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被稱作“偽衛(wèi)星”的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī),為什么成為多國(guó)“暗戰(zhàn)”新高地?

軍工資源網(wǎng) 2022年09月06日

9月3日,由中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱“航空工業(yè)”)研制的“啟明星50”大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)在陜西榆林首飛成功。目前,除了“啟明星50”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī),國(guó)內(nèi)還有多款太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)正在研制與試飛。西方多國(guó)也一直在加快在太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)步伐。為何被稱為“偽衛(wèi)星”的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)受到全球多國(guó)的關(guān)注,這一平臺(tái)具有的哪些應(yīng)用潛力讓它成為全球競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)新高地呢?

中國(guó)又一款太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)首飛成功

根據(jù)航空工業(yè)微信公眾號(hào)的消息,航空工業(yè)一飛院研制的“啟明星50”大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)9月3日17時(shí)50分起飛,空中飛行26分鐘,于18時(shí)16分平穩(wěn)著陸,順利完成首飛任務(wù),飛機(jī)狀態(tài)良好,各系統(tǒng)運(yùn)行正常,首飛圓滿成功。

“啟明星50”大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解,該機(jī)是航空工業(yè)研制的首款超大展弦比高空低速無(wú)人機(jī),首次采用雙機(jī)身布局的大型無(wú)人機(jī),第一款以太陽(yáng)能為唯一動(dòng)力能源的全電大型無(wú)人機(jī)。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(yáng)能,可長(zhǎng)時(shí)間留空飛行,執(zhí)行高空偵察、森林火情監(jiān)測(cè)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、地理測(cè)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(hào)相關(guān)報(bào)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(wàn)米到10萬(wàn)米距離的空間。

《航空知識(shí)》雜志主編王亞男對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹,從國(guó)外太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的發(fā)展情況來看,新型的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可以在1.8萬(wàn)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(yáng)能無(wú)人機(jī)的覆蓋范圍相當(dāng)于200個(gè)地面基站,其有效載荷也可以達(dá)到飛機(jī)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(yáng)能無(wú)人機(jī)要比人造衛(wèi)星在某些方面的優(yōu)勢(shì)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(yáng)能無(wú)人機(jī)發(fā)展和型號(hào)立項(xiàng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)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(guó)向臨近空間及遠(yuǎn)洋遠(yuǎn)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(yáng)能無(wú)人機(jī),國(guó)內(nèi)還有多款太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)進(jìn)入公眾的視野。2017年,國(guó)產(chǎn)“彩虹”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)第一次試飛,持續(xù)飛行了15小時(shí)左右平穩(wěn)降落,這也讓我國(guó)在英美之后,躋身太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的世界前三。從“彩虹”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)未來的發(fā)展規(guī)劃來看,它可以作為空中平臺(tái),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(dòng)WiFi基站,讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們用上便宜的移動(dòng)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(xiǎn)、常態(tài)化海域監(jiān)管等方面。

“彩虹”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)試飛的畫面。

2019年,在上海臨港研發(fā)近兩年的“墨子Ⅱ型”太陽(yáng)能飛機(jī)試飛成功。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示,中國(guó)的太陽(yáng)能飛機(jī)硬件沒有問題,關(guān)鍵在于氣象保障、航路計(jì)劃等“軟件”尚顯不足?!澳英颉痹谕瓿珊罄m(xù)性能測(cè)試后,該飛機(jī)將開放同5G蜂窩設(shè)備商、移動(dòng)數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)商合作,擴(kuò)大使用場(chǎng)景。

美英看好太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)軍事潛力

美國(guó)陸軍和歐洲空客公司合作的“和風(fēng)-S”(Zephyr S)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可能是最近風(fēng)頭最勁的國(guó)外太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)了。一架“和風(fēng)-S”在連續(xù)飛行兩個(gè)多月之后失聯(lián),據(jù)外媒報(bào)道該機(jī)已經(jīng)失控墜毀。

有美媒7月底報(bào)道稱,美國(guó)陸軍與空客合作的“和風(fēng)-S”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)已持續(xù)在空中飛行超過50天,而且持續(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(jìn)行了首次長(zhǎng)時(shí)間飛行,在空中停留了25天零23小時(shí)。

王亞男認(rèn)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(wàn)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(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)具有更高的持久性,還可以相對(duì)快速地部署到前線,除了能長(zhǎng)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(duì)這款太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)非常感興趣。美國(guó)陸軍相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人邁克·蒙特萊昂表示,他們?cè)诟呖掌脚_(tái)的試驗(yàn)中看到了長(zhǎng)足進(jìn)步,這項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)軌虺浞痔剿髌搅鲗犹?yáng)能飛機(jī)的多種軍事用途的未來潛力。據(jù)報(bào)道,“和風(fēng)-S”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)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(hào)或字母。

