彩虹太陽能無人機“一飛沖天”

翼展45米、表面布滿太陽能電池板，造型奇特；未來一次飛行可達數(shù)月甚至數(shù)年，具備“準衛(wèi)星”特點；可充當空中移動WIFI基站、能高空實時監(jiān)視定位，應用前景廣闊……前不久，我國彩虹太陽能無人機成功完成20000米以上高空飛行試驗，使我國成為繼美、英之后，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。

太陽能無人機被稱為“大氣層衛(wèi)星”，不僅具備超高空飛行能力，而且因航時長、偵察范圍廣、生存能力強等特點，受到世界各國的關注。中國航天空氣動力技術研究院一直從事飛行器空氣動力綜合技術研究，這些年他們利用技術優(yōu)勢，將目光投向無人機領域，在推出彩虹系列察打一體無人機后，再次放飛了我國首架臨近空間太陽能無人機。具備完全獨立自主知識產權的太陽能無人機“一飛沖天”，成為中國“智造”的又一創(chuàng)新之作。

從“云下”到“云上”，“彩虹”跨越的不僅僅是高度

談到彩虹太陽能無人機，我們不妨首先看一組數(shù)據——

世界上最大的民航客機空客A380最大巡航高度：13000米；

美國最先進的五代機F-22最大升限：19000米；

彩虹太陽能無人機飛行高度：20000-30000米。

從數(shù)據上可以看出，彩虹太陽能無人機明顯“高人一頭”，從“云下”到“云上”，飛上了一個新高度。

“彩虹”的“爬高”過程可不簡單。彩虹太陽能無人機項目啟動伊始，研發(fā)團隊便確立了超高空和長航時兩大目標，讓“彩虹”在技術性能上達到甚至超越國外同類型無人機。

在裝備展示廳，筆者看到了彩虹太陽能無人機的模型。眼前的彩虹太陽能無人機造型奇特，整體設計簡約流暢，機翼像是一張加裝太陽能硅板的紙片。彩虹太陽能無人機總工程師石文介紹：“這種設計，是為了更好地提高無人機的升阻比，讓無人機飛得更高。”太陽能無人機完全依靠“吸收”太陽能維持飛行，如果白天“吃不飽”，晚上就會“餓肚子”，“飛得遠”便是一紙空談。在一次飛行論證中，研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，隨著緯度、海拔等條件變化，電池板吸收轉化太陽能的效率會發(fā)生改變，直接影響到無人機的飛行安全。

“萬米高空可沒有加油站。”石文對筆者說，能源問題是太陽能無人機研發(fā)過程中繞不過的“攔路虎”，研發(fā)人員多次對控制系統(tǒng)進行升級，從外形的微小改進到分系統(tǒng)的逐級優(yōu)化，最后利用高效率的太陽能電池板和輕質高效的輸電電纜，延續(xù)了彩虹無人機的飛行時間。

載重能力超過國外同類型無人機、關鍵技術實現(xiàn)國產化、在軍民領域有廣泛應用前景……作為中國“智造”的最新成果，彩虹太陽能無人機憑借超高空、長航時兩大“法寶”，達到世界先進水平。

從構思到首飛，中國“智造”追上了技術前沿

美國早在1980年便將太陽能無人機項目列入國家計劃，相繼研制出“探路者”“太陽神”等型號無人機。作為當今太陽能無人機技術領先國家，英國在2007年試飛的“微風”無人機，空中飛行時間達到54個小時，飛行高度超過15000米。

在航空領域有一種說法，航空技術發(fā)展最忌諱“一出生，就落后”。

話雖這么說，但15年前太陽能無人機項目啟動時，研發(fā)團隊不得不面對技術層面上的一片空白。

國外的技術拿不來、學不到，“彩虹”又是如何完成追趕，在太陽能無人機領域占據一席之地的？

對于這個問題，全程陪伴“彩虹”成長的石文最有發(fā)言權。他把十幾年的心血全部傾注在“彩虹”項目上，親歷了“彩虹”研發(fā)背后的種種艱辛。

“為了讓‘彩虹’順利‘出生’，我們進行了大量試驗和論證。”回想起那段歲月，石文感慨地說，他們從飛機外形到內部設計，甚至每一個細小零部件都要建立規(guī)劃圖和計劃表，保證技術參數(shù)全部達標。

