【科学强国】国产太阳能无人机首飞成功！它跟普通无人机区别在哪里

　　9月3日，由航空工业一飞院研制的“启明星50”大型太阳能无人机在陕西榆林首飞成功。

图源：航空工业一飞院

　　“启明星50”于当日17时50分起飞，空中飞行26分钟，于18时16分平稳着陆。飞机状态良好，各系统运行正常，首飞圆满成功。

　　这样又大又轻的飞机，有什么用途？为什么世界各国都在这一领域暗暗发力？

　　中国又一款太阳能无人机首飞成功

　　据媒体报道，“启明星50”大型太阳能无人机是航空工业研制的首款超大展弦比高空低速无人机，首次采用双机身布局的大型无人机，第一款以太阳能为唯一动力能源的全电大型无人机。

　　其中，双机身布局最大的优点就是载重大、航程远，因为双机身可以带来更长的机翼。“启明星50”的翼展（机翼左右翼尖之间的距离）就有50米，跟普通民航飞机差不多（比如波音787为60.12米）。

　　据设计师介绍，“启明星50”还采用了模块化的设计，可以快速将单机拆为两架飞机，或增加一个机身模块。

　　它还有超大展弦比。所谓“展弦比”，其计算方法是用翼展的平方除以翼面积。所以越是外观细长的机翼，其展弦比越大，展弦比越大，飞行时间就更长。

　　理论上来讲，它们可在空中停留长达数月乃至数年。不过目前，“启明星50”的设计目标是连续飞行7天。

　　据介绍，为提高光电转换效率以及避免大气剧烈扰动，“启明星50”这种太阳能无人机的飞行高度均为平流层，巡航高度可达20000米以上。

图源：上观新闻

　　这种无人机有何用处？

　　航空工业表示，此次首飞成功，为航空工业大型太阳能无人机发展和型号立项奠定了坚实基础，将进一步推动我国新能源领域、复合材料领域、飞行控制领域等关键技术发展，提升我国向临近空间及远洋远海执行任务的能力。

　　所谓“临近空间”，就是指距地面20～100公里的空域。对于传统燃料消耗型飞机，发动机的功率会因临近空间过于稀薄的空气而影响功率，但对于全身布满太阳能电池板的无人机来说，临近空间正是“大显身手”的好地方。

　　由于太阳能无人机的特点（超长留空时间、大飞行高度）就跟卫星一样，因此也被称作“伪卫星”，可以利用高效、清洁、绿色、环保的太阳能，可长时间留空飞行，执行高空侦察、森林火情监测、大气环境监测、地理测绘、通信中继等任务。

　　尤其是通信，被认为是最佳的落地场景：既可以充当空中基站增强已有通信服务，也可以补盲偏远地区，以及突发灾害时提供应急，再就是军事中的远程中继通信。

　　当然，由于太阳能提供的功率所限，这种“伪卫星”的飞行速度只能达到100千米/小时左右（民航飞机的飞行速度为800千米/小时至1000千米/小时）。

　　我国是第三个掌握该技术的国家

　　2017年，由中国航天科技集团公司第十一研究院研发的“彩虹”号太阳能无人机试飞成功。我国也由此成为继美、英之后第三个掌握该技术的国家。

　　彩虹太阳能无人机翼展45米、表面布满太阳能电池板，外形“科幻”；未来一次飞行可达数月甚至数年，具备“准卫星”特征；可充当“空中移动WiFi”基站、高空实时监视定位，应用前景广阔……

图源：百度百科

　　2019年，在上海临港研发近两年的“墨子Ⅱ型”太阳能飞机试飞成功。该项目负责人表示，中国的太阳能飞机硬件没有问题，关键在于气象保障、航路计划等“软件”尚显不足。“墨子Ⅱ”在完成后续性能测试后，该飞机将开放同5G蜂窝设备商、移动数据运营商合作，扩大使用场景。

　　目前，除了“启明星50”太阳能无人机，国内还有多款太阳能无人机正在研制与试飞。

　　空客太阳能无人机连续飞行两个月后坠毁

　　西方多国也一直在加快在太阳能无人机领域的竞争步伐。

　　据国外航空新闻网站SimpleFlying报道，8月19日，著名的空客太阳能无人机Zephyr在美国亚利桑那州上空失联。该机已经连续飞行了64天，如果再坚持几个小时，它就能打破史上最长飞行纪录。

　　这架无人机于2022年6月15日从美国陆军尤马试验场(Yuma Proving ground)起飞，此后一直在试验场和科法（Kofa）国家野生动物保护区上空飞行。而这次飞行打破了其在2018年8月创下的25天23小时的飞行纪录，并达成了一系列新的里程碑，包括首次飞越水面、首次飞入国际空域、通过卫星通信控制的最长连续飞行，以及距离起飞点最远的飞行等。

　　空中客车公司将Zephyr无人机描述为“首架此类型平流层无人机”，能够一次连续飞行数月。其设计目的是在长时间高空飞行的同时，用太阳能为其机载电池充电，以使其可以在夜间继续飞行。因为有储能系统，空客公司声称这款无人机的飞行“完全碳中和”。

　　报道称，尽管空中客车公司未证实，但该机应该是坠毁了。

图源：环球网

　　此外，据外媒报道，俄“前瞻研究”基金与研究自动控制的科研人员共同研制了代号为“猫头鹰”的无人机，负责携带无线通信设备向偏远地区传输无线数据。

　　据介绍，“猫头鹰”机身主要由碳纤维材料制作，自重12公斤，翼展9米。机翼的上表面遍布太阳能板，机舱内装有蓄电池。在首次试飞中，“猫头鹰”无人机在距地9000米的空中，不间断飞行了50个小时，其飞行空域位于北纬66.5度以上的高纬度区域。

　　还有，Facebook为了推行全球连网计划也设计了一款太阳能无人机“Aquila”。

　　2017年，该机在第二次试飞中成功，飞行了1小时46分钟。

图源：网络

　　未来无人机发展的重要方向

　　太阳能无人机以太阳光能作为能源，在白天将多余能量储存在蓄电池中。在夜晚，通过蓄电池持续飞行。和以化学燃料为能源的飞机相比，太阳能飞机不污染大气，是真正的绿色环保飞行器，也是未来无人机发展的重要方向。

　　据2018年调查公司NSR的一份调查报告显示，在平流层飞行的无人机、飞船等超高度航空器，在今后10年的市场规模可以达到17亿美元。另外，平流层无人机开展过多次商业化试验，比起其他平流层航空器项目能募集到更多资金投入，NSR的分析师称，超高度航空器开发项目非常有前景。

　　美国Facebook公司研发的平流层无人机“天鹰座（Aquila）”，已经成功试飞2次。波音的子公司也一度宣布，正在推进一个叫做“奥德修斯（Odysseus）”的平流层无人机项目，此外还有空客的“和风S”。各大公司的实际行动，也足以说明这个项目确实是有前景的。

　　专家表示，太阳能无人机理论上可以达到无限航时，如果按照一次飞行3个月来设计，每天飞行几千公里，那3个月就可以飞几十万公里。基于这样的设计，它的应用场景将非常广泛，无论是对地观测，还是通信基站“挂”在天上、通信中继等功能都可以实现。

　　不过，如果想要太阳能无人机在全球范围内飞行，需要克服更多技术难题。因此大家既要对这一技术的发展前景有信心，又要对于攻克相关技术的过程有耐心。

　　（中国小康网综合环球网、上观新闻、澎湃新闻、中国青年网等）

　　作者：风华

　　审核：龚紫陌