国产太阳能无人机技术跻身国际前列

新华社北京2月7日电:超高空、长飞行时间、易保障——国内太阳能无人机技术居世界前列

新华社记者董锐锋、白

一架翼展超过40米、表面覆盖着太阳能电池板的螺旋桨飞机静静地停在中国航空航天空气动力学研究所的机库里。彩虹系列太阳能无人飞行器已经完成飞行测试，并将于今年测试其接近高度。

空气动力学技术研究所无人机总工程师石闻表示，这是继美国国家航空航天局系列之后世界上最大的太阳能无人机，其性能指标和技术能力位居世界前三。依托超高空、长飞行时间、易保障的三大“法宝”，未来太阳能无人机有望承担长期空中预警、大面积空中侦察、灾害监测、气象观测、通信中继等任务。

高空飞行的困难在于没有气动布局的模板。

太阳能无人机通常使用高展弦比机翼，可以上升到20公里到30公里的高度。这个空域有稀薄的大气层和稳定的气象条件，所以飞行可以更顺利和更快。

长宽比是机翼长度除以机翼面积的平方。现代大型飞机大多使用大展弦比机翼来降低能耗。同样，太阳能飞机的飞行高度越高，所需功率越大，对光伏吸收和推进系统效率的要求越高，机身结构和电池组就越轻。

石闻说，太阳能无人机的气动布局和翼型不能使用成熟的常规飞机模板。关键是解决气动布局优化设计问题，提高飞机的升阻比。

他说，由于太阳能提供动力飞行，翼展60米的太阳能无人驾驶飞行器提供的有效载荷能力约为50公斤。

相比之下，已完成全球飞行的瑞士太阳能飞机“阳光动力2号”由于需要搭载人员和相关设备，总载荷约为100公斤，设计巡航高度为1.5至8.5公里。其飞行受气象条件影响很大。

飞行很长时间，目标是保持飞行几个月。

太阳能无人机不消耗燃料，预计可以飞行数月甚至更长时间。

2009年，美国国防部的预研局启动了“秃鹰”计划，该计划旨在开发一种固定翼飞机，它能保持18.3公里至27.4公里的高度，携带450公斤有效载荷，续航时间超过5年，并能在99%的时间内保持在任务空域，为美国军方提供持续的情报、监视、侦察和通信中继能力。太阳能无人机成为其计划的首选。

在2015年至2016年的全球飞行中，阳光动力2号的不间断飞行时间最长为118小时。

石闻说，由于太阳能电池的转换效率和储能电池的能量重量比不足，以及推进能力有限，目前太阳能无人机的高空飞行速度一般为150公里/小时至200公里/小时。

他说，高效率和高能量密度的太阳能和能量存储系统是决定太阳能无人机性能水平的关键领域。因此，需要高度重视新兴技术，包括超高效柔性薄膜太阳能电池和轻质阵列技术、先进的光电转换技术、高比能量蓄电池技术等。

易于确保，前提是系统具有高技术可靠性。

太阳能无人机具有很高的运行效率和成本比。它的机载系统很简单，不需要太多跑道长度，也不需要任何支持设备，如加油。由于飞行时间长，不需要频繁更换和轮换来完成持续的任务。

不过，石闻告诉记者，太阳能无人机的总体设计技术在国内外尚未形成成熟的设计体系，技术和工程设计也不同于传统的固定翼无人机。

例如，临近空间飞行环境对电机装置的性能要求高效率、高功率密度、高可靠性和高稳定性。现有航空平台飞行控制系统的传感器和执行器也不能满足超长飞行等要求。随后需要进行大量的设计试验和实际飞行验证。

然而，与卫星相比，太阳能无人机具有成本低、部署灵活等优点。此外，它还可以与高空巨型飞艇配合，以固定平台和移动平台高低搭配的形式，形成全覆盖区域的不间断态势感知、通信和中继网络。

石闻说，他的科学研究小组已经初步探索了太阳能飞机的关键技术点，未来的研究将推进到更高的难度。