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太陽能無人機：未來空中革命先鋒
來源： 科技日報
作者：南皮縣產(chǎn)學(xué)研科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)中心
日期：
2021-06-06
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“陽光動力”2號太陽能飛機，歷時16個月，完成了環(huán)球飛行。該飛機沒有耗費一滴燃油，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環(huán)游世界。
但科學(xué)家們的雄心不止于此！2019年，美國企業(yè)Skydweller買下了“陽光動力”的知識產(chǎn)權(quán)，這家擁有115名員工的公司的新目標(biāo)是使太陽能飛機實現(xiàn)自動駕駛，即打造由太陽能提供動力的無人機。
Skydweller并非唯一研制太陽能無人機的企業(yè)，德國、英國的多家私企也都在研制太陽能無人機，以便讓其執(zhí)行監(jiān)測、通訊、科研等多項任務(wù)。
“陽光動力”可飛行數(shù)月無需加油
據(jù)《今日航空》雜志網(wǎng)站報道，Skydweller公司成立于2019年，收購了“陽光動力”2號公司后就開始了雄心勃勃的改造計劃——投資1.9億美元將“陽光動力”2號太陽能飛機改為太陽能無人駕駛飛機。這種飛機能夠飛行數(shù)月而無需加油或維修工作。
據(jù)西班牙《世界報》網(wǎng)站5月26日報道，Skydweller公司的太陽能無人機不是一架普通飛機。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，以備不時之需。該飛機的飛行速度在每小時45公里至90公里之間，飛行高度在5千米至1萬米之間。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“陽光動力”2號的長期目標(biāo)是根據(jù)緯度的不同，實現(xiàn)長達(dá)90天的太陽能無人飛行。他相信在“不遠(yuǎn)的將來”，就可能實現(xiàn)完全自動駕駛飛機的商業(yè)化。
米勒說：“我們正在逐步安裝和測試自主軟件系統(tǒng)。目前飛機上還有飛行員，這可以使我們在監(jiān)管框架內(nèi)保持靈活性，同時不斷增強飛機的自主能力。我們的目標(biāo)非常明確——讓飛行員監(jiān)控一個功能越來越強大的系統(tǒng)，這個系統(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。”
此外，該飛機的有效載荷為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，他們的太陽能無人飛機未來還可以在多個領(lǐng)域大顯身手，包括在人口稠密地區(qū)執(zhí)行情報收集、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。
帕克斯說，除了像“捕食者”一樣應(yīng)用于軍事領(lǐng)域外，這架無人機適飛于中海拔，具有超長續(xù)航能力，還可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)居民提供經(jīng)濟高效的網(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能更好地利用頻譜。
“高空平臺”集航空航天優(yōu)點于一身
此外，也有科學(xué)家正在開發(fā)其他類型的太陽能無人機，用于科學(xué)、通信等領(lǐng)域。
據(jù)德國宇航中心（DLR）官網(wǎng)近日報道，該中心正在研發(fā)一種集航天和航空優(yōu)點于一身的平流層太陽能無人機，來保障未來的科學(xué)實驗。
當(dāng)人們說到地球觀測和全球通信時，立刻會想到衛(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會成為空間碎片。而飛機或直升機的部署受到時間和地點因素的限制，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能平流層飛機，用于執(zhí)行上述任務(wù)。研究人員已將這種無人機命名為“高空平臺”（HAP）alpha。這類飛行器通常為太陽能平臺，能持久地在高度達(dá)20千米的平流層底部飛行。
該項目于2018年啟動，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” alpha重36公斤，有效載荷為5公斤，翼展27米，支持軍民兩用。目前計劃于2022年底進(jìn)行首飛試驗，主要用于航空航天、數(shù)字化和安全領(lǐng)域。
這款飛機預(yù)計飛行高度為20公里，遠(yuǎn)高于民航飛行高度，不會受到惡劣天氣的影響。只要太陽能充足，這類平臺便能根據(jù)其載荷部署在任何地方，執(zhí)行各類任務(wù)。
“高空平臺”alpha并非唯一能夠提供這些服務(wù)的無人機。據(jù)媒體報道，2019年，英國國防巨擘BAE Systems公司就試飛了太陽能無人機PHASA-35。
PHASA-35擁有一雙扁平細(xì)長的機翼，機身苗條，翼展35米，重達(dá)150公斤，載重約15公斤。
該團隊聲稱，PHASA-35能在海拔20公里處飛行長達(dá)一年，提供通訊、即時監(jiān)測及遙感探測等服務(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時代，這樣的無人機或許可以成為低成本衛(wèi)星的替代品。
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“高空平臺”alpha概念圖。與飛機和非地球靜止衛(wèi)星不同的是，“高空平臺”可在任何地點永久部署，并可用于地球觀測領(lǐng)域的許多任務(wù)，包括監(jiān)測航路、冰面，在發(fā)生洪水和森林火災(zāi)時進(jìn)行偵察等。
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