“偽衛(wèi)星”為何成多國“暗戰(zhàn)”新高地

中國又一款太陽能無人機首飛成功根據(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9月3日17時50分起飛，空中飛行26分鐘，于18時16分平穩(wěn)著陸，順利完成首飛任務(wù)，飛機狀態(tài)良好，各系統(tǒng)運行正常，首飛圓滿成功。

據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，該機是航空工業(yè)研制的首款超大展弦比高空低速無人機，首次采用雙機身布局的大型無人機，第一款以太陽能為唯一動力能源的全電大型無人機。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)球時報》記者介紹，從國外太陽能無人機的發(fā)展情況來看，新型的太陽能無人機可以在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，一架太陽能無人機的覆蓋范圍相當(dāng)于200個地面基站，其有效載荷也可以達到飛機本身起飛重量的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)大型太陽能無人機發(fā)展和型號立項奠定了堅實基礎(chǔ)，將進一步推動我國新能源領(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洋遠海執(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，國內(nèi)還有多款太陽能無人機進入公眾的視野。2017年，國產(chǎn)“彩虹”太陽能無人機第一次試飛，持續(xù)飛行了15小時左右平穩(wěn)降落，這也讓我國在英美之后，躋身太陽能無人機領(lǐng)域的世界前三。從“彩虹”太陽能無人機未來的發(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WiFi基站，讓偏遠地區(qū)的人們用上便宜的移動通信和互聯(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、常態(tài)化海域監(jiān)管等方面。

2019年，在上海臨港研發(fā)近兩年的“墨子II型”太陽能飛機試飛成功。該項目負責(zé)人表示，中國的太陽能飛機硬件沒有問題，關(guān)鍵在于氣象保障、航路計劃等“軟件”尚顯不足?！澳覫I”在完成后續(xù)性能測試后，該飛機將開放同5G蜂窩設(shè)備商、移動數(shù)據(jù)運營商合作；擴大使用場景。

美英看好太陽能無人機軍事潛力

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

有美媒7月底報道稱，美國陸軍與空客合作的“和風(fēng)-S”太陽能無人續(xù)在空中飛行超過50天，而且續(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)”進行了首次長時間飛行，在空中停留了25天零23小時。

王亞男認為，“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、長航時無人機具有更高的持久性，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非常感興趣。美國陸軍相關(guān)項目負責(zé)人邁克?蒙特萊昂表示，他們在高空平臺的試驗中看到了長足進步，這項試驗?zāi)軌虺浞痔剿髌搅鲗犹柲茱w機的多種軍事用途的未來潛力。據(jù)報道，“和風(fēng)-S”太陽能無人機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)時沒有透露具體購入，目的，但有外國智庫認為，“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裝備能力項目的二部分。國外航空新聞時站稱，8月19日，著名的空客太陽能無力人機“和風(fēng)-S”在美國亞利桑那州上空失聯(lián)。該機已連續(xù)飛行64天，如果再堅持幾小時，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進行了多年測試，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任務(wù)目標(biāo)后，研制團隊正在分析1500多小時的平流層任務(wù)數(shù)據(jù)。

按照原先的計劃，“和風(fēng)-S”下一階段測試將要攜帶新的載荷飛越太平洋。不過試驗時間還未確定，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。

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

太陽能無人機 距實用還有多遠

全球多國都在持續(xù)發(fā)力研制太陽能 無人機，后續(xù)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展前景如 何？太陽能無人機未來發(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)球時報》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)球時報》記者表示，目前國內(nèi)外多家企業(yè)都在攻關(guān)長航時太陽能無人機的技術(shù)，說明相關(guān)配套技術(shù)取得了一定的突破，無論是飛機平臺、太陽能電池、儲能電池等。太陽能無人機理論上可以達到無限航時，如果按照一次飛行3個月來設(shè)計，每天飛行幾千公里，那3個月就可以飛幾十萬公里?；谶@樣的設(shè)計，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現(xiàn)。同時，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)需要進一步突破的技術(shù)難題。要像美國曾提出的“禿鷲”計劃那樣攜帶幾百公斤的載荷、在空飛行數(shù)年、飛行高度達到1.7萬米-2.7萬米，就具有很高的實用價值，但要實現(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、結(jié)構(gòu)、動~力能源等一系列關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得突破。同時，如果想要太陽能無人機在全球范圍內(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》一篇題為《超長航時太陽能無人機關(guān)鍵技術(shù)綜述》的論文根據(jù)各項技術(shù)的發(fā)展趨勢，預(yù)測了未來20年太陽能無人機的發(fā)展情況。文章認為，氣動、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，太陽能無人機載荷重量與結(jié)構(gòu)重量的比值將達到常規(guī)電動無人機水平，2040年左右，搭載固定重量載荷的太陽能無人機最大起飛重量將下降到目前的1/3。未來，超長航時太陽能無人機將具有更為完備的任務(wù)體系和更加完善的功能，氣動-結(jié)構(gòu)-隱身一體化設(shè)計技術(shù)、變體布局綜合設(shè)計技術(shù)、健康監(jiān)測與故障處理技術(shù)等也將成為超長航時太陽能無人機設(shè)計的關(guān)鍵。▲