照亮臨近空間的彩虹

文/孫 婧 本刊記者 胡利娟

照亮臨近空間的彩虹

文/孫 婧 本刊記者 胡利娟

“近日，我國“彩虹”太陽能無人機成功完成2萬米以上高空飛行試驗，這使我國成為繼美、英之后，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家?！?/p>

2017年6月，中國國家通訊社新華社的這段短短電文，信息含量巨大。

臨近空間是指高度20公里～100公里的空域，它比航天器的300公里以上運行高度要低，比一般飛行器的20公里以下飛行空域要高。臨近空間空氣稀薄，壓力也小，除了極少數特殊用途的軍用飛機，其他有人飛行器“不能上”；而航天器則“不能下”，導致人類在很長一段時間內沒有充分重視和應用這個空域

無人飛行器則無需考慮臨近空間的惡劣環境對人的生理影響，大量的生命維持系統和環境控制系統可以舍棄，在技術上直接跨越這一難關。

臨近空間太陽能無人機研究最早的國家是航空技術第一大國——美國。美國在太陽能飛機方面的探索可追溯到20世紀70年代初。1974年11月4日，世界上第一架太陽能飛行器“日出”在加利福尼亞試飛成功。1980年，美國將太陽能飛機項目列入國家計劃，并相繼研制了“探路者”“太陽神”等方案研究型號?，F在，美國國家航天局、美國國防部高級研究計劃局及一些私營公司都在研制出臨近空間太陽能無人機，技術水平瞄準世界前列。

例如著名網絡巨頭 Facebook。他們的太陽能 “天鷹座”無人機在2016年六月在亞利桑那州進行了為時96分鐘的首飛，可惜“未能正常降落”。而經過調2017年的5月22日，“天鷹座”再次起飛，成功完成了起降實驗，共飛行1小時46分鐘。

另一網絡巨頭谷歌的太陽能無人機項目則剛剛宣布取消。綜合ZDNET等多家美國科技新聞網站的報道，“谷歌X實驗室”相關人士對媒體證實稱，該機構已經終止了太陽能無人機的開發項目。

根據規劃，這種高空無人機將會利用太陽能作為動力，在高空保持長期飛行，主要的使命是面向地球上的偏僻地區提供上網接入服務。

據報道，谷歌的上網無人機項目遇到了一些技術障礙，其中在2015年，一架試驗飛機Titan Solara 50在新墨西哥州進行試飛時墜毀。

還有去年炒得火熱的瑞士“陽光動力2號”太陽能動力飛機，它以環球飛行賺足了眼球。該機翼展超過波音747，遠超Facebook的“天鷹座”，載員卻只能容納一人，且無任何高空飛行必須的增壓設備。太陽能飛機的優勢在于長時間續航性能，而連續幾天甚至幾個月不落地的飛行遠遠超越了人體生理極限，根本無法承受。所以“陽光動力二號”并無實際應用價值，只是環保宣傳工具。

對比這些工商業巨頭，中國太陽能無人機在無聲中起步。

“彩虹”，這個裝備品牌大家并不陌生。近年來，中國航天空氣動力技術研究院研制的“彩虹”系列無人機在軍民市場上大放異彩，“彩虹”察打一體系列無人機更是暢銷十幾個國家，歷經無數戰火考驗，是國際軍貿市場上的明星。

但很少有人知道，該機構自“十五”計劃起，就已啟動太陽能無人機領域的研究。

該工程前后經歷了平臺概念、小型驗證機研制、關鍵技術研究、技術方案論證、結構樣機試制和試驗、技術驗證機低空試飛等階段。經過十余年堅持不懈的努力，太陽能無人機團隊解決了總體、氣動、結構、飛行控制、能源動力高效應用等關鍵技術難題，系統建立了太陽能飛行器的設計和試驗方法。

