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太阳能无人机如何造福于民?
2019-09-05 作者:小编

太阳能无人机如何造福于民?

首发自:北科智库

作者:兰顺正

提要

中国自主研发的中大型太阳能驱动无人飞机“墨子Ⅱ型”日前在浙江德清莫干山通航机场首飞成功。据报道,“墨子Ⅱ型”翼展15米,利用太阳能电池将光能转换电能,采用4台电力引擎驱动,能在6000米到8000米高空飞行,飞行过程中无任何废气排放。天气良好的情况下,一次可以留空作业12小时。可以预见,太阳能无人机造福于民的日子越来越近。

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太阳能无人机是利用太阳光辐射能作为动力的无人驾驶的飞行器。它利用太阳电池将太阳能转化为电能,通过电动机驱动螺旋桨旋转产生飞行动力。太阳能无人机的关键技术包括以下几个方面:

1. 发电系统

太阳能无人机最主要的能量来源于光照,铺设在机翼和尾翼上的太阳电池将光能转化为电能,以作为无人机的动力来源。电池性能是决定太阳能无人机性能的关键因素之一。

2. 储能系统

太阳能无人机在白天飞行期间利用太阳电池对蓄电池充电,到夜晚再利用二次电池中的电能继续飞行。储能电池组质量可占太阳能无人机总重的20%~50%。提高储能电池的能量密度可有效提升太阳能无人机整体性能,增加夜间飞行高度和任务载荷能力。

3. 能量管理系统

由于在不同高度和不同时间,太阳的辐射强度不同,因此电池功率也会出现变化。而能量管理系统的主要作用就是根据这种变化调节各个部件的电量分配,实时监测各单元的能源需求量并合理高效地进行能量调配,决定各个部件的供电。

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1974年11月4日,世界上第一架太阳能无人机Sunrise I试飞成功,在100米左右的高度飞行了大约20分钟。

近年来,随着太阳电池转换效率不断提高,以及微电子技术、新材料技术的发展,太阳能无人机的发展速度也越来越快。

美国Facebook公司于2015年首次公布了Aquila太阳能无人机:翼展超过了波音 737 飞机。机身由碳纤维复合材料制造而成,重量约为电动汽车车身重量的 1/3。机翼上还覆盖了大量的太阳电池板。

2017年6月,Aquila在第二次飞行中成功降落,飞行时长达 1时46分。

而在今年5月,美国AeroVironment公司宣布其太阳能无人驾驶飞行器(UAV)项目取得重大里程碑式的跨越。其研制的Hawk30无人机翼展约260英尺,10个电动机由覆盖机翼表面的太阳能电池板驱动。

据悉,HAWK30飞行在海拔约65000英尺的高空和云层之上,可以连续执行任务长达数月而无需降落。

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中国在该领域同样取得了不小的成果。

2017年5月末,由中国航天科技集团十一院研制的新型彩虹太阳能无人机在西北某地完成临近空间飞行试验,试验取得圆满成功。

“彩虹”的翼展为 45米,留空时间大于24 小时,升限超过 20千米,载荷能力为20千克。

这标志着中国成为继美英之后,全球第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。

在今年3月,由中国航天科工三院主导的“飞云工程”已取得阶段性成果,其太阳能无人机顺利完成了多架次自主飞行验证。

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太阳能无人机不但具备传统航空、航天飞行器的诸多优点,同时还具备续航时间长、飞行高度高等自身独特的优势,在重大自然灾害预警、常态化海域监管、应急抢险救灾、反恐维稳等公益事业以及临近空间通信系统等商业及产业类领域都有着广阔的应用前景。

以临近空间通信这一项来说,太阳能无人机凭借其超长续航能力,一次可执行“周”级长航时任务,其超高飞行高度则可实现更广的区域覆盖。

同时相比于卫星,太阳能无人机成本低,且可多次重复使用,更没有燃油消耗,可以说是零排放。

太阳能无人机对机场的要求不高,可以快速展开部署与撤收,也可返回地面升级。

如上文提到的“飞云工程”就是最好的例子。根据相关科研人员介绍,“飞云工程”以太阳能无人机为基础构建空基局域网,可提供远大于地面基站的网络覆盖范围以及不受区域限制的“伴随式”网络接入服务。同时,可为偏远山区、小型岛礁、灾区等通信“死角”提供有效的网络覆盖。

而此次在中国试飞成功的“墨子Ⅱ型”据称也正和移动运营商、5G、蜂窝设备商等合作,布局低空数字化产业。

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