第一架小型驗證機雖然只安裝了2個螺旋槳，但成功解決了如何“上天”的問題。“上天”看起來不難，但對彩虹太陽能無人機來說并非一帆風順。理論分析、建模仿真……盡管之前做了大量準備工作，但在變幻莫測的高空環(huán)境下依舊會出現(xiàn)很多無法預料的情況，即使是突如其來的一陣風，也會讓研發(fā)人員“心驚肉跳”。

石文清楚地記得，2013年，驗證機在低空強紊流飛行時經常左搖右晃。為了解決這個問題,研發(fā)團隊在理論和工程層面展開艱難攻關,歷時一年多,解決了無人機在復雜氣象條件下精確控制的問題,不但讓飛機飛了起來，還飛得高、飛得穩(wěn)。

從平臺概念發(fā)展到小型驗證機，翼展從10米擴展到45米，在百余次飛行試驗和后期改進中，研發(fā)人員積累了豐富的試驗數(shù)據和使用經驗，并逐步建立完善了太陽能無人機的設計和試驗方案。“未來彩虹太陽能無人機還將向超高空、超長航時、大型化、實用化方向發(fā)展，前景值得期待。”石文說。

從“滿載”到“減負”，真正的“高大上”是高效實用

穿過林蔭小路，筆者來到一座半透明的玻璃廠房前，在這里終于看到彩虹太陽能無人機的真面目。整架無人機沒有蒙皮和鉚釘，機身全部用一種塑料薄膜包裹。石文對筆者說：“這種特殊的薄膜看似薄如蟬翼，但具備防熱、防壓、防紫外線等功能，大大提高了無人機在臨近空間的生存能力。”

“我們研制無人機不是用來挑戰(zhàn)極限數(shù)據，而是為了高效實用。”石文說，經過科學的論證和試驗，他們對無人機整體設計進行“減負”，讓彩虹太陽能無人機飛起來更加輕盈。

從“滿載”到“減負”，石文形容在做一道“算術題”。彩虹太陽能無人機受到飛行重量的制約，要想搭載更多的任務載荷，設計時必須對每個零部件的重量“錙銖必較”，盡可能地減少無人機的自身重量。

每個零部件重量減少數(shù)克至數(shù)十克，整個系統(tǒng)就會有幾十公斤的“減負”。這種精益求精的設計理念，在彩虹太陽能無人機身上處處得到體現(xiàn)：機翼上布滿成千上萬塊小晶體硅太陽能電池，每一塊都經過研發(fā)人員的精心設計；機翼與螺旋槳之間一根普通的連接桿，濃縮了十幾項技術專利；連接機身和垂尾的尾撐有十幾米長，普通人一只手便可輕松提起……

科技的進步，最終目的是要服務人類。只有找準應用市場，才有持續(xù)發(fā)展的空間和潛力。根據發(fā)展規(guī)劃，彩虹太陽能無人機未來將具備“準衛(wèi)星”的特點，作為空中平臺，提供持久的數(shù)據中繼和4G/5G通信，部分替代通信衛(wèi)星功能，實現(xiàn)區(qū)域全覆蓋的不間斷態(tài)勢感知、中繼通信服務。

作為國內知名的軍工研究院，“民用反哺軍用”是研發(fā)團隊始終堅持的發(fā)展方向。如何讓彩虹太陽能無人機乘著軍民融合的“東風”飛向軍營？石文告訴筆者，外軍給他們提供了一些經驗。2009年，美國國防部啟動了“禿鷲”項目，計劃研制一種續(xù)航時間為5年的太陽能無人機，可以執(zhí)行情報偵察、監(jiān)視和通信中繼等軍事任務。

目前，研發(fā)團隊已經將太陽能無人機作為功能平臺，把加裝水文、氣象、通信、監(jiān)視等功能模塊列入規(guī)劃。在軍民領域，彩虹太陽能無人機未來應用前景廣闊。（胡爾根、田沛羽、孟嵐）

[責任編輯：楊凡、徐紅梅]

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