2016年,英國(guó)國(guó)防部宣布訂購(gòu)多架“和風(fēng)-S”,雖然當(dāng)時(shí)沒有透露具體購(gòu)入目的,但有外國(guó)智庫(kù)認(rèn)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(duì)裝備能力項(xiàng)目的一部分。

國(guó)外航空新聞網(wǎng)站SimpleFlying稱,8月19日,著名的空客太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)“和風(fēng)-S”在美國(guó)亞利桑那州上空失聯(lián)。該機(jī)已連續(xù)飛行64天,如果再堅(jiān)持幾小時(shí),它就能打破史上最長(zhǎng)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(duì)該系列無(wú)人機(jī)進(jìn)行了多年測(cè)試,目前最新型號(hào)是“和風(fēng)-8”。在經(jīng)歷了64天的平流層飛行并完成了多項(xiàng)任務(wù)目標(biāo)后,研制團(tuán)隊(duì)正在分析1500多小時(shí)的平流層任務(wù)數(shù)據(jù)。

按照原先的計(jì)劃,“和風(fēng)-S”下一階段測(cè)試將要攜帶新的載荷飛越太平洋。不過試驗(yàn)時(shí)間還未確定,本次墜毀事故是否會(huì)對(duì)后續(xù)測(cè)試任務(wù)造成影響,還要繼續(xù)觀察。

除了空客的項(xiàng)目,一家美國(guó)科技公司研發(fā)了一款平流層無(wú)人機(jī)“天鷹座”(Aquila),已經(jīng)成功試飛多次。波音的子公司也曾宣布,正在推進(jìn)“奧德修斯”(Odysseus)平流層太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)項(xiàng)目,該無(wú)人機(jī)的翼展達(dá)到243英尺(74米)。

太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)距實(shí)用還有多遠(yuǎn)

全球多國(guó)都在持續(xù)發(fā)力研制太陽(yáng)能無(wú)人機(jī),后續(xù)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展前景如何?太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)未來發(fā)展又有哪些需要克服的技術(shù)難題呢?針對(duì)這些問題,《環(huán)球時(shí)報(bào)》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(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示,目前國(guó)內(nèi)外多家企業(yè)都在攻關(guān)長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的技術(shù),說明相關(guān)配套技術(shù)取得了一定的突破,無(wú)論是飛機(jī)平臺(tái)、太陽(yáng)能電池、儲(chǔ)能電池等。太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)理論上可以達(dá)到無(wú)限航時(shí),如果按照一次飛行3個(gè)月來設(shè)計(jì),每天飛行幾千公里,那3個(gè)月就可以飛幾十萬(wàn)公里。基于這樣的設(shè)計(jì),它的應(yīng)用場(chǎng)景將非常廣泛,無(wú)論是對(duì)地觀測(cè),還是通信基站“掛”在天上、通信中繼等功能都可以實(shí)現(xiàn)。同時(shí),也要看到目前仍有不少技術(shù)誤區(qū),未來國(guó)內(nèi)外的技術(shù)人員仍要用很長(zhǎng)一段時(shí)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(yáng)能無(wú)人機(jī)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(jìn)一步突破的技術(shù)難題。要像美國(guó)曾提出的“禿鷲”計(jì)劃那樣攜帶幾百公斤的載荷、在空飛行數(shù)年、飛行高度達(dá)到1.7萬(wàn)米-2.7萬(wàn)米,就具有很高的實(shí)用價(jià)值,但要實(shí)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(dòng)、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力能源等一系列關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得突破。同時(shí),如果想要太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)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(duì)這一技術(shù)的發(fā)展前景有信心,又要對(duì)于攻克相關(guān)技術(shù)的過程有耐心。

《航空學(xué)報(bào)》一篇題為《超長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)綜述》的論文根據(jù)各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),預(yù)測(cè)了未來20年太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的發(fā)展情況。文章認(rèn)為,氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)雖然是影響飛行器平臺(tái)性能指標(biāo)的重要因素,但發(fā)展空間有限,太陽(yáng)能電池、儲(chǔ)能電池效率和能量密度的提升,將是影響未來太陽(yáng)能飛行器性能的關(guān)鍵。研究表明,2032年左右,太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)載荷重量與結(jié)構(gòu)重量的比值將達(dá)到常規(guī)電動(dòng)無(wú)人機(jī)水平,2040年左右,搭載固定重量載荷的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)最大起飛重量將下降到目前的1/3。未來,超長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)將具有更為完備的任務(wù)體系和更加完善的功能,氣動(dòng)-結(jié)構(gòu)-隱身一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、變體布局綜合設(shè)計(jì)技術(shù)、健康監(jiān)測(cè)與故障處理技術(shù)等也將成為超長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

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