彩虹太陽能無人機總師石文：核心設備國產(chǎn)化

（原標題：專訪彩虹太陽能無人機總師：核心設備國產(chǎn)化，可部分替代衛(wèi)星）

近日，中國新型彩虹太陽能無人機在西北某地完成臨近空間飛行試驗，試驗取得圓滿成功。這使中國成為繼美、英之后，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。

在逾15小時的飛行過程中，無人機飛行狀態(tài)平穩(wěn)、姿態(tài)可控，有條不紊地按設計航跡飛行，最終平穩(wěn)降落機場，試飛取得圓滿成功。

彩虹系列無人機總工程師石文近日接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）專訪時表示，彩虹太陽能無人機的核心關鍵技術和設備已經(jīng)全部實現(xiàn)國產(chǎn)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(jīng)躋身世界先進水平。

石文還表示，太陽能無人機能夠實現(xiàn)長期不間斷的持續(xù)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～100公里的臨近空間，遠超過普通飛機的飛行高度，可以替代衛(wèi)星的某些功能，應用前景廣闊。

大氣層內的“衛(wèi)星”

澎湃新聞：這次彩虹太陽能無人機成功完成2萬米以上高空飛行試驗。中國成為繼美、英之后，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。請介紹一下彩虹太陽能無人機和這次試驗。

石文：彩虹太陽能無人機是我們中國航天科技集團公司十一院自主研發(fā)的、采用太陽能作為動力的無人機，它的飛行高度超過2萬米。這個無人機屬于大型無人機，翼展達到了45米，我們在去年珠海航展上展出的最大無人機——彩虹-5（的翼展）只有20余米，可見彩虹太陽能無人機是非常大的?？催^彩虹太陽能無人機照片的讀者會發(fā)現(xiàn)，我們這個無人機有8個螺旋槳，這就表明著該機裝備了8個發(fā)電動機。機翼上方基本上全部覆蓋了太陽能電池板，這是無人機的動力來源。

這次試驗我們4月份就進場，試驗地點是西北的某機場。在首飛之前，我們進行了充分的準備。試驗那天，天氣晴朗，測試和檢查結束之后我們就放飛了太陽能無人機，無人機平穩(wěn)飛離跑道，逐步攀升到2萬米的臨近空間。飛行了15個多小時后無人機順利返航，試驗順利完成。

澎湃新聞：在去年珠海航展上，看到你們展出的彩虹-3、彩虹-4、彩虹-5等彩虹系列無人機，這些無人機的活塞發(fā)動機均使用石化燃料（航空汽油、煤油、重油），而這次你們試驗的無人機采用太陽能。太陽能的優(yōu)點毋庸置疑，但是世界大多數(shù)無人機并未采用，請問你們?yōu)楹巫龀鲞@樣的選擇？

石文：你剛剛提到其他彩虹系列無人機大多使用活塞式發(fā)動機，現(xiàn)在世界上通用的高空長航時無人機，大部分均采用活塞或渦軸等吸氣式發(fā)動機。采用這些常規(guī)動力的長航時無人機一遇高空空氣稀薄，發(fā)動機功率會大幅降低，油耗增高，因此，現(xiàn)有常規(guī)動力飛機的飛行高度和續(xù)航能力很難進一步提高。

而以太陽光能作為能源的無人機可以彌補這些不足，飛得更高更遠。白天，太陽能無人機依靠太陽電池的光電轉換效應，為動力系統(tǒng)、航空電子設備及任務載荷提供能量，同時將多余的能量儲存在蓄電池中。夜晚，它再通過蓄電池的電能持續(xù)飛行。如果太陽能無人機每天白天存儲的能量可以滿足夜晚飛行的需要，就能夠實現(xiàn)不間斷的持續(xù)飛行，若不考慮其部件的壽命，理論上可以“永久飛行”。和傳統(tǒng)以化學燃料為能源的飛機相比，太陽能無人機還有不污染大氣的優(yōu)勢，是真正的綠色環(huán)保飛行器。

澎湃新聞：我們注意到，這次彩虹太陽能無人機飛得很高，達到了2萬米，處于臨近空間，為什么要飛那么高？

石文：臨近空間是指距地面20公里～100公里的空域，這個空域比較特殊，低軌衛(wèi)星一般運行在離地面300公里的太空，而大氣層內的飛機一般飛行在20公里以下的空域，所以，人類在很長一段時間沒有充分重視和應用這個空域。臨近空間空氣稀薄，壓力也小，特殊的環(huán)境讓有人駕駛飛機“不愿意上去”，而航天器則“不能下來”。后來，隨著技術的發(fā)展，人類發(fā)現(xiàn)了臨近空間的巨大使用潛力，各種臨近空間飛行器就出現(xiàn)了，臨近空間太陽能無人機就是臨近空間飛行器的一種。

由于我們研制的是無人機，那就不用考慮臨近空間的惡劣環(huán)境對人的影響，技術上省去了這一難關。臨近空間太陽能無人機之所以要飛那么高，就是為了利用這一空域的特殊環(huán)境，由于太陽能充足，可以為其提供足夠的能源，加上在云層之上，大氣穩(wěn)定，平均風速比較小，利于無人機長時間飛行。此外，大家知道 站得高、看得遠，臨近空間無人機飛這么高，“看”得也就也遠。

