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太阳能无人机 为何成为多国“暗战”新高地?
www.wforum.com | 2022-09-06 00:43:26  环球网 | 0条评论 | 查看/发表评论

  9月3日,由中国航空工业集团有限公司(简称“航空工业”)研制的“启明星50”大型太阳能无人机在陕西榆林首飞成功。目前,除了“启明星50”太阳能无人机,国内还有多款太阳能无人机正在研制与试飞。西方多国也一直在加快在太阳能无人机领域的竞争步伐。为何被称为“伪卫星”的太阳能无人机受到全球多国的关注,这一平台具有的哪些应用潜力让它成为全球竞争的技术新高地呢?

  中国又一款太阳能无人机首飞成功

  根据航空工业微信公众号的消息,航空工业一飞院研制的“启明星50”大型太阳能无人机9月3日17时50分起飞,空中飞行26分钟,于18时16分平稳着陆,顺利完成首飞任务,飞机状态良好,各系统运行正常,首飞圆满成功。

太阳能无人机 为何成为多国“暗战”新高地?

  据《环球时报》记者了解,该机是航空工业研制的首款超大展弦比高空低速无人机,首次采用双机身布局的大型无人机,第一款以太阳能为唯一动力能源的全电大型无人机。它是一款能够在高空连续飞行的“伪卫星”,它利用高效、清洁、绿色、环保的太阳能,可长时间留空飞行,执行高空侦察、森林火情监测、大气环境监测、地理测绘、通信中继等任务。

  在航空工业的通稿中没有提到“启明星50”本次试飞的相关性能参数,但在航空工业微信公众号相关报道的标题中提到了“临近空间”。所谓临近空间是指离地球2万米到10万米距离的空间。

  《航空知识》杂志主编王亚男对《环球时报》记者介绍,从国外太阳能无人机的发展情况来看,新型的太阳能无人机可以在1.8万米以上的高空连续工作数月,并向地面提供互联网连接服务。据王亚男介绍,一架太阳能无人机的覆盖范围相当于200个地面基站,其有效载荷也可以达到飞机本身起飞重量的20%,而通信卫星则不到0.5%,相比之下,高空太阳能无人机要比人造卫星在某些方面的优势更大,而且成本更低,因此也被称为“伪卫星”。

  航空工业表示,此次首飞成功,为航空工业大型太阳能无人机发展和型号立项奠定了坚实基础,将进一步推动中国新能源领域、复合材料领域、飞行控制领域等关键技术发展,提升中国向临近空间及远洋远海执行任务的能力。

  目前,除了航空工业最新首飞的“启明星50”大型太阳能无人机,国内还有多款太阳能无人机进入公众的视野。2017年,国产“彩虹”太阳能无人机第一次试飞,持续飞行了15小时左右平稳降落,这也让中国在英美之后,跻身太阳能无人机领域的世界前三。从“彩虹”太阳能无人机未来的发展规划来看,它可以作为空中平台,提供持久的数据中继和4G/5G通信,代替一部分卫星的功能。比如,建立空中移动WiFi基站,让偏远地区的人们用上便宜的移动通信和互联网接入服务。通信领域之外,它还可以用于重大自然灾害预警、应急抢险、常态化海域监管等方面。

  2019年,在上海临港研发近两年的“墨子Ⅱ型”太阳能飞机试飞成功。该项目负责人表示,中国的太阳能飞机硬件没有问题,关键在于气象保障、航路计划等“软件”尚显不足。“墨子Ⅱ”在完成后续性能测试后,该飞机将开放同5G蜂窝设备商、移动数据运营商合作,扩大使用场景。

  美英看好太阳能无人机军事潜力

  美国陆军和欧洲空客公司合作的“和风-S”(Zephyr S)太阳能无人机可能是最近风头最劲的国外太阳能无人机了。一架“和风-S”在连续飞行两个多月之后失联,据外媒报道该机已经失控坠毁。

太阳能无人机 为何成为多国“暗战”新高地?

