专访彩虹太阳能无人机总师：核心设备国产化，可部分替代卫星

　　近日，中国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。这使中国成为继美、英之后，第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。

　　在逾15小时的飞行过程中，无人机飞行状态平稳、姿态可控，有条不紊地按设计航迹飞行，最终平稳降落机场，试飞取得圆满成功。

　　彩虹系列无人机总工程师石文近日接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）专访时表示，彩虹太阳能无人机的核心关键技术和设备已经全部实现国产化。该机载重能力不亚于美国同类太阳能无人机，它的诞生标志中国临近空间太阳能无人机技术已经跻身世界先进水平。

　　石文还表示，太阳能无人机能够实现长期不间断的持续飞行，若不考虑其部件的寿命，理论上可以“永久飞行”。彩虹太阳能无人机能飞到距地面20公里～100公里的临近空间，远超过普通飞机的飞行高度，可以替代卫星的某些功能，应用前景广阔。

　　大气层内的“卫星”

　　澎湃新闻：这次彩虹太阳能无人机成功完成2万米以上高空飞行试验。中国成为继美、英之后，第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。请介绍一下彩虹太阳能无人机和这次试验。

　　石文：彩虹太阳能无人机是我们中国航天科技集团公司十一院自主研发的、采用太阳能作为动力的无人机，它的飞行高度超过2万米。这个无人机属于大型无人机，翼展达到了45米，我们在去年珠海航展上展出的最大无人机——彩虹-5（的翼展）只有20余米，可见彩虹太阳能无人机是非常大的。看过彩虹太阳能无人机照片的读者会发现，我们这个无人机有8个螺旋桨，这就表明着该机装备了8个发电动机。机翼上方基本上全部覆盖了太阳能电池板，这是无人机的动力来源。

　　这次试验我们4月份就进场，试验地点是西北的某机场。在首飞之前，我们进行了充分的准备。试验那天，天气晴朗，测试和检查结束之后我们就放飞了太阳能无人机，无人机平稳飞离跑道，逐步攀升到2万米的临近空间。飞行了15个多小时后无人机顺利返航，试验顺利完成。

　　澎湃新闻：在去年珠海航展上，看到你们展出的彩虹-3、彩虹-4、彩虹-5等彩虹系列无人机，这些无人机的活塞发动机均使用石化燃料（航空汽油、煤油、重油），而这次你们试验的无人机采用太阳能。太阳能的优点毋庸置疑，但是世界大多数无人机并未采用，请问你们为何做出这样的选择？

　　石文：你刚刚提到其他彩虹系列无人机大多使用活塞式发动机，现在世界上通用的高空长航时无人机，大部分均采用活塞或涡轴等吸气式发动机。采用这些常规动力的长航时无人机一遇高空空气稀薄，发动机功率会大幅降低，油耗增高，因此，现有常规动力飞机的飞行高度和续航能力很难进一步提高。

　　而以太阳光能作为能源的无人机可以弥补这些不足，飞得更高更远。白天，太阳能无人机依靠太阳电池的光电转换效应，为动力系统、航空电子设备及任务载荷提供能量，同时将多余的能量储存在蓄电池中。夜晚，它再通过蓄电池的电能持续飞行。如果太阳能无人机每天白天存储的能量可以满足夜晚飞行的需要，就能够实现不间断的持续飞行，若不考虑其部件的寿命，理论上可以“永久飞行”。和传统以化学燃料为能源的飞机相比，太阳能无人机还有不污染大气的优势，是真正的绿色环保飞行器。

　　澎湃新闻：我们注意到，这次彩虹太阳能无人机飞得很高，达到了2万米，处于临近空间，为什么要飞那么高？

　　石文：临近空间是指距地面20公里～100公里的空域，这个空域比较特殊，低轨卫星一般运行在离地面300公里的太空，而大气层内的飞机一般飞行在20公里以下的空域，所以，人类在很长一段时间没有充分重视和应用这个空域。临近空间空气稀薄，压力也小，特殊的环境让有人驾驶飞机“不愿意上去”，而航天器则“不能下来”。后来，随着技术的发展，人类发现了临近空间的巨大使用潜力，各种临近空间飞行器就出现了，临近空间太阳能无人机就是临近空间飞行器的一种。

　　由于我们研制的是无人机，那就不用考虑临近空间的恶劣环境对人的影响，技术上省去了这一难关。临近空间太阳能无人机之所以要飞那么高，就是为了利用这一空域的特殊环境，由于太阳能充足，可以为其提供足够的能源，加上在云层之上，大气稳定，平均风速比较小，利于无人机长时间飞行。此外，大家知道 站得高、看得远，临近空间无人机飞这么高，“看”得也就也远。

　　澎湃新闻：当下，大家对无人机用途还是比较熟悉的，民用无人机可以用于航拍、减灾防灾、电力巡逻等，军用无人机可以用于电子干扰、侦查监视、对地攻击等。那么，临近空间太阳能无人机有什么用途？

