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9月3日，由中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司（簡稱“航空工業(yè)”）研制的“啟明星50”大型太陽能(7.970, 0.11, 1.40%)無人機(jī)在陜西榆林首飛成功。目前，除了“啟明星50”太陽能無人機(jī)，國內(nèi)還有多款太陽能無人機(jī)正在研制與試飛。西方多國也一直在加快在太陽能無人機(jī)領(lǐng)域的競爭步伐。為何被稱為“偽衛(wèi)星”的太陽能無人機(jī)受到全球多國的關(guān)注，這一平臺具有的哪些應(yīng)用潛力讓它成為全球競爭的技術(shù)新高地呢？

中國又一款太陽能無人機(jī)首飛成功

(資料圖)

根據(jù)航空工業(yè)微信公眾號的消息，航空工業(yè)一飛院研制的“啟明星50”大型太陽能無人機(jī)9月3日17時(shí)50分起飛，空中飛行26分鐘，于18時(shí)16分平穩(wěn)著陸，順利完成首飛任務(wù)，飛機(jī)狀態(tài)良好，各系統(tǒng)運(yùn)行正常，首飛圓滿成功。

“啟明星50”大型太陽能無人機(jī)“啟明星50”大型太陽能無人機(jī)

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，該機(jī)是航空工業(yè)研制的首款超大展弦比高空低速無人機(jī)，首次采用雙機(jī)身布局的大型無人機(jī)，第一款以太陽能為唯一動(dòng)力能源的全電大型無人機(jī)。它是一款能夠在高空連續(xù)飛行的“偽衛(wèi)星”，它利用高效、清潔、綠色、環(huán)保的太陽能，可長時(shí)間留空飛行，執(zhí)行高空偵察、森林火情監(jiān)測、大氣環(huán)境監(jiān)測、地理測繪、通信中繼等任務(wù)。

在航空工業(yè)的通稿中沒有提到“啟明星50”本次試飛的相關(guān)性能參數(shù)，但在航空工業(yè)微信公眾號相關(guān)報(bào)道的標(biāo)題中提到了“臨近空間”。所謂臨近空間是指離地球2萬米到10萬米距離的空間。

《航空知識》雜志主編王亞男對《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹，從國外太陽能無人機(jī)的發(fā)展情況來看，新型的太陽能無人機(jī)可以在1.8萬米以上的高空連續(xù)工作數(shù)月，并向地面提供互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)。據(jù)王亞男介紹，一架太陽能無人機(jī)的覆蓋范圍相當(dāng)于200個(gè)地面基站，其有效載荷也可以達(dá)到飛機(jī)本身起飛重量的20%，而通信衛(wèi)星則不到0.5%，相比之下，高空太陽能無人機(jī)要比人造衛(wèi)星在某些方面的優(yōu)勢更大，而且成本更低，因此也被稱為“偽衛(wèi)星”。

航空工業(yè)表示，此次首飛成功，為航空工業(yè)大型太陽能無人機(jī)發(fā)展和型號立項(xiàng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，將進(jìn)一步推動(dòng)我國新能源(5.980, 0.54, 9.93%)領(lǐng)域、復(fù)合材料領(lǐng)域、飛行控制領(lǐng)域等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展，提升我國向臨近空間及遠(yuǎn)洋遠(yuǎn)海執(zhí)行任務(wù)的能力。

目前，除了航空工業(yè)最新首飛的“啟明星50”大型太陽能無人機(jī)，國內(nèi)還有多款太陽能無人機(jī)進(jìn)入公眾的視野。2017年，國產(chǎn)“彩虹”太陽能無人機(jī)第一次試飛，持續(xù)飛行了15小時(shí)左右平穩(wěn)降落，這也讓我國在英美之后，躋身太陽能無人機(jī)領(lǐng)域的世界前三。從“彩虹”太陽能無人機(jī)未來的發(fā)展規(guī)劃來看，它可以作為空中平臺，提供持久的數(shù)據(jù)中繼和4G/5G通信，代替一部分衛(wèi)星的功能。比如，建立空中移動(dòng)WiFi基站，讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們用上便宜的移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。通信領(lǐng)域之外，它還可以用于重大自然災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急搶險(xiǎn)、常態(tài)化海域監(jiān)管等方面。