“彩虹起點高，一‘出生’就站上了航空前沿?！辈屎鐭o人機科技有限公司副總工程師賈永清說，航空技術發展最忌“一出生，就落后”。彩虹太陽能無人機雖是從“一張白紙”起步的，但一開始就向世界最先進水平看齊。

彩虹系列無人機總工程師石文表示，彩虹太陽能無人機的核心關鍵技術和設備已經全部實現國產化。該機載重能力不亞于美國同類太陽能無人機，它的誕生標志中國臨近空間太陽能無人機技術已經躋身世界先進水平。

石文還表示，太陽能無人機能夠實現長期不間斷的持續飛行，若不考慮其部件的壽命，理論上可以“永久飛行”。彩虹太陽能無人機能飛到距地面20公里～30公里的臨近空間，遠超過普通飛機的飛行高度，可以替代衛星的某些功能，應用前景廣闊。

臨近空間太陽能無人機擁有長航時、低成本兩大優勢，常規長航時無人機無法比擬。它可以大范圍、長時間留在空中，適合執行海洋監視、地面交通管制等任務。臨近空間太陽能無人機可以作為“大氣層衛星”，具備低軌道衛星的一些功能。太陽能無人機飛行高度比一般飛機高，續航時間長，在局部形成持續的監視、信息中繼能力。與衛星的周期性訪問相比，太陽能無人機可實現區域持久駐留，其執行監視任務的時間/空間分辨率更高，區域通信能力更強，且起降場地簡單，發射及運行成本更低。

在民用方面，太陽能無人飛行器可以完成災害監測、邊境巡邏、空中和地面交通管理、通訊中繼等任務。可以向信號覆蓋地區提供電視和電信服務，以較低的成本代替通信衛星的功能。在發生地震、洪災或森林火災時，替代中斷的通信，保持受災地區與外界的聯絡。甚至，我們可以利用太陽能無人機建設“空中移動WIFI”基站，為偏遠地區或海島提供較為便捷、廉價和響應迅速的移動通信和互聯網接入服務，避免傳統光纖或微波傳輸的巨大建設、使用和維護成本，降低信息化門檻。

在軍用方面，太陽能無人機可以搭載一些特殊的載荷用于國家安全領域。美國國防部高級研究計劃局（DAPRA）就在研制名為“禿鷹”的臨近空間太陽能無人機，目的是為美軍提供持久的情報、監視、偵察和通信中繼能力。

這一點，對于廣闊海洋國土權益存在爭端、部分陸地邊界未定、軍事強國環伺的中國來說，意義恐怕更為深遠。

太陽能飛機作為全世界競相研發的飛行器，各國之所以愿意投入巨資和人才資源，除了其擁有廣闊的應用前景之外，還在于作為前沿科技產品，其技術和產業集成帶動能力相當強大。

“依托彩虹太陽能無人機等項目的帶動，并配套研發高強度輕質新材料、新型太陽能電池、新型儲能手段等技術和產品，有助于進一步推動中國航空產業的發展?！笔恼f，未來我國太陽能無人機還將向超高空、超長航時、大型化、實用化方向發展，前景值得期待。

“日前首飛的彩虹太陽能無人機屬于試驗飛行平臺，接下來，中國航天科技集團公司第十一研究院會做更多的試驗，進一步驗證臨近空間太陽能無人機的相關技術。彩虹太陽能無人機下一步發展最關鍵的地方是實用化，也就是說成為一種能“干活”的無人機。國外預測，未來十年左右，臨近空間太陽能無人機將實現實用化，我們也在加緊努力，早日讓彩虹太陽能無人機進入實用階段，造福于民?！?/p>

太陽能無人機作為航空科學技術與新能源技術結合的產物，具有廣闊的應用前景，尤其是現階段發展的“彩虹”，在補充衛星功能方面已向工程應用逐步接近，這讓人類有理由相信，未來隨著高效能源等相關技術的進一步發展，“永久飛行”的夢想終將實現，太陽能無人機這個高空“準衛星”將出現在我們生活的諸多領域。