9月3日，由中國航空工業(yè)集團有限公司（簡稱“航空工業(yè)”）研制的“啟明星50”大型太陽能無人機在陜西榆林首飛成功。目前，除了“啟明星50”太陽能無人機，國內還有多款太陽能無人機正在研制與試飛。西方多國也一直在加快在太陽能無人機領域的競爭步伐。為何被稱為“偽衛(wèi)星”的太陽能無人機受到全球多國的關注，這一平臺具有的哪些應用潛力讓它成為全球競爭的技術新高地呢？

中國又一款太陽能無人機首飛成功

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

據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，該機是航空工業(yè)研制的首款超大展弦比高空低速無人機，首次采用雙機身布局的大型無人機，第一款以太陽能為唯一動力能源的全電大型無人機。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)保的太陽能，可長時間留空飛行，執(zhí)行高空偵察、森林火情監(jiān)測、大氣環(huán)境監(jiān)測、地理測繪、通信中繼等任務。

在航空工業(yè)的通稿中沒有提到“啟明星50”本次試飛的相關性能參數(shù)，但在航空工業(yè)微信公眾號相關報道的標題中提到了“臨近空間”。所謂臨近空間是指離地球2萬米到10萬米距離的空間。

《航空知識》雜志主編王亞男對《環(huán)球時報》記者介紹，從國外太陽能無人機的發(fā)展情況來看，新型的太陽能無人機可以在1.8萬米以上的高空連續(xù)工作數(shù)月，并向地面提供互聯(lián)網(wǎng)連接服務。據(jù)王亞男介紹，一架太陽能無人機的覆蓋范圍相當于200個地面基站，其有效載荷也可以達到飛機本身起飛重量的20%，而通信衛(wèi)星則不到0.5%，相比之下，高空太陽能無人機要比人造衛(wèi)星在某些方面的優(yōu)勢更大，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)大型太陽能無人機發(fā)展和型號立項奠定了堅實基礎，將進一步推動我國新能源領域、復合材料領域、飛行控制領域等關鍵技術發(fā)展，提升我國向臨近空間及遠洋遠海執(zhí)行任務的能力。

目前，除了航空工業(yè)最新首飛的“啟明星50”大型太陽能無人機，國內還有多款太陽能無人機進入公眾的視野。2017年，國產“彩虹”太陽能無人機第一次試飛，持續(xù)飛行了15小時左右平穩(wěn)降落，這也讓我國在英美之后，躋身太陽能無人機領域的世界前三。從“彩虹”太陽能無人機未來的發(fā)展規(guī)劃來看，它可以作為空中平臺，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WiFi基站，讓偏遠地區(qū)的人們用上便宜的移動通信和互聯(lián)網(wǎng)接入服務。通信領域之外，它還可以用于重大自然災害預警、應急搶險、常態(tài)化海域監(jiān)管等方面。

2019年，在上海臨港研發(fā)近兩年的“墨子Ⅱ型”太陽能飛機試飛成功。該項目負責人表示，中國的太陽能飛機硬件沒有問題，關鍵在于氣象保障、航路計劃等“軟件”尚顯不足。“墨子Ⅱ”在完成后續(xù)性能測試后，該飛機將開放同5G蜂窩設備商、移動數(shù)據(jù)運營商合作，擴大使用場景。

美英看好太陽能無人機軍事潛力

美國陸軍和歐洲空客公司合作的“和風-S”（ZephyrS）太陽能無人機可能是最近風頭最勁的國外太陽能無人機了。一架“和風-S”在連續(xù)飛行兩個多月之后失聯(lián)，據(jù)外媒報道該機已經失控墜毀。

有美媒7月底報道稱，美國陸軍與空客合作的“和風-S”太陽能無人機已持續(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期性能。2018年，“和風”進行了首次長時間飛行，在空中停留了25天零23小時。

王亞男認為，“和風-S”翼展為25米，總重量165磅（約75公斤），可以飛到2.32萬米高空，比傳統(tǒng)的間諜衛(wèi)星更加靈活，比其他現(xiàn)有的高空、長航時無人機具有更高的持久性，還可以相對快速地部署到前線，除了能長距離飛行，還能根據(jù)需求快速重新分配任務。

目前，美英軍方都對這款太陽能無人機非常感興趣。美國陸軍相關項目負責人邁克·蒙特萊昂表示，他們在高空平臺的試驗中看到了長足進步，這項試驗能夠充分探索平流層太陽能飛機的多種軍事用途的未來潛力。據(jù)報道，“和風-S”太陽能無人機的操作人員并非只是關注飛行，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)學符號或字母。

