中國成第三個(gè)掌握臨近空間太陽能無人機(jī)技術(shù)國家

由中國航天科技集團(tuán)十一院研制的新型彩虹太陽能無人機(jī)，近日成功完成2萬米以上高空飛行試驗(yàn)。

彩虹太陽能無人機(jī)的核心關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，此次試飛成功，標(biāo)志著我國成為繼美、英之后全球第三個(gè)掌握臨近空間太陽能無人機(jī)技術(shù)的國家。

具有高達(dá)20—30公里飛行高度以及長達(dá)數(shù)月的巡航能力

太陽能飛行器，顧名思義是一種以太陽光能作為能源的飛行器。據(jù)彩虹系列無人機(jī)總工程師石文介紹，隨著太陽能新能源領(lǐng)域的發(fā)展，太陽能飛行器已經(jīng)成為世界航空工業(yè)重點(diǎn)研究的新興領(lǐng)域。

白天，太陽能飛機(jī)依靠太陽電池的光電轉(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)將多余的能量儲存在蓄電池中。夜晚，它再通過蓄電池的電能持續(xù)飛行。如果太陽能飛機(jī)白天存儲的能量可以滿足夜晚飛行的需要，就能夠?qū)崿F(xiàn)全年不間斷地持續(xù)飛行，若不考慮其部件的壽命，理論上可以永久飛行。

距離地面20—100公里的空域被稱為臨近空間，對于傳統(tǒng)燃料消耗型飛機(jī)而言，太過稀薄的空氣，讓發(fā)動(dòng)機(jī)功率顯著下降，失去了用武之地，但這里卻是全身布滿太陽能電池板的無人機(jī)展現(xiàn)優(yōu)勢的空間?，F(xiàn)在世界上通用的高空長航時(shí)無人機(jī)，大多使用吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，一遇高空的稀薄空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)功率會(huì)大幅降低，油耗增高，因此，現(xiàn)有燃料消耗型飛機(jī)的飛行高度和續(xù)航能力很難進(jìn)一步提高。而以太陽能為動(dòng)力的飛機(jī)，完全可以彌補(bǔ)這些不足，飛得更高更遠(yuǎn)。

彩虹太陽能無人機(jī)憑借超高空、長航時(shí)、易維護(hù)三大特點(diǎn)，邁向世界先進(jìn)水平。

彩虹太陽能無人機(jī)與傳統(tǒng)燃料消耗型飛機(jī)相比雖然載重能力相對較弱，但飛得高。太陽能無人機(jī)通常采用大展弦比機(jī)翼，展弦比達(dá)到20以上，甚至到30，具有很高的升阻比，使其可在20—30公里的臨近空間稀薄大氣中穩(wěn)定飛行。第二個(gè)特點(diǎn)是功率提取限制因素較多，但飛得久。太陽能無人機(jī)無燃油消耗，可實(shí)現(xiàn)數(shù)月甚至更長時(shí)間的航時(shí)飛行。另外，太陽能無人機(jī)機(jī)載系統(tǒng)簡單，日常維護(hù)復(fù)雜度較低。長航時(shí)飛行，維護(hù)保障間隔周期長。從起降保障上看，對跑道長度要求不高，也無需傳統(tǒng)的加油等保障設(shè)備。從使用效益上看，由于其超長航時(shí)特點(diǎn)，與常規(guī)飛機(jī)相比，完成持久性任務(wù)無需頻繁更替輪換，出動(dòng)飛機(jī)的頻率大大降低。

有準(zhǔn)衛(wèi)星特征，提供中繼通信和資源普查、災(zāi)害救援等服務(wù)

1917年英國人研制成功了世界上第一架無人機(jī)，自此拉開了全球無人機(jī)發(fā)展和創(chuàng)新的序幕。美國太陽能飛機(jī)研制起步較早，1980年便將太陽能飛機(jī)項(xiàng)目列入國家計(jì)劃，并相繼研制“探路者”“太陽神”等太陽能飛機(jī)。作為當(dāng)今太陽能飛機(jī)發(fā)展的領(lǐng)先國家，2007年英國“微風(fēng)”無人機(jī)在空中飛行時(shí)間達(dá)到54小時(shí)，飛行高度超過1.5萬米。

石文介紹，國內(nèi)太陽能無人機(jī)研制起步較晚，上世紀(jì)80年代部分航空院校開始跟蹤國外太陽能飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展。近10余年，國內(nèi)院校和研究機(jī)構(gòu)開始比較深入地研究太陽能飛行器相關(guān)技術(shù)。

任何科研進(jìn)步都不是一帆風(fēng)順的。在2013—2014年間，彩虹太陽能無人機(jī)研制也曾遇到巨大挑戰(zhàn)飛機(jī)在低空強(qiáng)紊流飛行時(shí)經(jīng)?！吧宪f下跳、左搖右晃”。為了解決這個(gè)問題，研制團(tuán)隊(duì)艱難攻關(guān)，在理論和工程層面，歷時(shí)一年多，解決了無人機(jī)在復(fù)雜氣象條件下精確控制的問題，不但讓飛機(jī)飛了起來，還飛得穩(wěn)、飛得高。

太陽能飛機(jī)作為全世界競相研發(fā)的飛行器，各國之所以愿意投入巨資和人才資源，除了其擁有廣闊的應(yīng)用前景之外，還在于作為前沿科技產(chǎn)品，其技術(shù)和產(chǎn)業(yè)集成帶動(dòng)能力相當(dāng)強(qiáng)大。

根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，彩虹太陽能無人機(jī)未來將具備“準(zhǔn)衛(wèi)星”的特征，作為空中平臺，提供持久的數(shù)據(jù)中繼和4G/5G通信，部分替代通信衛(wèi)星功能，實(shí)現(xiàn)區(qū)域全覆蓋的不間斷態(tài)勢感知、中繼通信服務(wù)。比如，可以建設(shè)空中移動(dòng)WiFi基站，為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供便捷廉價(jià)的移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。石文說，彩虹太陽能無人機(jī)還可廣泛應(yīng)用于軍民融合領(lǐng)域，包括重大自然災(zāi)害預(yù)警、常態(tài)化海域監(jiān)管、應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)、反恐維穩(wěn)等公益事業(yè)領(lǐng)域。

“依托彩虹太陽能無人機(jī)等項(xiàng)目的帶動(dòng)，并配套研發(fā)高強(qiáng)度輕質(zhì)石墨烯新材料、新型太陽能電池、新型儲能手段等技術(shù)和產(chǎn)品，有助于進(jìn)一步推動(dòng)中國航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！笔恼f，未來我國太陽能無人機(jī)還將向超高空、超長航時(shí)、大型化、實(shí)用化方向發(fā)展，前景值得期待。