軍武

據央視新聞報導，近日，中國航太科技集團公司第十一研究院自主研發的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。

這是我國首次成功研製的大型長航時臨近空間太陽能無人機，尺度和重量僅居美國之後，填補了我國在這一領域的技術空白，核心關鍵技術和設備全部實現國產化，是支撐我國臨近空間開發利用的重要基礎手段，標誌著我國已成為繼美、英之後第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家，是中國製造的又一經典之作。

所謂臨近空間，指高於普通航空器飛行高度，而低於軌道飛行器運行空間的區域，一般指距地面20-100km的空域。在臨近空間，太陽輻射接近外太空，受氣象條件影響小，在此空域飛行，太陽能飛行器能最大限度利用太陽能，具備超長航時的特點，實現長達數月至數年的持續飛行。

白天，飛行器依靠太陽電池的光電轉換效應，為動力系統、航空電子設備及任務載荷提供能量，同時將多餘的能量儲存在蓄電池中。夜晚，它再通過蓄電池的電能持續飛行。如果不考慮部件壽命，這種飛行器理論上可以實現“永久飛行”，具備“准衛星”特徵，也被稱為“大氣層衛星”，可代替低軌道衛星的部分功能。
與衛星的週期性訪問相比，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/空間解析度更高，區域通信能力更強，且起降場地簡單，發射及運行成本更低。

由於部署靈活、經濟性好等優勢，長航時臨近空間太陽能無人機成為執行情報、偵察、監視和通信中繼等任務的理想空中平臺。可廣泛應用於軍民融合領域，包括重大自然災害預警、常態化海域監管、應急搶險救災、反恐維穩等公益事業領域，以及偏遠地區互聯網無線接入、移動通信、數字電視信號廣播等商業及產業類領域。
國內太陽能無人機研製起步較晚，上世紀80年代部分航空院校開始跟蹤國外太陽能飛行器設計技術發展。近十餘年，國內院校和研究機構開始比較深入地研究太陽能飛行器相關技術。

中國新一代彩虹系列太陽能無人機翼展長度達到40餘米，樣機已完成多次飛行試驗，實現了小風速、劇烈垂直氣流變化、大強度水準風多種風場條件下的低空自主穩定飛行。此次又成功測試臨近空間高度飛行。

在高空長航時太陽能無人機的設計上，有重量不變和能量平衡兩個基本原則。
由於飛行過程重量不變，而巡航平飛過程中受飛行速度決定的升力、阻力分別等於重力、拉力，因此在特定巡航高度下，巡航速度是唯一的，隨著飛機巡航高度的增加，巡航速度需要同時增大，才能保證太陽能飛機始終在較高的氣動效率下飛行。
而要實現長時間持續飛行，白天獲得的太陽能要始終大於或等於飛機和所有設備一晝夜間消耗的能量。從太陽光的輸入到推動飛機飛行，考慮到各個環節的能量損失，實際能量利用率僅能達到10%左右。
考慮能量平衡，就要注意到，一方面，飛機白天爬升的高度越高，飛機存儲的勢能越多，下滑時間也就越長，晚上飛行對蓄電池存儲的能量需求就會降低。但另一方面，爬升高度越高，爬升時間就越長，爬升過程中消耗的能量會增加，對太陽能電池的要求也相應增加。這就需要根據無人機所執行的任務精心設計優化，並考慮蓄電池的充放電特性。
因此在設計上，太陽能無人機要提高設計點的性能，同時要使整個系統的效率達到較高。

根據太陽能飛機的基本飛行原理，為了降低對功率的需求，應減小平飛速度，減小翼載。目前太陽能無人機高空飛行速度一般在150千米／小時至200千米／小時。假設一天內平均太陽輻射功率為260w每平米，以目前矽太陽能電池的轉換效率為20%左右計算，飛機實現晝夜持續飛行的翼載不能超過6kg每平米。目前翼展60米量級的太陽能無人機提供的有效載荷能力大致在50千克量級。
可見，太陽能無人機設計的目標主要不是飛得快、載得多，而是飛得高、飛得久和可靠性。技術和工程設計上有別於常規的固定翼無人機，總體設計技術在國內外尚未形成成熟的設計體系。據空氣動力技術研究院無人機總工程師石文介紹，臨近空間飛行環境對電機裝置的性能要求兼備高效率、高功率密度、高可靠性、高穩定性，現有航空平臺飛控系統的感測器、作動器無法滿足超長航時飛行等要求，因此需要大量設計試驗和實飛驗證。

太陽能無人機的氣動佈局和翼型，也無法套用成熟的常規飛機範本，關鍵在於解決氣動佈局優化設計問題，以提高飛機的升阻比。臨近空間長航時太陽能無人機一般都用來執行偵察通信等任務，為了滿足任務系統和動力系統的功率需求，翼面往往需要鋪設大面積的太陽能電池，因此需要有大面積的機翼。設計上採用很大的展弦比，能盡可能減小飛機的誘導阻力，從而提高升阻比，提高氣動效率。相比各種類型的飛機，大型臨近空間長航時太陽能無人機的升阻比極大，已經超過30。