2016年，英國國防部宣布訂購多架“和風-S”，雖然當時沒有透露具體購入目的，但有外國智庫認為，“和風-S”能承擔持續(xù)監(jiān)控和通信中繼等任務，是投資20億英鎊提高特種部隊裝備能力項目的一部分。

國外航空新聞網(wǎng)站SimpleFlying稱，8月19日，著名的空客太陽能無人機“和風-S”在美國亞利桑那州上空失聯(lián)。該機已連續(xù)飛行64天，如果再堅持幾小時，它就能打破史上最長飛行紀錄?？湛头绖盏囊幻矸Q，空客公司已經在亞利桑那州對該系列無人機進行了多年測試，目前最新型號是“和風-8”。在經歷了64天的平流層飛行并完成了多項任務目標后，研制團隊正在分析1500多小時的平流層任務數(shù)據(jù)。

按照原先的計劃，“和風-S”下一階段測試將要攜帶新的載荷飛越太平洋。不過試驗時間還未確定，本次墜毀事故是否會對后續(xù)測試任務造成影響，還要繼續(xù)觀察。

除了空客的項目，一家美國科技公司研發(fā)了一款平流層無人機“天鷹座”（Aquila），已經成功試飛多次。波音的子公司也曾宣布，正在推進“奧德修斯”（Odysseus）平流層太陽能無人機項目，該無人機的翼展達到243英尺（74米)。

太陽能無人機距實用還有多遠

全球多國都在持續(xù)發(fā)力研制太陽能無人機，后續(xù)相關領域的發(fā)展前景如何？太陽能無人機未來發(fā)展又有哪些需要克服的技術難題呢？針對這些問題，《環(huán)球時報》記者5日采訪了相關領域的專家。

一位不具名的專家5日對《環(huán)球時報》記者表示，目前國內外多家企業(yè)都在攻關長航時太陽能無人機的技術，說明相關配套技術取得了一定的突破，無論是飛機平臺、太陽能電池、儲能電池等。太陽能無人機理論上可以達到無限航時，如果按照一次飛行3個月來設計，每天飛行幾千公里，那3個月就可以飛幾十萬公里。基于這樣的設計，它的應用場景將非常廣泛，無論是對地觀測，還是通信基站“掛”在天上、通信中繼等功能都可以實現(xiàn)。同時，也要看到目前仍有不少技術誤區(qū)，未來國內外的技術人員仍要用很長一段時間來解決相關難題。比如，空客的“和風-S”75公斤能攜帶5公斤的載荷。從中可以看出太陽能無人機的載荷重量與結構重量的比值是比較低的，這是后續(xù)需要進一步突破的技術難題。要像美國曾提出的“禿鷲”計劃那樣攜帶幾百公斤的載荷、在空飛行數(shù)年、飛行高度達到1.7萬米-2.7萬米，就具有很高的實用價值，但要實現(xiàn)這樣的性能就需要極高的升阻比、極輕的結構重量、效率極高的能源系統(tǒng)等，這就需要在總體、氣動、結構、動力能源等一系列關鍵技術領域取得突破。同時，如果想要太陽能無人機在全球范圍內飛行，需要克服更多技術難題。因此大家既要對這一技術的發(fā)展前景有信心，又要對于攻克相關技術的過程有耐心。

《航空學報》一篇題為《超長航時太陽能無人機關鍵技術綜述》的論文根據(jù)各項技術的發(fā)展趨勢，預測了未來20年太陽能無人機的發(fā)展情況。文章認為，氣動、結構雖然是影響飛行器平臺性能指標的重要因素，但發(fā)展空間有限，太陽能電池、儲能電池效率和能量密度的提升，將是影響未來太陽能飛行器性能的關鍵。研究表明，2032年左右，太陽能無人機載荷重量與結構重量的比值將達到常規(guī)電動無人機水平，2040年左右，搭載固定重量載荷的太陽能無人機最大起飛重量將下降到目前的1/3。未來，超長航時太陽能無人機將具有更為完備的任務體系和更加完善的功能，氣動-結構-隱身一體化設計技術、變體布局綜合設計技術、健康監(jiān)測與故障處理技術等也將成為超長航時太陽能無人機設計的關鍵。

吉林龍航無人機科技服務有限公司，成立于2016年2月，公司是一家以無人機研發(fā)生產、民用無人機駕駛員培訓、無人機行業(yè)應用服務、青少年航空科普教育為主營業(yè)務的《國家級高新技術企業(yè)》，現(xiàn)在長春和沈陽擁有超過100萬平米專用無人機飛行空域、2000平米無人機實訓教室、超過100架的各類型無人機，可滿足各行業(yè)的無人機培訓及應用需求。

編輯：周佳慧

審核：周   爽