中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院研制的太陽能無人驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行飛行試驗(yàn)。
當(dāng)斯普特尼克1號(hào)（Sputnik 1）在1957年進(jìn)入低地球軌道的時(shí)候，其遠(yuǎn)比美國的太空計(jì)劃進(jìn)展得順利，也曾一度讓美國驚恐不已，甚至連學(xué)校的學(xué)生都隨時(shí)準(zhǔn)備躲到桌子底下去。斯普特尼 克1號(hào)的成功發(fā)射意味著衛(wèi)星時(shí)代的來臨，這也徹底改變了通訊行業(yè)、導(dǎo)航領(lǐng)域的發(fā)展以及人們觀看足球比賽的方式。
然而，衛(wèi)星的造價(jià)太高昂，且發(fā)射成本很高；一旦衛(wèi)星發(fā)射到軌道上，想要進(jìn)行升級(jí)和更新無異于癡人說夢(mèng)。與之相反，無人機(jī)則在這方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)：無人機(jī)造價(jià)相對(duì)便宜，發(fā)射過程也非常簡單，更新升級(jí)也非常輕松。當(dāng)然，無人機(jī)也有很大的缺點(diǎn)，那就是無法在空中停留太長時(shí)間。
我們有什么妙計(jì)來解決這個(gè)問題嗎？
最近，空客公司宣布Zephyr T無人機(jī)（這是一款以太陽能為動(dòng)力的無人機(jī)）首飛成功。在斯普特尼克1號(hào)成功發(fā)射60年后，這家歐洲公司也加入了建造高空無人機(jī)（高空無人機(jī)兼具衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)和飛機(jī)的靈活性）的行列。這些“高空準(zhǔn)衛(wèi)星”并不會(huì)用來投擲炸彈或者運(yùn)送包裹，它們的使命是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的一些功能，并且可以定期返回到地面更換電池或者進(jìn)行其他方面的更新。也許有一天，成群結(jié)隊(duì)的、以太陽能為動(dòng)力的無人機(jī)可以用來監(jiān)視軍事目標(biāo)或情報(bào)目標(biāo)，追蹤森林火災(zāi)或者傳遞急救信息。
由于其所處的位置要比衛(wèi)星低很多，因此無人機(jī)可以拍攝更加清晰銳利的地球照片。不僅如此，這種無人機(jī)也可以通過使用激光來將信息傳遞給其他的無人機(jī)，或者接收來自地面的信息，從而提供優(yōu)質(zhì)的帶寬鏈接，并且提供衛(wèi)星無法提供的通訊交流服務(wù)。
NASA的1999太陽神原型機(jī)（Helios）是首批進(jìn)軍這一技術(shù)領(lǐng)域的的產(chǎn)品。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，NASA使用了一種回旋鏢狀的飛行器，這種飛行器是由碳纖維和泡沫塑料制成，可以用作空中手機(jī)信號(hào)塔。這種飛行器看起來非常優(yōu)雅漂亮，其翼展達(dá)到了75米，擁有14個(gè)電動(dòng)螺旋槳，但不幸的是在2003年墜入了太平洋考艾島（Kauai）附近。太陽神最高可以達(dá)到3萬米的高空，且可以在空中停留超過24小時(shí)。
事實(shí)上，具有如此翼展長度的飛行器在這樣的高空飛行本身就是巨大的挑戰(zhàn)，而且還需要采用太陽能提供動(dòng)力，難度可想而知。對(duì)于太陽神來說，能量存儲(chǔ)是致命傷。該團(tuán)隊(duì)嘗試了燃料電池，但是鋰電池其實(shí)是一個(gè)更好的選擇。“對(duì)于飛機(jī)來說，續(xù)航能力非常重要。你選擇的電池必須是非?？煽康?，這就像冰箱一樣，你希望只是將它插上電，然后忘記它。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Del Frate說。
從2008年開始空客公司就開始研發(fā)這種準(zhǔn)衛(wèi)星，旨在填補(bǔ)衛(wèi)星只能在軌道工作而無法在低緯度工作的空白。2010年，Zephyr 7刷新了當(dāng)時(shí)的續(xù)航記錄，其續(xù)航能力達(dá)到了14天。至此以后，這家公司決定對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化，由此推出了兩種模型，即Zephyr S和Zephyr T。英國國防部對(duì)前兩個(gè)Zephyr S進(jìn)行了撥款，并可能會(huì)使用它們來進(jìn)行監(jiān)視方面的任務(wù)。空客公司嘗試將Zephyr T的翼展長度從25米延展到33米左右，這將使得其攜載荷能力翻兩番，達(dá)到20公斤左右，這足以保證該飛機(jī)可以攜帶雷達(dá)和軍隊(duì)客戶想要搭載的其他軍事設(shè)施。
這種以太陽能為動(dòng)力的飛行器可以在2萬米的高空飛行，是商用飛機(jī)飛行高度的兩倍。Zephyr 7原型機(jī)能飛行14天，而空客公司希望將這一記錄提高到至少一個(gè)月。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)想到了從大自然來獲得靈感。和現(xiàn)在商用飛機(jī)上常見的上翹型翼梢小翼不同，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的飛機(jī)的尖端向下彎，有點(diǎn)像禿鷹的翅膀。“由于我們?cè)O(shè)計(jì)的飛機(jī)的飛行速度非常慢，因此我們想增加它的升力。”Del Frate說。經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)，這種飛行器的風(fēng)力搜集利用能力提高了15%。當(dāng)然，減少機(jī)身重量也是一種不錯(cuò)的選擇，例如Zephyr S就只有65公斤，而Zephyr T算上有效載荷也就達(dá)到136公斤。
對(duì)于續(xù)航來說，最大的問題就是在夜晚的時(shí)候該怎么辦，因?yàn)楣夥柲茈姵夭荒茉谕砩袭a(chǎn)生電能。環(huán)球航行的太陽能飛機(jī)提供了這樣一條解決思路：陽光動(dòng)力2號(hào)（Solar Impulse 2）在白天的時(shí)候在9000米的空中飛行，而在晚上的時(shí)候飛行高度則降低為1500米。
Zephyr無法下降到這樣的高度，因?yàn)檫@樣的話它就會(huì)進(jìn)入商業(yè)航線范圍內(nèi)，且將會(huì)用整個(gè)白天的時(shí)間來達(dá)到工作高度。據(jù)空客公司介紹，Zephyr使用的電力推進(jìn)系統(tǒng)的效率已經(jīng)非常高，但是還在進(jìn)一步的改進(jìn)中，希望能夠達(dá)到電池技術(shù)的先進(jìn)水平。
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