澎湃新聞：當下，大家對無人機用途還是比較熟悉的，民用無人機可以用于航拍、減災防災、電力巡邏等，軍用無人機可以用于電子干擾、偵查監(jiān)視、對地攻擊等。那么，臨近空間太陽能無人機有什么用途？

石文：臨近空間太陽能無人機長航時、運行低成本這兩大優(yōu)勢是常規(guī)長航時無人機無法比擬的，它可以大范圍、長時間留在空中，特別適合執(zhí)行像海洋監(jiān)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(wèi)星”，具備低軌道衛(wèi)星的一些功能。太陽能無人機飛行高度比一般飛機高，續(xù)航時間長，在局部形成持續(xù)的監(jiān)視、信息中繼能力。與衛(wèi)星的周期性訪問相比，太陽能無人機可實現(xiàn)區(qū)域持久駐留，其執(zhí)行監(jiān)視任務的時間/空間分辨率更高，區(qū)域通信能力更強，且起降場地簡單，發(fā)射及運行成本更低。

具體來講，在民用方面，太陽能無人飛行器可以完成災害監(jiān)測、邊境巡邏、空中和地面交通管理、通訊中繼等任務?？梢韵蛐盘柛采w地區(qū)提供電視和電信服務，以較低的成本代替通信衛(wèi)星的功能。在發(fā)生地震、洪災或森林火災時，替代中斷的通信，保持受災地區(qū)與外界的聯(lián)絡。應用前景還是非常廣闊的。

澎湃新聞：此前，有美國媒體報道稱，太陽能無人機可以用于中繼通信、目標指示等軍用用途，是打航母的給力幫手。這種說法靠譜嗎？太陽能無人機有沒有軍用的潛力？

石文：太陽能無人機是一個飛機平臺，它上面使用什么載荷，用于什么領域由客戶決定。這和我們家里面的菜刀一樣，我們主要還是用于切菜，但是有些人把它當武器、兇器，也是取決于用戶。

理論上，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(jiān)視、偵察和通信中繼能力。

實用化為下一步發(fā)展方向

澎湃新聞：這次成功使中國成為繼英、美之后，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家?？磥恚莆者@一技術的國家屈指可數(shù)，研制臨近空間太陽能無人機要掌握哪些關鍵技術？

石文：臨近空間太陽能無人機技術還是挺復雜的，需要掌握總體優(yōu)化設計、動力技術、能源系統(tǒng)綜合管理與集成技術、超輕質結構的設計與制造等多個關鍵技術。

我們航天十一院自“十五”起，開始了太陽能無人機領域的研究。至今已經(jīng)歷了平臺概念研究及小型驗證機研制、關鍵技術研究和方案論證、結構樣機試制和試驗、技術驗證機低空試飛等階段。經(jīng)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，初步建立了太陽能飛行器的設計和試驗方法。
澎湃新聞：國外太陽能無人機發(fā)展情況怎么樣？與他們相比，彩虹太陽能無人機在技術上處于什么水平？

石文：臨近空間太陽能無人機研究最早的國家是美國。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 日世界上第一架用太陽能驅動的“Sunrise I”在加州試飛成功。現(xiàn)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已研制出臨近空間太陽能無人機，技術水平走在世界前列。

英國也在積極研制太陽能無人機。英國奎奈蒂克公司的Zephyr太陽能無人機計劃始于2001年，任務為監(jiān)視、通信和野戰(zhàn)部隊快速投放提供一個持久耐用，穩(wěn)定，高海拔的平臺。2007年7月Zephyr在空中飛行時間達到了54小時，飛行高度15公里，打破了2001年“全球鷹”無人偵察機創(chuàng)造的30多個小時的飛行紀錄。

彩虹太陽能無人機是目前我國研制的尺寸最大、續(xù)航時間最長的臨近空間無人機，核心關鍵技術和設備已經(jīng)全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。該機載重能力不亞于美國同類太陽能無人機，它的誕生標志我國臨近空間太陽能無人機技術已經(jīng)躋身世界先進水平。在此基礎之上，很快大型高性能實用化的太陽能無人機將會翱翔于天空。

澎湃新聞：大家知道，太陽對于人類來說是取之不盡、用之不竭的能源。那太陽能無人機是不是會在未來取代那些采用石化燃料的常規(guī)無人機？

石文：太陽能無人機有很多優(yōu)點，但也不是完美無瑕，并不是什么“活”都可以干。比如它飛行速度慢這一特點就不適合執(zhí)行對反應速度要求高的任務，這些任務適合由超聲速無人機去執(zhí)行。此外，太陽能無人機載重能力比較小，與那些動輒載重上噸的無人機相比，它的劣勢就體現(xiàn)出來了。未來，太陽能無人機和采用石燃料的常規(guī)無人機會并行發(fā)展，太陽能無人機不會取代現(xiàn)有的常規(guī)動力無人機。

澎湃新聞：這次成功之后，彩虹太陽能無人機接下來向什么方向發(fā)展？

石文：這次首飛的彩虹太陽能無人機是一個試驗平臺，接下來，我們會做更多的試驗，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(fā)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3-5年，臨近空間太陽能無人機將實現(xiàn)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。

(原標題：專訪彩虹太陽能無人機總師：核心設備國產(chǎn)化，可部分替代衛(wèi)星)