中國大陸首個臨近空間太陽能無人機 試飛成功

翼展45公尺、表面布滿太陽能電池板,外形「科幻」;未來一次飛行可達數月甚至數年,具備「准衛星」特徵;可充當「空中移動WIFI」基站、高空即時監視定位,應用前景廣闊。

近日,大陸彩虹太陽能無人機成功完成2萬公尺以上高空飛行試驗,這使大陸成為繼美、英之後,第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。

根據新華網報導,具備完全獨立自主智慧財產權的太陽能無人機「一飛衝天」,有望成為中國大陸「智造」的又一經典之作。

超高空、長航時、易保障─中國大陸「彩虹」攀上高空

最近,西北某機場,天氣晴朗,翼展達45公尺的彩虹太陽能無人機沿跑道緩緩滑出,並平穩飛離跑道,逐步攀升到2萬公尺的臨近空間。在逾15小時的飛行過程中,無人機飛行狀態平穩、姿態可控,有條不紊地按設計航跡飛行,最終實現平穩降落,試飛取得圓滿成功。

載重能力超過國外同類型無人機、關鍵技術實現國產化、在軍民領域有廣泛應用前景……作為中國大陸「智造」的最新成果,彩虹太陽能無人機憑藉超高空、長航時、易保障三大「法寶」,邁向世界先進水平。

距離地面20—100公里的空域被稱為臨近空間,對於傳統燃料消耗型飛機而言,太過稀薄的空氣,讓發動機功率顯著下降,失去了「用武之地」。但這裡卻是全身布滿太陽能電池板的無人機展現優勢的空間,「依靠太陽光提供全機能源,電動螺旋槳推進,未來還有望實現數月甚至更長時間飛行,超高空、長航時讓太陽能無人機大展身手。」彩虹太陽能無人機專案負責人李廣佳介紹。

談及彩虹太陽能無人機的技術特點,彩虹系列無人機總工程師石文也是滔滔不絕,如數家珍,「彩虹太陽能無人機另一技術優勢,還在於具有較高的運行效費比。其機載系統簡單,也無需加油等保障設備。由於航時超長,完成持久性任務無需頻繁更替輪換。」

太陽能無人機乙太陽光能作為能源,在白天將多餘能量儲存在蓄電池中。在夜晚,通過蓄電池持續飛行。「和以化學燃料為能源的飛機相比,太陽能飛機不污染大氣,是真正的綠色環保飛行器,也是未來無人機發展的重要方向。」石文說。

太陽能飛行「俱樂部」中國大陸終占一席之地

1917年英國人研製成功了世界上第一架無人機,自此拉開了全球無人機發展和創新的序幕。時至今日,太陽能飛機已經成為世界航空科學發展的前沿,是世界各國技術和產業競爭的重要領域,發展方興未艾,成果迭出,競爭也很激烈。

美國太陽能飛機研製起步較早,1980年便將太陽能飛機專案列入國家計劃,並相繼研製「探路者」「太陽神」等太陽能飛機;作為當今太陽能飛機發展的領先國家,2007年英國「微風」無人機在空中飛行時間達到54小時,飛行高度超過1.5萬公尺。

而不添加任何燃料、不排放任何污染物,實現環球飛行壯舉的瑞士「陽光動力2號」太陽能飛機更曾廣受關注。「陽光動力2號」以碳纖維為主材料,重量僅有2300千克,與一輛小型汽車相當。在2015-2016年環球飛行期間,最多曾達到118小時不間斷飛行,是世界太陽能飛機發展的重要成果之一。

太陽能飛機作為全世界競相研發的飛行器,各國之所以願意投入巨資和人才資源,除了其擁有廣闊的應用前景之外,還在於作為前沿科技產品,其技術和產業集成帶動能力相當強大。

「太陽能無人機工程涉及氣動、結構、儲能電池等多個技術領域,目前其關鍵技術仍是世界航空產業發展的難題,有不少技術空白點。」李廣佳告訴記者,在太陽能飛機發展領域,中國大陸起步較晚,但獨具特色,以彩虹太陽能無人機為代表的飛行器進入臨近空間,展示了中國大陸占據該領域一席之地的雄心壯志。

彩虹起點高 一「出生」就站上了航空前沿

「彩虹起點高,一「出生」就站上了航空前沿。」通過彩虹太陽能無人機這一創新產品,中國大陸技術團隊解決了總體、氣動、飛行控制、能源動力高效應用等關鍵技術難題。

中國大陸航天科技集團公司第十一研究院是彩虹太陽能無人機的研製單位,其下屬的彩虹無人機科技有限公司副總工程師賈永清說,航空技術發展最忌「一出生,就落後」。彩虹太陽能無人機雖是從「一張白紙」起步的,但一開始就向世界最先進水平看齊。

任何科研進步都不是一帆風順的。在2013-2014年間,彩虹太陽能無人機研製也曾遇到巨大挑戰:飛機在低空強紊流飛行時經常「上躥下跳、左搖右晃」。為了解決這個問題,研製團隊艱難攻關,在理論和工程層面,歷時一年多,解決了無人機在複雜氣象條件下精確控制的問題,不但讓飛機飛了起來,還飛得穩、飛得高。

「同時,相關科研人員還通過實施無人機平台概念研究及小型驗證機研製、關鍵技術研究和方案論證,40餘公尺翼展大尺度技術驗證機低空及高空飛行試驗等,逐步建立完善了太陽能飛機的設計和試驗方案。」賈永清說。

「依托彩虹太陽能無人機等專案的帶動,並配套研發高強度輕質石墨烯新材料、新型太陽能電池、新型儲能手段等技術和產品,有助於進一步推動中國大陸航空產業的發展。」石文說,未來大陸太陽能無人機還將向超高空、超長航時、大型化、實用化方向發展,前景值得期待。

資料中繼、高空監視、應急通信……「彩虹」未來前景廣闊

科技的進步,最終目的是要服務人類。只有找准應用市場,才有持續發展的基礎和潛力。類似彩虹太陽能無人機這樣的創新產品,「瞄準」了經濟社會發展應用需求,能提供多功能的技術服務和產品。

根據發展規劃,彩虹太陽能無人機未來將具備「准衛星」的特徵,作為空中平台,提供持久的資料中繼和4G/5G通信,部分替代通信衛星功能,實現區域全覆蓋的不間斷態勢感知、中繼通信服務。

例如,彩虹太陽能無人機一大應用前景,就是可以建設「空中移動WIFI」基站,為偏遠地區或海島提供較為便捷、廉價和回應迅速的移動通信和互聯網接入服務,避免傳統光纖或微波傳輸的巨大建設、使用和維護成本,降低資訊化門檻。

「從經濟社會發展廣泛的領域而言,太陽能無人機服務領域還可以拓展到森林資源普查、農業普查、防洪防汛的監測預報、重大地質災害的即時評估與救援等。」石文說,在發生地震、洪災或森林火災時,還可替代中斷的通信,保持受災地區與外界的聯絡。


5月24日拍攝的彩虹太陽能無人機試飛現場。