　　石文：临近空间太阳能无人机长航时、运行低成本这两大优势是常规长航时无人机无法比拟的，它可以大范围、长时间留在空中，特别适合执行像海洋监视、地面交通管制等任务。临近空间太阳能无人机可以作为“大气层卫星”，具备低轨道卫星的一些功能。太阳能无人机飞行高度比一般飞机高，续航时间长，在局部形成持续的监视、信息中继能力。与卫星的周期性访问相比，太阳能无人机可实现区域持久驻留，其执行监视任务的时间/空间分辨率更高，区域通信能力更强，且起降场地简单，发射及运行成本更低。

　　具体来讲，在民用方面，太阳能无人飞行器可以完成灾害监测、边境巡逻、空中和地面交通管理、通讯中继等任务。可以向信号覆盖地区提供电视和电信服务，以较低的成本代替通信卫星的功能。在发生地震、洪灾或森林火灾时，替代中断的通信，保持受灾地区与外界的联络。应用前景还是非常广阔的。

　　澎湃新闻：此前，有美国媒体报道称，太阳能无人机可以用于中继通信、目标指示等军用用途，是打航母的给力帮手。这种说法靠谱吗？太阳能无人机有没有军用的潜力？

　　石文：太阳能无人机是一个飞机平台，它上面使用什么载荷，用于什么领域由客户决定。这和我们家里面的菜刀一样，我们主要还是用于切菜，但是有些人把它当武器、凶器，也是取决于用户。

　　理论上，太阳能无人机可以搭载一些特殊的载荷用于国家安全领域。美国国防部高级研究计划局（DAPRA）就在研制名为“秃鹰”的临近空间太阳能无人机，目的是为美军提供持久的情报、监视、侦察和通信中继能力。

　　实用化为下一步发展方向

　　澎湃新闻：这次成功使中国成为继英、美之后，第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。看来，掌握这一技术的国家屈指可数，研制临近空间太阳能无人机要掌握哪些关键技术？

　　石文：临近空间太阳能无人机技术还是挺复杂的，需要掌握总体优化设计、动力技术、能源系统综合管理与集成技术、超轻质结构的设计与制造等多个关键技术。

　　我们航天十一院自“十五”起，开始了太阳能无人机领域的研究。至今已经历了平台概念研究及小型验证机研制、关键技术研究和方案论证、结构样机试制和试验、技术验证机低空试飞等阶段。经过十余年坚持不懈的努力，太阳能无人机团队解决了总体、气动、结构、飞行控制、能源动力高效应用等关键技术难题，初步建立了太阳能飞行器的设计和试验方法。

　　澎湃新闻：国外太阳能无人机发展情况怎么样？与他们相比，彩虹太阳能无人机在技术上处于什么水平？

　　石文：临近空间太阳能无人机研究最早的国家是美国。美国在太阳能飞机方面的探索可追溯到20 世纪70 年代初，1974 年11 月4 日世界上第一架用太阳能驱动的“Sunrise I”在加州试飞成功。现在，美国国家航天局、美国国防部高级研究计划局及一些私营公司都已研制出临近空间太阳能无人机，技术水平走在世界前列。

　　英国也在积极研制太阳能无人机。英国奎奈蒂克公司的Zephyr太阳能无人机计划始于2001年，任务为监视、通信和野战部队快速投放提供一个持久耐用，稳定，高海拔的平台。2007年7月Zephyr在空中飞行时间达到了54小时，飞行高度15公里，打破了2001年“全球鹰”无人侦察机创造的30多个小时的飞行纪录。

　　彩虹太阳能无人机是目前我国研制的尺寸最大、续航时间最长的临近空间无人机，核心关键技术和设备已经全部实现国产化。该机载重能力不亚于美国同类太阳能无人机，它的诞生标志我国临近空间太阳能无人机技术已经跻身世界先进水平。在此基础之上，很快大型高性能实用化的太阳能无人机将会翱翔于天空。

　　澎湃新闻：大家知道，太阳对于人类来说是取之不尽、用之不竭的能源。那太阳能无人机是不是会在未来取代那些采用石化燃料的常规无人机？

　　石文：太阳能无人机有很多优点，但也不是完美无瑕，并不是什么“活”都可以干。比如它飞行速度慢这一特点就不适合执行对反应速度要求高的任务，这些任务适合由超声速无人机去执行。此外，太阳能无人机载重能力比较小，与那些动辄载重上吨的无人机相比，它的劣势就体现出来了。未来，太阳能无人机和采用石燃料的常规无人机会并行发展，太阳能无人机不会取代现有的常规动力无人机。

　　澎湃新闻：这次成功之后，彩虹太阳能无人机接下来向什么方向发展？

　　石文：这次首飞的彩虹太阳能无人机是一个试验平台，接下来，我们会做更多的试验，进一步验证临近空间太阳能无人机的相关技术。彩虹太阳能无人机下一步发展最关键的地方是实用化，也就是说成为一种能“干活”的无人机。国外预测，未来3-5年，临近空间太阳能无人机将实现实用化，我们也在加紧努力，早日让彩虹太阳能无人机进入实用阶段，造福于民。