9月3日，我國(guó)研制的第一款以太陽(yáng)能為唯一動(dòng)力能源的全電大型無(wú)人機(jī)平臺(tái)——“啟明星50”大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)成功首飛。

作為一款能夠在高空連續(xù)飛行的“偽衛(wèi)星”，“啟明星50”采用雙機(jī)身設(shè)計(jì)，巡航高度達(dá)2萬(wàn)米以上，能夠在高空持續(xù)執(zhí)行高空偵察、森林火情監(jiān)測(cè)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、地理測(cè)繪、通信中繼等任務(wù)。

【資料圖】

此前，航空工業(yè)一飛院針對(duì)“啟明星”項(xiàng)目進(jìn)行了兩個(gè)階段的技術(shù)驗(yàn)證工作。

2016年，航空工業(yè)一飛院成功研制出10米翼展技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。

通過(guò)近兩年對(duì)高效氣動(dòng)布局、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和能源綜合管理等關(guān)鍵技術(shù)的深化驗(yàn)證，自主飛行、全系統(tǒng)驗(yàn)證試飛、長(zhǎng)航時(shí)試飛等試飛科目持續(xù)開展，于2018年9月實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)航時(shí)連續(xù)飛行。

2018年5月，首架20米翼展驗(yàn)證機(jī)機(jī)體完成制造，并于當(dāng)年完成了系統(tǒng)功能試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)剛度和模態(tài)耦合試驗(yàn)、滑行試驗(yàn)和遙控首飛，以及太陽(yáng)能電池板鋪設(shè)等工作。

作為能夠在臨近空間長(zhǎng)時(shí)間飛行的“偽衛(wèi)星”，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)平臺(tái)用途甚廣：

在軍事方面，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)飛行高度很高，可以避免地面攻擊，又同時(shí)具備衛(wèi)星與飛機(jī)的對(duì)地測(cè)繪能力；

在民用方面，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可以作為空中中繼平臺(tái)，提供通信服務(wù)。

此外，由于經(jīng)濟(jì)成本的方面的優(yōu)勢(shì)，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)還可以在某些方面作為衛(wèi)星功能的替代品。因此，近些年來(lái)各國(guó)航空制造業(yè)都在大力推進(jìn)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的研發(fā)工作。

美國(guó)與歐洲

8月19日，空客公司主導(dǎo)研制的“西風(fēng)”（Zephyr）無(wú)人機(jī)在美國(guó)亞利桑那州的試驗(yàn)場(chǎng)墜毀。在墜毀前，“西風(fēng)”已經(jīng)不間斷飛行了64天。

“西風(fēng)”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

“西風(fēng)”的此次飛行源于由空客防務(wù)公司和美陸軍未來(lái)司令部（Army Futures Command）所共同組織的一次平流層飛行試驗(yàn)。

“西風(fēng)”并不是空客公司原創(chuàng)的項(xiàng)目，而是購(gòu)買自英國(guó)QinetiQ公司。

2013年，空客防務(wù)公司從QinetiQ公司購(gòu)買了“西風(fēng)”無(wú)人機(jī)項(xiàng)目。在這一項(xiàng)目流失后，一些工程師離開了QinetiQ公司，成立了棱鏡（Prismatic）公司，并研發(fā)出了“西風(fēng)”的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型PHASA-35，“PHASA”代表持久的高空太陽(yáng)能飛機(jī)，數(shù)字35代表翼展。

2019年，英國(guó)BAE系統(tǒng)公司收購(gòu)了棱鏡公司，該項(xiàng)目也正式轉(zhuǎn)入BAE系統(tǒng)門下。2020年2月，PHASA-35在澳大利亞完成首飛。目前依然在研發(fā)改進(jìn)中，目標(biāo)性能是搭配鋰離子電池和超輕型砷化鎵太陽(yáng)能電池，令其在2萬(wàn)米高度停留長(zhǎng)達(dá)12個(gè)月。

PHASA-35太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)概念圖

按照空客的設(shè)想，“西風(fēng)”無(wú)人機(jī)在“視覺(jué)和感知”領(lǐng)域至少有12種應(yīng)用，能夠搭載各種傳感器，包括紅外和高光譜成像、雷達(dá)成像、激光成像探測(cè)和測(cè)距（LIDAR）、無(wú)源射頻監(jiān)測(cè)（如SIGINT）和海上自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）等。

目前，空客似乎認(rèn)為通信服務(wù)是“西風(fēng)”最有前景的發(fā)展方向之一，畢竟與衛(wèi)星相比，這種高空“偽衛(wèi)星”的制造成本更低，而且覆蓋范圍靈活，沒(méi)有固定軌道。