“彩虹”太陽能無人機(jī)試飛的畫面。

2019年，在上海臨港研發(fā)近兩年的“墨子Ⅱ型”太陽能飛機(jī)試飛成功。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示，中國的太陽能飛機(jī)硬件沒有問題，關(guān)鍵在于氣象保障、航路計(jì)劃等“軟件”尚顯不足?！澳英颉痹谕瓿珊罄m(xù)性能測試后，該飛機(jī)將開放同5G蜂窩設(shè)備商、移動(dòng)數(shù)據(jù)運(yùn)營商合作，擴(kuò)大使用場景。

美英看好太陽能無人機(jī)軍事潛力

美國陸軍和歐洲空客公司合作的“和風(fēng)-S”（Zephyr S）太陽能無人機(jī)可能是最近風(fēng)頭最勁的國外太陽能無人機(jī)了。一架“和風(fēng)-S”在連續(xù)飛行兩個(gè)多月之后失聯(lián)，據(jù)外媒報(bào)道該機(jī)已經(jīng)失控墜毀。

有美媒7月底報(bào)道稱，美國陸軍與空客合作的“和風(fēng)-S”太陽能無人機(jī)已持續(xù)在空中飛行超過50天，而且持續(xù)在飛，沒有電力耗盡的跡象，這已超過了原本的預(yù)期性能。2018年，“和風(fēng)”進(jìn)行了首次長時(shí)間飛行，在空中停留了25天零23小時(shí)。

王亞男認(rèn)為，“和風(fēng)-S”翼展為25米，總重量165磅（約75公斤），可以飛到2.32萬米高空，比傳統(tǒng)的間諜衛(wèi)星更加靈活，比其他現(xiàn)有的高空、長航時(shí)無人機(jī)具有更高的持久性，還可以相對快速地部署到前線，除了能長距離飛行，還能根據(jù)需求快速重新分配任務(wù)。

目前，美英軍方都對這款太陽能無人機(jī)非常感興趣。美國陸軍相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人邁克?蒙特萊昂表示，他們在高空平臺的試驗(yàn)中看到了長足進(jìn)步，這項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)軌虺浞痔剿髌搅鲗犹柲茱w機(jī)的多種軍事用途的未來潛力。據(jù)報(bào)道，“和風(fēng)-S”太陽能無人機(jī)的操作人員并非只是關(guān)注飛行，而是在飛行過程中利用航線記錄在天空中畫出一些有趣的圖案，比如數(shù)學(xué)符號或字母。

2016年，英國國防部宣布訂購多架“和風(fēng)-S”，雖然當(dāng)時(shí)沒有透露具體購入目的，但有外國智庫認(rèn)為，“和風(fēng)-S”能承擔(dān)持續(xù)監(jiān)控和通信中繼等任務(wù)，是投資20億英鎊提高特種部隊(duì)裝備能力項(xiàng)目的一部分。

國外航空新聞網(wǎng)站SimpleFlying稱，8月19日，著名的空客太陽能無人機(jī)“和風(fēng)-S”在美國亞利桑那州上空失聯(lián)。該機(jī)已連續(xù)飛行64天，如果再堅(jiān)持幾小時(shí)，它就能打破史上最長飛行紀(jì)錄?？湛头绖?wù)的一名代表稱，空客公司已經(jīng)在亞利桑那州對該系列無人機(jī)進(jìn)行了多年測試，目前最新型號是“和風(fēng)-8”。在經(jīng)歷了64天的平流層飛行并完成了多項(xiàng)任務(wù)目標(biāo)后，研制團(tuán)隊(duì)正在分析1500多小時(shí)的平流層任務(wù)數(shù)據(jù)。

