为什么中国需要更大型太阳能无人机

来源：环球时报

【环球时报报道 记者 刘扬 刘煊尊】中国大型无人机“启明星-50”9月初顺利完成首飞引发高度关注，中国众多媒体纷纷叩问中国大型太阳能无人机目前处于什么样的需更水平。据《环球时报》记者了解，大型目前，太阳中国研制的人机中大型太阳能无人机已有多款完成首飞。中国专家认为，中国从2017年首飞的需更45米量级“彩虹”T4太阳能无人机，到今年9月首飞的大型50米量级“启明星-50”，中国有望出现翼展达到60米量级的太阳国产太阳能无人机。

60米级翼展太阳能无人机呼之欲出？人机

《环球时报》记者根据公开资料梳理了一下国产中大型太阳能无人机的发展脉络。目前中国在研型号至少包括“彩虹”T4太阳能无人机、中国“启明星-50”太阳能无人机、需更“墨子Ⅱ型”太阳能飞机等。大型其中，太阳作为中国首款完成首飞的人机大型太阳能无人机——“彩虹”T4太阳能无人机2017年完成首次试飞，持续飞行15小时左右后平稳降落，成功完成2万米以上高空飞行试验。这也让我国继英美之后，跻身太阳能无人机领域的世界前三。根据公开资料，“彩虹”T4无人机翼展达到45米量级。

熟悉无人机的专家对《环球时报》记者表示，这个翼展级别为国产太阳能无人机发展奠定了非常高的起点。45米的翼展大约相当于25辆小轿车并列排放的宽度，飞行高度达到2万米相当于将48个天津电视塔叠放的总高。该型太阳能无人机安装有8个发动机，机翼上方基本上全部覆盖太阳能电池板，其核心关键技术和设备全部实现国产化。

据央视报道，今年9月初首飞的“启明星-50”太阳能无人机翼展达到50米量级、飞行高度可达2万米。该机是中国航空工业研制的首款超大展弦比高空低速无人机，也首次采用双机身布局的大型无人机、第一款以太阳能为唯一动力能源的全电大型无人机。业内认为，“启明星-50”大型太阳能无人机首飞成功，不仅提振了各方对太阳能无人机领域发展的信心，也将进一步推动我国在新能源、复合材料、飞行控制等领域关键技术的发展。一名熟悉无人机的中国专家对《环球时报》记者表示，通过对比公开资料，“彩虹”T4无人机与“启明星-50”无人机的尺寸差不多，发动机数量也总体相当，应该说能力基本相当。

那么国产太阳能无人机矩阵中，还有翼展更大的机型吗？

《环球时报》记者发现，在之前的多次珠海航展上，“彩虹”公司都展出了一个缩比的太阳能无人机模型。根据2021年珠海航展上“彩虹”公司发布的宣传材料，该太阳能无人机翼展达到60米量级，升限超过2万米，最大续航时间超过30天，任务载荷重量达30公斤。

中国航空专家傅前哨接受《环球时报》记者采访时预测，按照太阳能无人机发展的规律以及相关型号发展周期，拥有更大翼展、更大载荷的我国新型太阳能无人机有望在今年珠海航展亮相。

大翼展——太阳能无人机的关键

国际上太阳能无人机发展也经历了翼展尺寸逐渐增大的过程。自1974年Sunrise-Ⅰ太阳能无人机问世以来，各国在太阳能无人机领域取得多项突破。美国国家航空航天局致力于飞翼太阳能无人机研制，经历了Pathfinder、Centurion、Helios等多个型号，翼展从Pathfinder的30米量级增大到Helios的75.3米。Helios在2003年试飞中达到了2.95万米的最大飞行高度，不过当时受限于电池性能，只飞行了不到一天时间。波音子公司的“奥德修斯”（Odysseus）平流层太阳能无人机项目的翼展达到243英尺（74米）。

为什么太阳能无人机的翼展要越做越大？专家对《环球时报》记者解释说，美国曾提出“秃鹰”无人机计划：携带几百公斤的载荷、在空飞行数年、飞行高度达到1.7万-2.7万米。如果同时具备以上几个参数，这种无人机就具有很高的实用价值，但要实现这样的性能需要极高的升阻比、极轻的结构重量、效率极高的能源系统等。

傅前哨表示，太阳能无人机不断发展，翼展越做越大，目的是使其可以在长达一个月甚至数个月的长航时任务中，携带并使用重量更大、耗电量更大的载荷。太阳能无人机想具备长航时，尤其是不间断跨昼夜飞行能力，就需要把太阳能无人机的翼面做大，安装更多的光伏电池，携带多个电机，让无人机有足够的功率在高空进行巡航。如果昼间储存的电量不能满足越夜使用，那么无人机的留空时间就非常受限。

