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中国太阳能无人机可留空数月

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中国太阳能无人机可留空数月

据报道,由中国航空工业第一飞机设计研究院设计研发的“启明星”太阳能无人机大尺寸(20米翼展)技术验证机(下文简称“启明星”验证机)完成首飞,这是一飞院继“10米级翼展”技术验证机完成长航时试飞(于2018年9月实现了连续飞行超过5小时)后的又一创举。

据一飞院公开的官方资料显示,“启明星”验证机全机身采用超轻复合材料结构设计(翼展20米、弦长1.1米,总重仅18.9千克,一个成年人就能轻松举起),利用机翼上搭载的太阳能电池供电作为动力,具备在2万米以上高空巡航,以及连续进行超长航时留空飞行的能力,理论上可留空飞行数月之久,在军用和民用领域都有巨大的发展潜力。


“启明星”太阳能无人机大尺寸技术验证机的地面资料图,其翼展达到20米,但采用了超轻型材料设计,仅需一个成年人就能扛起。

美国航空航天局研发的“太阳神”太阳能无人机试飞资料图,翼展达到了创纪录的78米,该机已于2003年因意外故障坠入太平洋。

太阳能无人机是以太阳辐射为能源并结合蓄电池,从而实现高空长航时飞行的飞行器。在白天,太阳辐射通过太阳能电池板转换为电能,一部分用于飞行,一部分储存在蓄电池中。到了夜间,通过蓄电池释放的电能继续驱动飞机飞行,依次往复,就能实现不间断飞行,具有飞行高度高、留空时间长的优势。世界上第一种太阳能无人机是美国研发的“日出1号”,该机共装有4096块单晶硅太阳能电池板,输出功率450瓦,于1974年11月在加州成功首飞,飞行高度达到152米,此次首飞标志着人类太阳能飞行时代的来临。

此后,世界各国都对太阳能无人机的技术进行了深入研究,例如美国国家航空航天局(NASA)于1999年推出了“太阳神”(Helios)大型太阳能无人机,外形尺寸达到创纪录水平,仅翼展就有75米(超过美军现役最大、翼展68米的C-5运输机),全机身采用碳纤维复合材料制造。“太阳神”于2001年8月创造了固定翼飞机最长时间水平飞行的新世界纪录,该机在2.9万米高空持续飞行超过40分钟。

英国“西风”-7太阳能无人机,该型机于2010年7月打破了太阳能无人机单次飞行时间最长的世界纪录,其续航时间达到了336小时22分钟。

除美国外,由英国国防部出资,英国凯奈蒂克公司研发的“西风”-6太阳能无人机曾创造了无人机最长飞行时间的世界纪录,该型无人机全长12.2米,全重327千克,最大巡航速度达到每秒70米,留空时间82小时37分钟。凯奈蒂克公司后来又研发了性能更先进的“西风”-7,该型无人机于2010年7月打破太阳能无人机单次飞行时间最长的世界纪录,续航时间达到了336小时22分钟(相当于两周时间),该记录目前尚未被打破。由于性能优异,英国皇家空军后宣布采购该型无人机,并于2017年正式装备部队。

由于具备超长留空时间,超高飞行高度多种优势,太阳能无人机十分适合执行对地侦察任务,图为英国“西风”-S太阳能无人机执行边境巡逻及对地探测宣传图。

太阳能无人机的军用潜力十分广阔,据专业人士曾计算过,如果使用上千架太阳能无人机可实现对全球主要地区的宽带网络无缝覆盖,一架太阳能无人机覆盖范围相当于200个地面基站。相比之下,太阳能无人机的有效载荷可达起飞重量的20%,而通信卫星则不到0.5%。此外,由于留空时间长达数月,太阳能无人机还能充当大气层内的“侦察卫星”,不仅比侦察卫星的反应速度更快(侦察卫星的运行轨道相对固定,飞越特定目标上空的过顶时间也十分有限)且使用更为灵活,由于依靠太阳能供电,无需频繁补给燃料, 获得高分辨率照片的综合成本只有侦察卫星的七分之一。

对于中国太阳能无人机来说,军用潜力还包括加装量子雷达后,可在高空执行对敌军隐身战机的探测任务,以及搭载高分辨率光学侦察设备或远程雷达系统,用于在大洋上侦察敌军航母打击群的动向,并为友军执行反航母作战提供实时数据更新等,未来其究竟还会有哪些发展,值得人们拭目以待。