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中国航天科技集团十一院研制出新型彩虹太阳能无人机
2018-12-31 09:05

  由中国航天科技集团十一院研制的新型彩虹太阳能无人机,近日成功完成2万米以上高空飞行试验。

  由中国航天科技集团十一院研制的新型彩虹太阳能无人机,近日成功完成2万米以上高空飞行试验。

  彩虹太阳能无人机的核心关键技术和设备全部实现国产化,此次试飞成功,标志着我国成为继美、英之后全球第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。

  太阳能飞行器,顾名思义是一种以太阳光能作为能源的飞行器。据彩虹系列无人机总工程师石文介绍,随着太阳能新能源领域的发展,太阳能飞行器已经成为世界航空工业重点研究的新兴领域。

  白天,太阳能飞机依靠太阳电池的光电转换效应,为动力系统、航空电子设备及任务载荷提供能量,同时将多余的能量储存在蓄电池中。夜晚,它再通过蓄电池的电能持续飞行。如果太阳能飞机白天存储的能量可以满足夜晚飞行的需要,就能够实现全年不间断地持续飞行,若不考虑其部件的寿命,理论上可以永久飞行。

  距离地面20100公里的空域被称为临近空间,对于传统燃料消耗型飞机而言,太过稀薄的空气,让发动机功率显著下降,失去了用武之地,但这里却是全身布满太阳能电池板的无人机展现优势的空间。现在世界上通用的高空长航时无人机,大多使用吸气式发动机提供动力,一遇高空的稀薄空气,发动机功率会大幅降低,油耗增高,因此,现有燃料消耗型飞机的飞行高度和续航能力很难进一步提高。而以太阳能为动力的飞机,完全可以弥补这些不足,飞得更高更远。

  彩虹太阳能无人机与传统燃料消耗型飞机相比虽然载重能力相对较弱,但飞得高。太阳能无人机通常采用大展弦比机翼,展弦比达到20以上,甚至到30,具有很高的升阻比,使其可在2030公里的临近空间稀薄大气中稳定飞行。第二个特点是功率提取限制因素较多,但飞得久。太阳能无人机无燃油消耗,可实现数月甚至更长时间的航时飞行。另外,太阳能无人机机载系统简单,日常维护复杂度较低。长航时飞行,维护保障间隔周期长。从起降保障上看,对跑道长度要求不高,也无需传统的加油等保障设备。从使用效益上看,由于其超长航时特点,与常规飞机相比,完成持久性任务无需频繁更替轮换,出动飞机的频率大大降低。

  1917年英国人研制成功了世界上第一架无人机,自此拉开了全球无人机发展和创新的序幕。美国太阳能飞机研制起步较早,1980年便将太阳能飞机项目列入国家计划,并相继研制“探路者”“太阳神”等太阳能飞机。作为当今太阳能飞机发展的领先国家,2007年英国“微风”无人机在空中飞行时间达到54小时,飞行高度超过1.5万米。

  石文介绍,国内太阳能无人机研制起步较晚,上世纪80年代部分航空院校开始跟踪国外太阳能飞行器设计技术发展。近10余年,国内院校和研究机构开始比较深入地研究太阳能飞行器相关技术。

  任何科研进步都不是一帆风顺的。在20132014年间,彩虹太阳能无人机研制也曾遇到巨大挑战:飞机在低空强紊流飞行时经常“上蹿下跳、左摇右晃”。为了解决这个问题,研制团队艰难攻关,在理论和工程层面,历时一年多,解决了无人机在复杂气象条件下精确控制的问题,不但让飞机飞了起来,还飞得稳、飞得高。

  太阳能飞机作为全世界竞相研发的飞行器,各国之所以愿意投入巨资和人才资源,除了其拥有广阔的应用前景之外,还在于作为前沿科技产品,其技术和产业集成带动能力相当强大。

  根据发展规划,彩虹太阳能无人机未来将具备“准卫星”的特征,作为空中平台,提供持久的数据中继和4G/5G通信,部分替代通信卫星功能,实现区域全覆盖的不间断态势感知、中继通信服务。比如,可以建设空中移动WiFi基站,为偏远地区提供便捷廉价的移动通信和互联网接入服务。石文说,彩虹太阳能无人机还可广泛应用于军民融合领域,包括重大自然灾害预警、常态化海域监管、应急抢险救灾、反恐维稳等公益事业领域。

  电池、新型储能手段等技术和产品,有助于进一步推动中国航空产业的发展。”石文说,未来我国

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