  有美媒7月底报道称,美国陆军与空客合作的“和风-S”太阳能无人机已持续在空中飞行超过50天,而且持续在飞,没有电力耗尽的迹象,这已超过了原本的预期性能。2018年,“和风”进行了首次长时间飞行,在空中停留了25天零23小时。

  王亚男认为,“和风-S”翼展为25米,总重量165磅(约75公斤),可以飞到2.32万米高空,比传统的间谍卫星更加灵活,比其他现有的高空、长航时无人机具有更高的持久性,还可以相对快速地部署到前线,除了能长距离飞行,还能根据需求快速重新分配任务。

  目前,美英军方都对这款太阳能无人机非常感兴趣。美国陆军相关项目负责人迈克·蒙特莱昂表示,他们在高空平台的试验中看到了长足进步,这项试验能够充分探索平流层太阳能飞机的多种军事用途的未来潜力。据报道,“和风-S”太阳能无人机的操作人员并非只是关注飞行,而是在飞行过程中利用航线记录在天空中画出一些有趣的图案,比如数学符号或字母。

  2016年,英国国防部宣布订购多架“和风-S”,虽然当时没有透露具体购入目的,但有外国智库认为,“和风-S”能承担持续监控和通信中继等任务,是投资20亿英镑提高特种部队装备能力项目的一部分。

  国外航空新闻网站SimpleFlying称,8月19日,著名的空客太阳能无人机“和风-S”在美国亚利桑那州上空失联。该机已连续飞行64天,如果再坚持几小时,它就能打破史上最长飞行纪录。空客防务的一名代表称,空客公司已经在亚利桑那州对该系列无人机进行了多年测试,目前最新型号是“和风-8”。在经历了64天的平流层飞行并完成了多项任务目标后,研制团队正在分析1500多小时的平流层任务数据。

  按照原先的计划,“和风-S”下一阶段测试将要携带新的载荷飞越太平洋。不过试验时间还未确定,本次坠毁事故是否会对后续测试任务造成影响,还要继续观察。

  除了空客的项目,一家美国科技公司研发了一款平流层无人机“天鹰座”(Aquila),已经成功试飞多次。波音的子公司也曾宣布,正在推进“奥德修斯”(Odysseus)平流层太阳能无人机项目,该无人机的翼展达到243英尺(74米)。

  太阳能无人机距实用还有多远

  全球多国都在持续发力研制太阳能无人机,后续相关领域的发展前景如何?太阳能无人机未来发展又有哪些需要克服的技术难题呢?针对这些问题,《环球时报》记者5日采访了相关领域的专家。

  一位不具名的专家5日对《环球时报》记者表示,目前国内外多家企业都在攻关长航时太阳能无人机的技术,说明相关配套技术取得了一定的突破,无论是飞机平台、太阳能电池、储能电池等。太阳能无人机理论上可以达到无限航时,如果按照一次飞行3个月来设计,每天飞行几千公里,那3个月就可以飞几十万公里。基于这样的设计,它的应用场景将非常广泛,无论是对地观测,还是通信基站“挂”在天上、通信中继等功能都可以实现。同时,也要看到目前仍有不少技术误区,未来国内外的技术人员仍要用很长一段时间来解决相关难题。比如,空客的“和风-S”75公斤能携带5公斤的载荷。从中可以看出太阳能无人机的载荷重量与结构重量的比值是比较低的,这是后续需要进一步突破的技术难题。要像美国曾提出的“秃鹫”计划那样携带几百公斤的载荷、在空飞行数年、飞行高度达到1.7万米-2.7万米,就具有很高的实用价值,但要实现这样的性能就需要极高的升阻比、极轻的结构重量、效率极高的能源系统等,这就需要在总体、气动、结构、动力能源等一系列关键技术领域取得突破。同时,如果想要太阳能无人机在全球范围内飞行,需要克服更多技术难题。因此大家既要对这一技术的发展前景有信心,又要对于攻克相关技术的过程有耐心。

  《航空学报》一篇题为《超长航时太阳能无人机关键技术综述》的论文根据各项技术的发展趋势,预测了未来20年太阳能无人机的发展情况。文章认为,气动、结构虽然是影响飞行器平台性能指标的重要因素,但发展空间有限,太阳能电池、储能电池效率和能量密度的提升,将是影响未来太阳能飞行器性能的关键。研究表明,2032年左右,太阳能无人机载荷重量与结构重量的比值将达到常规电动无人机水平,2040年左右,搭载固定重量载荷的太阳能无人机最大起飞重量将下降到目前的1/3。未来,超长航时太阳能无人机将具有更为完备的任务体系和更加完善的功能,气动-结构-隐身一体化设计技术、变体布局综合设计技术、健康监测与故障处理技术等也将成为超长航时太阳能无人机设计的关键。

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