2021年1月，空客與日本電報(bào)電話公司（NTT）、日本移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商Docomo以及日本廣播衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商SKY Perfect JSAT簽署了一份諒解備忘錄。備忘錄約定，三方將綜合使用“西風(fēng)”和衛(wèi)星合作研發(fā)一個(gè)寬帶連接生態(tài)系統(tǒng)，為各種終端設(shè)備，尤其是鄉(xiāng)村、應(yīng)急和海上等地區(qū)和場(chǎng)景下提供通信服務(wù)。

“西風(fēng)”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

此外，2015年，空客曾就通信應(yīng)用與英國(guó)國(guó)防部簽署了一份合同，為英國(guó)國(guó)防部所需要的軍事通信提供服務(wù)。服務(wù)使用了三款“西風(fēng)”無(wú)人機(jī)，但在2019年，其中兩架飛機(jī)在從西澳大利亞溫德姆起飛時(shí)墜毀……此后的2021年，空客在澳大利亞建立了一個(gè)能夠?qū)ｉT運(yùn)營(yíng)無(wú)人機(jī)起降的機(jī)場(chǎng)。

在空客之外，美國(guó)政府也正在通過(guò)“廣撒網(wǎng)”的方式大力資助和推進(jìn)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的發(fā)展，目前孵化項(xiàng)目包括“探路者”、“太陽(yáng)鷹”和“太陽(yáng)神”等。但截至目前，這些項(xiàng)目并沒(méi)有較大的進(jìn)展。

“探路者”

“太陽(yáng)鷹”

“太陽(yáng)神”

美國(guó)空軍旗下的HiSentinel飛艇和HALE-D飛艇等太陽(yáng)能飛艇項(xiàng)目也以失敗告終。

HiSentinel

HALE-D

印度

2021年，印度民營(yíng)公司NewSpace與國(guó)有公司合作，啟動(dòng)了一項(xiàng)名為“無(wú)限”（Infinity）的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)項(xiàng)目。

按照規(guī)劃，該無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)巡航高度為1.9萬(wàn)米，可在平流層中停留長(zhǎng)達(dá)90天。作為印度斯坦航空有限公司（HAL）2025年空中作戰(zhàn)集群系統(tǒng)（CATS）的子項(xiàng)目，“無(wú)限”無(wú)人機(jī)計(jì)劃在三到五年間完成制造并投入使用。

按照HAL的設(shè)想，“無(wú)限”無(wú)人機(jī)作為CATS計(jì)劃的一部分，將在敵方領(lǐng)土深處執(zhí)行監(jiān)視和通訊任務(wù)，并與CATS計(jì)劃內(nèi)的其他有人和無(wú)人系統(tǒng)協(xié)作。當(dāng)然，HAL也為“無(wú)限”設(shè)計(jì)了多種民用功能，包括為災(zāi)害救援管理、自然資源管理和沿海航道監(jiān)測(cè)等任務(wù)提供圖像和視頻。

日本

2018年，日本航空環(huán)境公司與日本電信公司SoftBank　Corp成立了合資公司HAPS Mobile，專門開發(fā)商業(yè)用途的太陽(yáng)能高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)。

2020年9月，HAPS Mobile公司在美國(guó)新墨西哥州，對(duì)具有基站功能的Sunglider太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。

據(jù)稱，Sunglider翼展78米，飛行時(shí)長(zhǎng)在20小時(shí)以上，是全球首個(gè)能在離地20千米的平流層同地面實(shí)現(xiàn)“LTE通信”的空中基站。

隨著全球各國(guó)對(duì)長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的研發(fā)推進(jìn)，可以預(yù)測(cè)的是，在移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)接入、災(zāi)害預(yù)警、海域監(jiān)管、國(guó)家安全等方面，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)著實(shí)大有用處。

但同時(shí)，已經(jīng)發(fā)生的墜毀案例和失敗項(xiàng)目，也從側(cè)面表明太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)有較高的要求。

首先，其機(jī)體結(jié)構(gòu)決定了大展弦比的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)易受不利天氣條件的影響，特別是在通過(guò)對(duì)流層，進(jìn)行爬升和下降的過(guò)程中。

其次，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)對(duì)能源轉(zhuǎn)換要求較高，電池轉(zhuǎn)化效率要高，儲(chǔ)能電池要保持強(qiáng)勁。如果這兩項(xiàng)要求無(wú)法被滿足，最終無(wú)人機(jī)會(huì)由于推力有限、續(xù)航時(shí)間不夠而失去經(jīng)濟(jì)性。

此外，萬(wàn)米高空中強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射和紫外線對(duì)無(wú)人機(jī)電池的耐高（低）溫、耐輻射、耐腐蝕性要求也極高。

“啟明星50”的首飛成功表明我國(guó)在大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工程能力的躍升，為將來(lái)的帶載荷、長(zhǎng)航時(shí)任務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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