重達(dá)150公斤，載重約15公斤。

該團(tuán)隊(duì)聲稱，PHASA-35能在海拔20公里處飛行長(zhǎng)達(dá)一年，提供通訊、即時(shí)監(jiān)測(cè)及遙感探測(cè)等服務(wù)，是比傳統(tǒng)衛(wèi)星更加靈活的“偽衛(wèi)星”。在即將來臨的5G時(shí)代，這樣的無人機(jī)或許可以成為低成本衛(wèi)星的替代品。