按照原先的計(jì)劃，“和風(fēng)-S”下一階段測試將要攜帶新的載荷飛越太平洋(2.770, 0.02, 0.73%)。不過試驗(yàn)時(shí)間還未確定，本次墜毀事故是否會對后續(xù)測試任務(wù)造成影響，還要繼續(xù)觀察。

除了空客的項(xiàng)目，一家美國科技公司研發(fā)了一款平流層無人機(jī)“天鷹座”（Aquila），已經(jīng)成功試飛多次。波音的子公司也曾宣布，正在推進(jìn)“奧德修斯”（Odysseus）平流層太陽能無人機(jī)項(xiàng)目，該無人機(jī)的翼展達(dá)到243英尺（74米）。

太陽能無人機(jī)距實(shí)用還有多遠(yuǎn)

全球多國都在持續(xù)發(fā)力研制太陽能無人機(jī)，后續(xù)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展前景如何？太陽能無人機(jī)未來發(fā)展又有哪些需要克服的技術(shù)難題呢？針對這些問題，《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者5日采訪了相關(guān)領(lǐng)域的專家。

一位不具名的專家5日對《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，目前國內(nèi)外多家企業(yè)都在攻關(guān)長航時(shí)太陽能無人機(jī)的技術(shù)，說明相關(guān)配套技術(shù)取得了一定的突破，無論是飛機(jī)平臺、太陽能電池、儲能電池等。太陽能無人機(jī)理論上可以達(dá)到無限航時(shí)，如果按照一次飛行3個(gè)月來設(shè)計(jì)，每天飛行幾千公里，那3個(gè)月就可以飛幾十萬公里?；谶@樣的設(shè)計(jì)，它的應(yīng)用場景將非常廣泛，無論是對地觀測，還是通信基站“掛”在天上、通信中繼等功能都可以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也要看到目前仍有不少技術(shù)誤區(qū)，未來國內(nèi)外的技術(shù)人員仍要用很長一段時(shí)間來解決相關(guān)難題。比如，空客的“和風(fēng)-S”75公斤能攜帶5公斤的載荷。從中可以看出太陽能無人機(jī)的載荷重量與結(jié)構(gòu)重量的比值是比較低的，這是后續(xù)需要進(jìn)一步突破的技術(shù)難題。要像美國曾提出的“禿鷲”計(jì)劃那樣攜帶幾百公斤的載荷、在空飛行數(shù)年、飛行高度達(dá)到1.7萬米-2.7萬米，就具有很高的實(shí)用價(jià)值，但要實(shí)現(xiàn)這樣的性能就需要極高的升阻比、極輕的結(jié)構(gòu)重量、效率極高的能源系統(tǒng)等，這就需要在總體、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力能源等一系列關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得突破。同時(shí)，如果想要太陽能無人機(jī)在全球范圍內(nèi)飛行，需要克服更多技術(shù)難題。因此大家既要對這一技術(shù)的發(fā)展前景有信心，又要對于攻克相關(guān)技術(shù)的過程有耐心。

《航空學(xué)報(bào)》一篇題為《超長航時(shí)太陽能無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)綜述》的論文根據(jù)各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，預(yù)測了未來20年太陽能無人機(jī)的發(fā)展情況。文章認(rèn)為，氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)雖然是影響飛行器平臺性能指標(biāo)的重要因素，但發(fā)展空間有限，太陽能電池、儲能電池效率和能量密度的提升，將是影響未來太陽能飛行器性能的關(guān)鍵。研究表明，2032年左右，太陽能無人機(jī)載荷重量與結(jié)構(gòu)重量的比值將達(dá)到常規(guī)電動(dòng)無人機(jī)水平，2040年左右，搭載固定重量載荷的太陽能無人機(jī)最大起飛重量將下降到目前的1/3。未來，超長航時(shí)太陽能無人機(jī)將具有更為完備的任務(wù)體系和更加完善的功能，氣動(dòng)-結(jié)構(gòu)-隱身一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、變體布局綜合設(shè)計(jì)技術(shù)、健康監(jiān)測與故障處理技術(shù)等也將成為超長航時(shí)太陽能無人機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。