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    科普之窗

    太阳能无人机:未来空中革命先锋

    冯杰

    2021-06-11 02:11

    本报记者 刘 霞
    科技日报(2021年06月04日)

    2016年7月,贝特朗·皮尔卡和安德烈·博尔施贝格驾驶由瑞士初创企业研制的“阳光动力”2号太阳能飞机,历时16个月,完成了环球飞行。该飞机没有耗费一滴燃油,飞行了42438公里。这次飞行不仅创造了纪录,也向世人宣告:从技术上讲,完全可以乘坐不消耗任何化石燃料的飞机环游世界。

    但科学家们的雄心不止于此!2019年,美国企业Skydweller买下了“阳光动力”的知识产权,这家拥有115名员工的公司的新目标是使太阳能飞机实现自动驾驶,即打造由太阳能提供动力的无人机。

    Skydweller并非唯一研制太阳能无人机的企业,德国、英国的多家私企也都在研制太阳能无人机,以便让其执行监测、通讯、科研等多项任务。

    “阳光动力”可飞行数月无需加油

    据《今日航空》杂志网站报道,Skydweller公司成立于2019年,收购了“阳光动力”2号公司后就开始了雄心勃勃的改造计划——投资1.9亿美元将“阳光动力”2号太阳能飞机改为太阳能无人驾驶飞机。这种飞机能够飞行数月而无需加油或维修工作。

    据西班牙《世界报》网站5月26日报道,Skydweller公司的太阳能无人机不是一架普通飞机。最惊人的是它的巨大“体型”:翼展达71.93米,上面分布着2900平方英尺的光伏电池。另外还安装有氢燃料电池,以备不时之需。该飞机的飞行速度在每小时45公里至90公里之间,飞行高度在5千米至1万米之间。要让它飞行需要良好的大气条件,因此必须提前数周制定时间表。

    Skydweller公司首席执行官罗伯特·米勒今年4月19日曾表示,改装后的“阳光动力”2号的长期目标是根据纬度的不同,实现长达90天的太阳能无人飞行。他相信在“不远的将来”,就可能实现完全自动驾驶飞机的商业化。

    米勒说:“我们正在逐步安装和测试自主软件系统。目前飞机上还有飞行员,这可以使我们在监管框架内保持灵活性,同时不断增强飞机的自主能力。我们的目标非常明确——让飞行员监控一个功能越来越强大的系统,这个系统能够自主执行起飞、着陆等任务。今后我们将拆除驾驶舱,开始完全自主的飞行试验?!?/span>

    此外,该飞机的有效载荷为800磅(约363公斤),比MQ-1“捕食者”能携带更多雷达和摄像设备。

    米勒和联合创始人约翰·帕克斯表示,他们的太阳能无人飞机未来还可以在多个领域大显身手,包括在人口稠密地区执行情报收集、监视和侦察(ISR)任务,也有望服务于紧急航空医疗市场。

    帕克斯说,除了像“捕食者”一样应用于军事领域外,这架无人机适飞于中海拔,具有超长续航能力,还可以为偏远地区居民提供经济高效的网络连接。尽管天基连接解决方案还在不断改进,如太空探索技术公司(SpaceX)的近地轨道卫星“星链”(Starlink),但与距离地面300英里以上的卫星相比,在中海拔高度工作的飞机能更好地利用频谱。

    “高空平台”集航空航天优点于一身

    此外,也有科学家正在开发其他类型的太阳能无人机,用于科学、通信等领域。

    据德国宇航中心(DLR)官网近日报道,该中心正在研发一种集航天和航空优点于一身的平流层太阳能无人机,来保障未来的科学实验。

    当人们说到地球观测和全球通信时,立刻会想到卫星。但建造这些卫星并将其送入轨道的成本很高,而且任务结束后留下的残骸有时会成为空间碎片。而飞机或直升机的部署受到时间和地点因素的限制,且高度依赖于天气,也不适合执行这些任务。

    据该中心网站介绍,DLR正在研发一种无人驾驶的太阳能平流层飞机,用于执行上述任务。研究人员已将这种无人机命名为“高空平台”(HAP)alpha。这类飞行器通常为太阳能平台,能持久地在高度达20千米的平流层底部飞行。

    该项目于2018年启动,由DLR下属的飞行系统研究所牵头,并联合DLR下属的16家研究所共同研发。

    据悉,“高空平台” alpha重36公斤,有效载荷为5公斤,翼展27米,支持军民两用。目前计划于2022年底进行首飞试验,主要用于航空航天、数字化和安全领域。

    这款飞机预计飞行高度为20公里,远高于民航飞行高度,不会受到恶劣天气的影响。只要太阳能充足,这类平台便能根据其载荷部署在任何地方,执行各类任务。

    “高空平台”alpha并非唯一能够提供这些服务的无人机。据媒体报道,2019年,英国国防巨擘BAE Systems公司就试飞了太阳能无人机PHASA-35。

    PHASA-35拥有一双扁平细长的机翼,机身苗条,翼展35米,重达150公斤,载重约15公斤。

    该团队声称,PHASA-35能在海拔20公里处飞行长达一年,提供通讯、即时监测及遥感探测等服务,是比传统卫星更加灵活的“伪卫星”。在即将来临的5G时代,这样的无人机或许可以成为低成本卫星的替代品。


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    2021-06-11 10:12
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