什么是平流层无人机,平流层无人机有什么优势?

平流层无人机顾名思义就是能在平流层飞行的无人机

什么是平流层?平流层飞行器有什么优势?

平流层又称同温层,位于对流层之上,顶端距离地面大约30公里,具备温度稳定、风向水平的特点,是飞行器比较理想的飞行空间。近些年来,有关平流层飞行器的研发兴起。资料显示,平流层飞行器可以替代卫星的绝大部分功能,如通信、导航、农业、气象、测绘等。由于平流层飞行器距离地面更近,它们因此具备了卫星所不可比拟的成本优势和因距离产生的独到的技术优势。

在平流层飞行器的众多研制中,平流层无人机的研发是一大热门。常规的无人机存在的诸多不足,其中最主要的缺陷便是空中停留时间非常有限,这是受到常规无人机的主要动力来源为普通能源所限制。而太阳能光电技术的迅速进步,打破了无人机动力能源的限制,配合平流层稳定的飞行条件,各国都纷纷掀起平流层太阳能无人机的研发热潮。

各国的平流层无人机介绍

美国天燕座无人机Apus-30

硅谷创业企业UAVOS正在研发一款高空伪卫星——一架太阳能动力的无人机“天燕座-30(Apus-30)”。该机为了将巡航阻力降至最低以实现超长航时飞行采用了超细长柔性机翼方案,这得益于其利用了机翼主动弯曲控制技术。

韩国太阳能无人机EAV-3

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EAV-3 是一架可以在高度 12km 以上的平流层中,通过太阳能和电池长时间飞行的小型飞机。使用机翼上的太阳能电池板充电,白天用太阳能电池和电池电力飞行,而晚上则用白天充电的电池飞行。EAV-3 的翼展为 20m,机身为 9m。

第一个高空无人飞行器“探路者”

“探路者”太阳能无人飞机计划始于上世纪80年代,是美国军方开发的首款用于执行高空、长航时侦察任务的无人飞机,也被人称之为大气卫星。1983年6月首飞成功,在此后共进行了9次试验飞行,不过由于当时的无线控制和太阳能电池技术尚有缺陷,无法满足持续飞行的需求,因此被封存。十年后国际环境发生巨变,这类飞机短时间内还没有实用价值,且相关技术仍达不到军方要求,在1994年它被转交给NASA,用于科学研究平台继续使用。

什么是平流层无人机,平流层无人机有什么优势?美军开发的首款高空无人机“探路者

该机的最初型号翼展29.5米,机身长3.6米,自重252公斤,有效载荷54公斤,由六台电动马达作为动力,太阳能电池板输出功率7.5千瓦左右,续航时间在14-15小时之间。因为该机机身全部使用复合材料制作,包括碳纤维、nomex、凯夫拉纤维和塑料泡沫等,所以机身很轻,为的就是减轻重量,提高飞行效率。在测试中该机最大飞行高度可以达到1.5万米,这与设计目标2.4万米尚有一定的差距。

“和风”太阳能高空无人机

“和风”(Zephyr)高空无人机由英国的内蒂克公司在2003年研制,最初的目的仅是为了打破高空飞行记录而开发。在2008年曾创下在1.9万米高空连续飞行82小时的记录,不过由于是秘密飞行,官方并不认可这一数据,但在第二次飞行中创造的2.1万米高空飞行33小时的记录仍然打破了当时无人机的最长飞行时间记录。后该公司推出的“和风7”号又创造了无燃料连续飞行336小时的超长滞空记录,这也直接表明了高空无人机时代的到来,太阳能技术有了突破。“和风”无人机也成为那个时候世界上首个可以跨昼夜飞行的无人机。

什么是平流层无人机,平流层无人机有什么优势?

“和风”(Zephyr)高空无人机

“和风”无人机是世界上第一款被部署的高空无人机,它现在共有两个版本,分别是S型和T型,用于执行侦察和通信任务。以“和风7”为例,该机整体重量仅为53公斤,其中电池重量为24公斤,有效载荷为5公斤,机身全部使用碳纤维制作。翼展25米,配备有两台电动马达,巡航速度56千米/时,最大飞行高度2.1万米左右,续航时间14天。

什么是平流层无人机,平流层无人机有什么优势?Phasa-35高空无人侦察机

日本平流层平台计划(SPF)

日本进入该领域也比较早,在1998年日本航空航天局已经有了平流层平台计划(SPF)。不过在形式上与英、美等国无人机不同,它采用的是飞艇式无人平台。

什么是平流层无人机,平流层无人机有什么优势?SPF计划

SPF计划目标是研发一款大型无人飞艇,能够在离地面20千米的高度飞行。飞艇长度245米,重量32吨,有效载荷1吨左右,白天由太阳能电池板供电,夜间使用可再生燃料电池供能,在没有外界干扰的情况下理论上可以连续飞行三年。2003年首次试飞成功,不过后来由于预算问题项目被取消,但相关技术被转移到下一代高空无人机项目中。

我国的高空无人机计划彩虹-T4

彩虹-T4是我国开发的一款高空无人机,翼展45米,升限2万米左右,滞空时间理论上可以达到数月之久,主要用于侦察、通信中继和灾害预警等用途,2017年首飞成功。

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彩虹-T4高空无人飞机

平流层之战

除此之外,还有不少高空无人飞机也被陆续推出,比如韩国的平流层飞艇计划、美国陆军的HALE-D高空飞艇和秃鹰计划等等。

平流层无人机的应用优势

民用领域

国外媒体报道,空中客车、波音以及软银子公司等正在开发飞行高度在18000米以上的平流层无人机,期望通过运营成本更低、更便于操作、投放部署速度更快的高空太阳能无人机取代传统卫星。

越来越多的人开始关注这片未开发的区域,在民用方面谷歌、Facebook、软银、NASA、ESA等公司和航天局纷纷立项研制可以在这个高度使用的飞行器,以拓展自己的通信和其他业务,尤其是5G的普及,这种高空无人机可以作为移动基站来使用。

军用领域

既然民用公司都开始注意到这个区域了,那么在军事上各大国也早已展开了激烈的角逐。

平流层位于电离层之下,在这个高度上如果使用高空无人机执行空中侦察任务,那么它的监测效率和安全性较普通的侦察飞机而言要高得多。

首先在这样的高度之上,飞机可观测的区域非常广;

其次,在这个区域的中、上层基本上不会受到任何的威胁,因为到目前为止现役的防空导弹和战斗机(可以进入,但无法作战)尚无法在这个高度实施有效的拦截;

另外,相比于卫星来说,在平流层中、上部飞行的飞机可以根据需要在一个位置停留很长时间,卫星是做不到这一点的;

最后,所有开发的平流层高空无人机都统一采用了太阳能供电的方式来解决能源问题,在这个高度上,太阳能电池板对于太阳能的吸收效率更高,只要电池板足够大理论上产生的电能非常充足,可以满足飞机无限续航的要求。而且还有一点很关键,那就是性价比高,发射一个卫星的费用可以造上百架类似的无人机。

平流层无人机视频

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