近日，我國自主研發的新型彩虹太陽能無人機圓滿完成臨近空間飛行試驗。此次試驗成功，標誌著我國已成為繼美、英之後第三個掌握該技術的國家。
彩虹太陽能無人機（圖片來源：央視新聞）
太陽能無人機是可以長時間在高空飛行的無人機，其滯空時間不是以小時計而是以月乃至年為單位。一般而言，這類無人機的設計目標都是在1.8萬米以上高空連續飛行數年。當然，為此目前此類無人機的飛行速度都比較慢，僅為100-200公里/小時，攜帶的載荷也只有幾十公斤。
彩虹太陽能無人機臨近空間飛行（圖片來源：央視新聞）
在空中停留數個月乃至數年一直是人類的夢想，不過實現者寥寥無幾。目前比較可靠的長滯空時間為飛行器。通過灌注密度低於空氣的氣體，如氣球和飛艇將可以持續地漂浮在空中。不過即便有氦氣這樣的安全氣體，氣球和飛艇這類浮空器依然面臨著諸多問題。首先是浮空器缺乏動力，控制較為困難和遲鈍，本身又比空氣輕，其無法應付對流層複雜的空氣系統。而在相對穩定的平流層，空氣密度較低也會制約浮空器的升力，浮空器無法攜帶更大的重量，並且足夠規律的飛行軌跡乃至定點上存在巨大困難。
浮空器在高空優勢並不明顯，圖為英國HAV304型飛艇
超長航時無人機是另一個解決方案，如果無人機使用太陽能，那麼就可以在理論上就擁有無限多的能源（或者有規律的週期性能源），那麼只要機械不出故障理論上就能解決飛行器長時間滯空的問題。不過說起來容易做起來同樣困難，太陽能電池板和儲能系統是能源供應的核心，因此其不僅需要有很高的能量轉化效率和能重比，還要有耐高/低溫變化、耐輻射、耐腐蝕、高可靠等物理特徵。目前的技術水準尚無法達到這樣的標準，因此太陽能無人機首先非常考驗相關技術。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僅在50千克量級。
彩虹太陽能無人機（圖片來源：央視新聞）
其次還有氣動佈局的問題，雖然“只要發動機好，一塊磚頭都能飛起來”，但在太陽能電池和儲能技術沒有完全成熟的情況下，太陽能無人機的動力是非常稀缺的。此外，高空的空氣稀薄，對於空氣動力特性也存在著一定影響。太陽能無人機既需要通過機翼來搭載大量太陽能電池板及其儲能設備，有需要足夠輕的結構重量來摳出一點點有效載荷，這無疑也非常考驗一國工程師們的能力。
赫利俄斯（Helios）太陽能飛機，起並非用於高空飛行
太陽能無人機美國和英國均有研究，大概有美國波音公司提出的“太陽鷹”（SolarEagle）無人機項目；由英國國防部資助，英國凱奈蒂克（QinetiQ）公司研製的“西風”（Zephyr）無人機；美國泰坦航空公司研製的Solara50高空太陽能無人機。其中，以“太陽鷹”為例，其設計目標是一架翼展達到121米的大型無人駕駛飛機，它至少可以在平流層飛行5年時間。
“西風”（Zephyr）無人機的兩個階段項目
中國在這項技術中實現了突破，這是反應中國技術能力的一件重要標誌。當然，由於目前“彩虹”太陽能無人機還處於試驗階段，其具體數據尚未公開，因此其價值尚且不容易判斷。不過，“彩虹”太陽能無人機對於拉動中國太陽能技術的提升，並且提供一種可靠的超長航時飛行器，其意義同樣十分重大。
彩虹太陽能無人機（圖片來源：央視新聞）
相關推薦
