聚焦 从构思到首飞 我国首架临近空间太阳能无人机试飞成功
文章来源：解放军报 作者： 发布时间：2017-07-14 11:49 点击量：287 大
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彩虹太阳能无人机“一飞冲天”
翼展45米、表面布满太阳能电池板，造型奇特；未来一次飞行可达数月甚至数年，具备“准卫星”特点；可充当空中移动WIFI基站、能高空实时监视定位，应用前景广阔……前不久，我国彩虹太阳能无人机成功完成20000米以上高空飞行试验，使我国成为继美、英之后，第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。
太阳能无人机被称为“大气层卫星”，不仅具备超高空飞行能力，而且因航时长、侦察范围广、生存能力强等特点，受到世界各国的关注。中国航天空气动力技术研究院一直从事飞行器空气动力综合技术研究，这些年他们利用技术优势，将目光投向无人机领域，在推出彩虹系列察打一体无人机后，再次放飞了我国首架临近空间太阳能无人机。具备完全独立自主知识产权的太阳能无人机“一飞冲天”，成为中国“智造”的又一创新之作。
从“云下”到“云上”，“彩虹”跨越的不仅仅是高度
谈到彩虹太阳能无人机，我们不妨首先看一组数据——
世界上最大的民航客机空客A380最大巡航高度：13000米；
美国最先进的五代机F-22最大升限：19000米；
彩虹太阳能无人机飞行高度：20000-30000米。
从数据上可以看出，彩虹太阳能无人机明显“高人一头”，从“云下”到“云上”，飞上了一个新高度。
“彩虹”的“爬高”过程可不简单。彩虹太阳能无人机项目启动伊始，研发团队便确立了超高空和长航时两大目标，让“彩虹”在技术性能上达到甚至超越国外同类型无人机。
在装备展示厅，笔者看到了彩虹太阳能无人机的模型。眼前的彩虹太阳能无人机造型奇特，整体设计简约流畅，机翼像是一张加装太阳能硅板的纸片。彩虹太阳能无人机总工程师石文介绍：“这种设计，是为了更好地提高无人机的升阻比，让无人机飞得更高。”太阳能无人机完全依靠“吸收”太阳能维持飞行，如果白天“吃不饱”，晚上就会“饿肚子”，“飞得远”便是一纸空谈。在一次飞行论证中，研发人员发现，随着纬度、海拔等条件变化，电池板吸收转化太阳能的效率会发生改变，直接影响到无人机的飞行安全。
“万米高空可没有加油站。”石文对笔者说，能源问题是太阳能无人机研发过程中绕不过的“拦路虎”，研发人员多次对控制系统进行升级，从外形的微小改进到分系统的逐级优化，最后利用高效率的太阳能电池板和轻质高效的输电电缆，延续了彩虹无人机的飞行时间。
载重能力超过国外同类型无人机、关键技术实现国产化、在军民领域有广泛应用前景……作为中国“智造”的最新成果，彩虹太阳能无人机凭借超高空、长航时两大“法宝”，达到世界先进水平。
从构思到首飞，中国“智造”追上了技术前沿
美国早在1980年便将太阳能无人机项目列入国家计划，相继研制出“探路者”“太阳神”等型号无人机。作为当今太阳能无人机技术领先国家，英国在2007年试飞的“微风”无人机，空中飞行时间达到54个小时，飞行高度超过15000米。
在航空领域有一种说法，航空技术发展最忌讳“一出生，就落后”。
话虽这么说，但15年前太阳能无人机项目启动时，研发团队不得不面对技术层面上的一片空白。
国外的技术拿不来、学不到，“彩虹”又是如何完成追赶，在太阳能无人机领域占据一席之地的？
对于这个问题，全程陪伴“彩虹”成长的石文最有发言权。他把十几年的心血全部倾注在“彩虹”项目上，亲历了“彩虹”研发背后的种种艰辛。
“为了让‘彩虹’顺利‘出生’，我们进行了大量试验和论证。”回想起那段岁月，石文感慨地说，他们从飞机外形到内部设计，甚至每一个细小零部件都要建立规划图和计划表，保证技术参数全部达标。
第一架小型验证机虽然只安装了2个螺旋桨，但成功解决了如何“上天”的问题。“上天”看起来不难，但对彩虹太阳能无人机来说并非一帆风顺。理论分析、建模仿真……尽管之前做了大量准备工作，但在变幻莫测的高空环境下依旧会出现很多无法预料的情况，即使是突如其来的一阵风，也会让研发人员“心惊肉跳”。
石文清楚地记得，2013年，验证机在低空强紊流飞行时经常左摇右晃。为了解决这个问题,研发团队在理论和工程层面展开艰难攻关,历时一年多,解决了无人机在复杂气象条件下精确控制的问题,不但让飞机飞了起来，还飞得高、飞得稳。
从平台概念发展到小型验证机，翼展从10米扩展到45米，在百余次飞行试验和后期改进中，研发人员积累了丰富的试验数据和使用经验，并逐步建立完善了太阳能无人机的设计和试验方案。“未来彩虹太阳能无人机还将向超高空、超长航时、大型化、实用化方向发展，前景值得期待。”石文说。
从“满载”到“减负”，真正的“高大上”是高效实用
穿过林荫小路，笔者来到一座半透明的玻璃厂房前，在这里终于看到彩虹太阳能无人机的真面目。整架无人机没有蒙皮和铆钉，机身全部用一种塑料薄膜包裹。石文对笔者说：“这种特殊的薄膜看似薄如蝉翼，但具备防热、防压、防紫外线等功能，大大提高了无人机在临近空间的生存能力。”
“我们研制无人机不是用来挑战极限数据，而是为了高效实用。”石文说，经过科学的论证和试验，他们对无人机整体设计进行“减负”，让彩虹太阳能无人机飞起来更加轻盈。
从“满载”到“减负”，石文形容在做一道“算术题”。彩虹太阳能无人机受到飞行重量的制约，要想搭载更多的任务载荷，设计时必须对每个零部件的重量“锱铢必较”，尽可能地减少无人机的自身重量。
每个零部件重量减少数克至数十克，整个系统就会有几十公斤的“减负”。这种精益求精的设计理念，在彩虹太阳能无人机身上处处得到体现：机翼上布满成千上万块小晶体硅太阳能电池，每一块都经过研发人员的精心设计；机翼与螺旋桨之间一根普通的连接杆，浓缩了十几项技术专利；连接机身和垂尾的尾撑有十几米长，普通人一只手便可轻松提起……
科技的进步，最终目的是要服务人类。只有找准应用市场，才有持续发展的空间和潜力。根据发展规划，彩虹太阳能无人机未来将具备“准卫星”的特点，作为空中平台，提供持久的数据中继和4G/5G通信，部分替代通信卫星功能，实现区域全覆盖的不间断态势感知、中继通信服务。
作为国内知名的军工研究院，“民用反哺军用”是研发团队始终坚持的发展方向。如何让彩虹太阳能无人机乘着军民融合的“东风”飞向军营？石文告诉笔者，外军给他们提供了一些经验。2009年，美国国防部启动了“秃鹫”项目，计划研制一种续航时间为5年的太阳能无人机，可以执行情报侦察、监视和通信中继等军事任务。
目前，研发团队已经将太阳能无人机作为功能平台，把加装水文、气象、通信、监视等功能模块列入规划。在军民领域，彩虹太阳能无人机未来应用前景广阔。（胡尔根、田沛羽、孟岚）
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