據2月8日報道,，一架翼展40多米,、表面布滿太陽能電池板的螺旋槳飛機，目前正靜靜地停在中國航天空氣動力技術研究院的機庫里,。這架彩虹系列太陽能無人機已完成飛行試驗，將于今年測試臨近空間高度飛行,。

空氣動力技術研究院無人機總工程師石文介紹,，這是美國NASA系列后世界上最大的太陽能無人機，性能指標和技術能力為國際前三,。

憑借超高空,、長航時、易保障這三大“法寶”,，太陽能無人機未來有望承擔起長時間空中預警,、大面積空中偵察以及災害監(jiān)測、氣象觀測,、通信中繼等任務,。

翼展逾40米的中國新一代彩虹系列太陽能無人機

可實現(xiàn)區(qū)域持久駐留

據大公網8日報道,，太陽能飛行器顧名思義是一種以太陽光能作為能源的飛行器。白天,，飛行器依靠太陽電池的光電轉換效應,，為動力系統(tǒng)、航空電子設備及任務載荷提供能量,，同時將多余的能量儲存在蓄電池中,。夜晚，它再通過蓄電池的電能持續(xù)飛行,。

如果不考慮部件壽命,，這種飛行器理論上可以實現(xiàn)“永久飛行”。作為世界強國都在聚焦的太陽能無人機,，則可具有數十千米的飛行高度,、長達數月的巡航能力。

太陽能無人機也被稱為“大氣層衛(wèi)星”,，可代替低軌道衛(wèi)星的部分功能,。太陽能無人機可在局部形成持續(xù)的監(jiān)視、信息中繼能力,。與衛(wèi)星的周期性訪問相比,，太陽能無人機可實現(xiàn)區(qū)域持久駐留，其執(zhí)行監(jiān)視任務的時間/空間分辨率更高,，區(qū)域通信能力更強,，且起降場地簡單，發(fā)射及運行成本更低,。

太陽能無人機的研究,，成為世界強國的必爭之地，在美歐等國都在發(fā)展規(guī)劃中都將太陽能無人機作為高空長航時飛行平臺,，并向超高空化,、超長航時化、大型化,、實用化方向發(fā)展,。中國的彩虹系列太陽能無人機，近年來異軍突起,，成為這一領域極具競爭力的選手,。

據介紹，中國航天空氣動力技術研究院的太陽能無人機研究,，已先后突破了平臺概念研究及小型驗證機研制,、關鍵技術研究和方案論證、40余米翼展大尺度技術驗證機飛行試驗等關鍵技術。翼展長度達到40余米的樣機,，已完成多次飛行試驗,，實現(xiàn)了小風速、劇烈垂直氣流變化,、大強度水平風多種風場條件下的低空自主穩(wěn)定飛行,。

飛得高難點是氣動布局無模板

太陽能無人機通常采用大展弦比機翼，可升至20千米至30千米高度,。這一空域大氣稀薄,，氣象條件穩(wěn)定，飛行因此可以更平穩(wěn),、快速,。

展弦比是指機翼長度的平方除以機翼面積。現(xiàn)代大型飛機多采用大展弦比機翼,，以減小能耗,。同樣一架太陽能飛機，飛行高度越高,，所需功率就越大,，對于光伏吸收和推進系統(tǒng)效率、機體結構與蓄電池組的輕質化等要求也就更高,。

石文說,，太陽能無人機的氣動布局和翼型，無法套用成熟的常規(guī)飛機模板,，關鍵在于解決氣動布局優(yōu)化設計問題,，以提高飛機的升阻比。

他介紹,，由于依靠太陽能提供的電力飛行,，目前翼展60米量級的太陽能無人機提供的有效載荷能力大致在50千克量級。

“陽光動力2號”

飛得久目標是數月可以不停飛

太陽能無人機無燃油消耗,，有望實現(xiàn)數月甚至更長時間的超長航時飛行,。

石文介紹，由于太陽能電池轉化效率和儲能電池能重比不足,，推進能力有限,，目前太陽能無人機高空飛行速度一般在150千米／小時至200千米／小時。

他表示,，高效高能量密度太陽能及儲能能源系統(tǒng)是決定太陽能無人機性能水平的關鍵領域，因此需要大量關注新興技術,，包括超高效柔性薄膜太陽電池及輕質組陣技術,、先進光電轉換技術、高比能量儲能電池技術等。

易保障前提是系統(tǒng)技術可靠性高

太陽能無人機具有較高的運行效費比,。其機載系統(tǒng)簡單,，對跑道長度要求不高，也無需加油等保障設備,。由于航時超長,，完成持久性任務無需頻繁更替輪換。

不過,，石文告訴記者,，太陽能無人機總體設計技術在國內外尚未形成成熟的設計體系，技術和工程設計上也有別于常規(guī)的固定翼無人機,。

比如,，臨近空間飛行環(huán)境對電機裝置的性能要求兼?zhèn)涓咝省⒏吖β拭芏?、高可靠性,、高穩(wěn)定性，現(xiàn)有航空平臺飛控系統(tǒng)的傳感器,、作動器也還無

法滿

足超長航時飛行等要求,，后續(xù)需要大量設計試驗和實飛驗證。

但相比衛(wèi)星,，太陽能無人機具有成本低,、部署靈活等優(yōu)勢。此外,，可與高空巨型飛艇配合,，以固定平臺與機動平臺的高低搭配形式，形成區(qū)域全覆蓋的不間斷態(tài)勢感知,、通信和中繼網絡,。

石文說，他帶領的科研團隊已初步探索出太陽能飛機的關鍵技術點,，未來研究將向更高難度,、更深層次挺進。

據大公網報道,，對于太陽能無人機未來的用途,，空氣動力技術研究院的專家指出，除可進行空中長時間偵察監(jiān)視等軍事用途外,，這種無人機還可以完成災害監(jiān)測,、邊境巡邏、空中和地面交通管理,、通訊中繼等任務,。在發(fā)生災害時,，替代中斷的通信，保持災區(qū)與外界的聯(lián)絡,。

太陽能飛行器研發(fā)多國競技

美國NASA太陽能無人機：截至2003年項目結束前共研制出Pathfinder,、Pathfinder-Plus、Centurion和Helios,，都采用了飛翼布局,。其中，Helios的翼展長度達到75.3米,。

美國國防部預研局“禿鷹”計劃：目的是尋求提供一種可保持在18.3km～27.4km高度,、攜帶450kg有效載荷、機上功率5kW,、續(xù)航時間超過5年,、可在99%的時間內保持在任務空域中的固定翼飛行器。波音／奎奈蒂克公司團隊提出的“太陽鷹”方案中標,。

英國奎奈蒂克公司的Zephyr太陽能無人機計劃始于2001年,。2010年7月，Zephyr在亞利桑那州的尤馬實驗場起飛,，攜帶2.7kg有效載荷,，飛行14天零24分鐘，起飛重量50kg,，翼展22.5m,。

瑞士“陽光動力2號”太陽能飛機在2015年至2016年環(huán)球飛行期間，最多曾達到118小時不間斷飛行,。由于其不是無人機,，需要搭載人員和相關設備，總載重約為100公斤,，設計巡航高度范圍在1.5千米至8.5千米,，飛行受氣象條件影響較大。