太陽能無人機(jī)飛翔在“第三極”的精靈

由中國航天科技集團(tuán)研制的“彩虹”太陽能無人機(jī)近日開展了高空飛行驗(yàn)證，在臨近空間高度成功試飛。有媒體稱，這標(biāo)志著我國成為繼美、英之后第三個(gè)掌握臨近空間太陽能無人機(jī)技術(shù)的國家。

臨近空間指距地面高度20千米到100千米之間的區(qū)域，處在傳統(tǒng)航天空間和航空空間之間。

中國航天科工集團(tuán)三院302所臨近空間無人機(jī)技術(shù)研究室主任楊發(fā)友向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，作為獨(dú)立于空、天的“第三極”，臨近空間“上可入天、制天;下可制空、制地”，在遙感、通信、氣象探測(cè)等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用價(jià)值和獨(dú)特戰(zhàn)略地位，已成為各強(qiáng)國爭相開發(fā)的新興戰(zhàn)略空間。不過，該區(qū)域空氣稀薄，并存在低溫、輻照、臭氧等嚴(yán)苛環(huán)境條件，常規(guī)飛行器無法在此飛行。好在其風(fēng)場(chǎng)條件穩(wěn)定和緩，為飛行器長時(shí)間駐留提供了可能。因此，臨近空間超長航時(shí)無人機(jī)如同活躍在“第三極”里的精靈，成為各國大力發(fā)展的新型裝備。

“臨近空間超長航時(shí)無人機(jī)能補(bǔ)充現(xiàn)有技術(shù)手段能力的不足，有效帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用產(chǎn)業(yè)升級(jí)。”楊發(fā)友介紹，在遙感應(yīng)用方面，衛(wèi)星受作用距離限制，所提供數(shù)據(jù)的空間分辨率還不能完全滿足應(yīng)用需求，且存在重返周期長、運(yùn)行軌道固定等問題;航空遙感手段受限較多，機(jī)場(chǎng)使用影響、飛行空域與民航航線沖突等都限制了航空遙感的應(yīng)用。以臨近空間無人機(jī)為平臺(tái)開展相關(guān)業(yè)務(wù)，與遙感衛(wèi)星相比距離遙感成像目標(biāo)更近，能實(shí)現(xiàn)分米級(jí)或更高分辨率的圖像信息獲取，且使用機(jī)動(dòng)靈活，不受軌道限制;與航空遙感相比飛行高度遠(yuǎn)高于民航航線，且飛行航時(shí)長，無需頻繁起降，應(yīng)用受限很小。

在通信應(yīng)用方面，常規(guī)通信手段的能力在海洋或偏遠(yuǎn)區(qū)域嚴(yán)重受限，地面基站無法全面覆蓋;通信衛(wèi)星受通信帶寬和使用成本等因素限制，用戶需求無法全面滿足。臨近空間無人機(jī)可集成通信中繼設(shè)備，持續(xù)執(zhí)行任務(wù)數(shù)天，并發(fā)揮飛行高度優(yōu)勢(shì)，覆蓋百公里以上半徑范圍的地面、海面用戶，為其提供通信信號(hào)接入服務(wù)。

氣象探測(cè)應(yīng)用方面，以臺(tái)風(fēng)探測(cè)預(yù)報(bào)為例，為提高臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)精度，需采用接觸式探測(cè)獲取臺(tái)風(fēng)內(nèi)部氣象數(shù)據(jù)。臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼墻高度在18千米左右，常規(guī)飛行器無法飛躍，更無法穿越，難以獲得臺(tái)風(fēng)眼內(nèi)氣象數(shù)據(jù)。臨近空間無人機(jī)可直接飛抵臺(tái)風(fēng)眼上方，伴隨臺(tái)風(fēng)飛行，在沿途收集臺(tái)風(fēng)眼內(nèi)部氣象數(shù)據(jù)，提升臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)精度。

目前，國外已經(jīng)發(fā)展了十余型臨近空間超長航時(shí)無人機(jī)，取得了良好效益。

楊發(fā)友介紹，在美國，極光飛行科學(xué)公司和通用原子公司分別研制了“帕修斯”和“阿爾塔斯”等無人機(jī)，用于颶風(fēng)跟蹤探測(cè)，使颶風(fēng)的預(yù)報(bào)精度提升約20%。波音公司研制了“禿鷹”無人機(jī)用于廣域偵察監(jiān)視領(lǐng)域，并嘗試向預(yù)警探測(cè)領(lǐng)域拓展;正在研制的“鬼眼”無人機(jī)，瞄準(zhǔn)了戰(zhàn)區(qū)通信中繼應(yīng)用需求。在美國國家航空航天局的支持下，航空環(huán)境公司研制了“太陽神”系列太陽能無人機(jī)，以滿足高空大氣環(huán)境研究和高空通信平臺(tái)等應(yīng)用需求。面向廣域互聯(lián)網(wǎng)接入應(yīng)用需求，谷歌公司正在研制“索拉拉”太陽能無人機(jī)，臉書公司正在研制“天鷹座”太陽能無人機(jī)。此外，英國以驗(yàn)證太陽能動(dòng)力飛行的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)為目標(biāo)，研制了“西風(fēng)”系列太陽能無人機(jī)，其最新型號(hào)西風(fēng)-8無人機(jī)已被英國國防部采購。

在國內(nèi)，航天科工、航天科技、中航工業(yè)等單位開展了不同技術(shù)路線臨近空間超長航時(shí)無人機(jī)的相關(guān)研究。其中航天科工集團(tuán)前期推出的“飛云”工程，旨在利用太陽能無人機(jī)集成空中局域網(wǎng)設(shè)備等通信載荷，為地面、海面目標(biāo)提供通信信號(hào)接入服務(wù)，并可通過換裝任務(wù)載荷，拓展能力開展遙感類應(yīng)用。