傅前哨解释说，如果无人机携带的载荷小，可能难以执行相关任务，所以这也要求太阳能无人机通过增大翼展尽量增大发电能力。另外，大展弦比机翼飞机的升阻比一般比较高，升阻比高的飞机通常留空时间也会比较长、巡航距离也就比较远。综合这几个角度考虑，太阳能无人机的翼展会做得越来越大。不过，在无人机放飞以及爬升时，越细长的机翼受外界气流干扰的影响就越大，如果结构强度问题没有解决，无人机可能还没有达到任务高度，机翼就折断了。所以想要增加翼展，还需要解决结构强度问题。

傅前哨认为，除去翼展的增加，新款太阳能无人机使用的光伏电池的性能也会有显著提升，这也将提升无人机的发电能力。在太阳能光伏发电这个技术领域，我国不但是全球第一，而且技术进步比较快。整体而言，我国大型太阳能无人机的技术发展水平已经与国际先进水平相当。

无人机研究专家、南京航空航天大学无人机研究院副总工程师黄大庆教授表示，我国在太阳能无人机领域，无论大型、小型，技术水平都处在国际领先的第一梯队，“接下来要看谁的产业化做得更好，谁先投入商业应用”。

有国内太阳能无人机项目的负责人认为，中国的太阳能飞机硬件没有问题，关键在于气象保障、航路计划等“软件”尚显不足。

“伪卫星”前景值得期待

一位匿名专家对《环球时报》记者表示，欧美的太阳能无人机一般设计飞行3个月左右，美国“秃鹰”计划设计要飞5年。如果具备这样的留空时间，太阳能无人机携带相应载荷，就可以执行侦察监视、通信中继、森林防火、海洋监视等多重任务，无论是在军用领域还是民用领域，都能发挥非常重要的作用，因为它的留空时间是其他所有航空器都做不到的。与卫星等航天器相比，太阳能无人机信号传输损失小、精度高，可实现理论上的目标区域永久驻留，不存在重返周期问题，生产和运营成本低；与传统飞机相比，它的覆盖区域广，留空时间长；与浮空器相比，它的操控性好，机动性强。因此，未来超长航时太阳能无人机将成为空中力量的重要补充，进一步促进空天一体化发展。

上述专家表示，如果一架太阳能无人机可以连续飞行100天，每天飞行3000公里，就可以飞行30万公里。当然受限于发电效率，太阳能无人机目前还无法在全球使用，它们通常只在南北纬度45度之间使用。要想研制出一架可以实现越夜飞行，特别是拥有在1.7万-2.7万米的大风层以上越夜能力的无人机，要求非常高。因为只有长时间保持在大风层之上才能保证完成任务的能力，否则遇到雨雪、大风等天气，无人机没法执行任务，可用性将大大受限。而要实现在这样的高度长时间巡航则要解决总体、气动、结构、动力能源等技术难题。

将来这些问题全部解决之后，是否就可以实现“伪卫星”的定位呢？上述专家认为，这种前景是非常值得期待的，未来长航时大型太阳能无人机主要有两种应用模式：一种模式是定点小半径盘旋，“挂”在天上盯着某个地区；另一种模式是一天跑两三千公里，进行巡逻，并在巡逻过程中根据需要再次进行定点观测。如果多架太阳能无人机组合，就可以形成一个非常有效的信息获取系统。而且太阳能无人机站得高看得远，如果在2万米的高空巡航，视距就可以达到500公里，相当于可以覆盖几十万平方公里的面积。多机组合可以携带不同的载荷，包括无线电信号、光学信号、多光谱传感器等，以应付不同的环境与气候条件、满足不同任务需求。这样的综合费效比就会很高。

如果太阳能无人机与卫星组合使用的效果会更好，卫星可以实现多颗、广域、大视野，太阳能无人机则可以实现详查，长时间盯着一个区域。在民用领域可以进行通信，以较好的费效比满足通信覆盖困难的高山地区、特殊地区的通信需求。比如，在人烟稀少的地区，如果要布设基站费效比很差，可以在当地高空“挂”一架太阳能无人机，并动态分配传输速率。

该专家认为，在区域范围内进行通信保障等任务时，高空长航时太阳能无人机可能在性能、费效比方面都要优于美国的“星链”卫星。