專訪彩虹太陽能無人機總師：核心設備國産化，可部分替代衛星

　　近日，中國新型彩虹太陽能無人機在西北某地完成臨近空間飛行試驗，試驗取得圓滿成功。這使中國成為繼美、英之後，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。

　　在逾15小時的飛行過程中，無人機飛行狀態平穩、姿態可控，有條不紊地按設計航跡飛行，最終平穩降落機場，試飛取得圓滿成功。

　　彩虹系列無人機總工程師石文近日接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）專訪時表示，彩虹太陽能無人機的核心關鍵技術和設備已經全部實現國産化。該機載重能力不亞於美國同類太陽能無人機，它的誕生標誌中國臨近空間太陽能無人機技術已經躋身世界先進水準。

　　石文還表示，太陽能無人機能夠實現長期不間斷的持續飛行，若不考慮其部件的壽命，理論上可以“永久飛行”。彩虹太陽能無人機能飛到距地面20公里～100公里的臨近空間，遠超過普通飛機的飛行高度，可以替代衛星的某些功能，應用前景廣闊。

　　大氣層內的“衛星”

　　澎湃新聞：這次彩虹太陽能無人機成功完成2萬米以上高空飛行試驗。中國成為繼美、英之後，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。請介紹一下彩虹太陽能無人機和這次試驗。

　　石文：彩虹太陽能無人機是我們中國航太科技集團公司十一院自主研發的、採用太陽能作為動力的無人機，它的飛行高度超過2萬米。這個無人機屬於大型無人機，翼展達到了45米，我們在去年珠海航展上展出的最大無人機——彩虹-5（的翼展）只有20余米，可見彩虹太陽能無人機是非常大的。看過彩虹太陽能無人機照片的讀者會發現，我們這個無人機有8個螺旋槳，這就表明著該機裝備了8個發電動機。機翼上方基本上全部覆蓋了太陽能電池板，這是無人機的動力來源。

　　這次試驗我們4月份就進場，試驗地點是西北的某機場。在首飛之前，我們進行了充分的準備。試驗那天，天氣晴朗，測試和檢查結束之後我們就放飛了太陽能無人機，無人機平穩飛離跑道，逐步攀升到2萬米的臨近空間。飛行了15個多小時後無人機順利返航，試驗順利完成。

　　澎湃新聞：在去年珠海航展上，看到你們展出的彩虹-3、彩虹-4、彩虹-5等彩虹系列無人機，這些無人機的活塞發動機均使用石化燃料（航空汽油、煤油、重油），而這次你們試驗的無人機採用太陽能。太陽能的優點毋庸置疑，但是世界大多數無人機並未採用，請問你們為何做出這樣的選擇？

　　石文：你剛剛提到其他彩虹系列無人機大多使用活塞式發動機，現在世界上通用的高空長航時無人機，大部分均採用活塞或渦軸等吸氣式發動機。採用這些常規動力的長航時無人機一遇高空空氣稀薄，發動機功率會大幅降低，油耗增高，因此，現有常規動力飛機的飛行高度和續航能力很難進一步提高。

　　而乙太陽光能作為能源的無人機可以彌補這些不足，飛得更高更遠。白天，太陽能無人機依靠太陽電池的光電轉換效應，為動力系統、航空電子設備及任務載荷提供能量，同時將多餘的能量儲存在蓄電池中。夜晚，它再通過蓄電池的電能持續飛行。如果太陽能無人機每天白天存儲的能量可以滿足夜晚飛行的需要，就能夠實現不間斷的持續飛行，若不考慮其部件的壽命，理論上可以“永久飛行”。和傳統以化學燃料為能源的飛機相比，太陽能無人機還有不污染大氣的優勢，是真正的綠色環保飛行器。

　　澎湃新聞：我們注意到，這次彩虹太陽能無人機飛得很高，達到了2萬米，處於臨近空間，為什麼要飛那麼高？

　　石文：臨近空間是指距地面20公里～100公里的空域，這個空域比較特殊，低軌衛星一般運作在離地面300公里的太空，而大氣層內的飛機一般飛行在20公里以下的空域，所以，人類在很長一段時間沒有充分重視和應用這個空域。臨近空間空氣稀薄，壓力也小，特殊的環境讓有人駕駛飛機“不願意上去”，而航太器則“不能下來”。後來，隨著技術的發展，人類發現了臨近空間的巨大使用潛力，各種臨近空間飛行器就出現了，臨近空間太陽能無人機就是臨近空間飛行器的一種。

　　由於我們研製的是無人機，那就不用考慮臨近空間的惡劣環境對人的影響，技術上省去了這一難關。臨近空間太陽能無人機之所以要飛那麼高，就是為了利用這一空域的特殊環境，由於太陽能充足，可以為其提供足夠的能源，加上在雲層之上，大氣穩定，平均風速比較小，利於無人機長時間飛行。此外，大家知道 站得高、看得遠，臨近空間無人機飛這麼高，“看”得也就也遠。

　　澎湃新聞：當下，大家對無人機用途還是比較熟悉的，民用無人機可以用於航拍、減災防災、電力巡邏等，軍用無人機可以用於電子干擾、偵查監視、對地攻擊等。那麼，臨近空間太陽能無人機有什麼用途？

　　石文：臨近空間太陽能無人機長航時、運作低成本這兩大優勢是常規長航時無人機無法比擬的，它可以大範圍、長時間留在空中，特別適合執行像海洋監視、地面交通管制等任務。臨近空間太陽能無人機可以作為“大氣層衛星”，具備低軌道衛星的一些功能。太陽能無人機飛行高度比一般飛機高，續航時間長，在局部形成持續的監視、資訊中繼能力。與衛星的週期性訪問相比，太陽能無人機可實現區域持久駐留，其執行監視任務的時間/空間解析度更高，區域通信能力更強，且起降場地簡單，發射及運作成本更低。

　　具體來講，在民用方面，太陽能無人飛行器可以完成災害監測、邊境巡邏、空中和地面交通管理、通訊中繼等任務。可以向信號覆蓋地區提供電視和電信服務，以較低的成本代替通信衛星的功能。在發生地震、洪災或森林火災時，替代中斷的通信，保持受災地區與外界的聯絡。應用前景還是非常廣闊的。

　　澎湃新聞：此前，有美國媒體報道稱，太陽能無人機可以用於中繼通信、目標指示等軍用用途，是打航母的給力幫手。這種説法靠譜嗎？太陽能無人機有沒有軍用的潛力？

　　石文：太陽能無人機是一個飛機平臺，它上面使用什麼載荷，用於什麼領域由客戶決定。這和我們家裏面的菜刀一樣，我們主要還是用於切菜，但是有些人把它當武器、兇器，也是取決於用戶。

　　理論上，太陽能無人機可以搭載一些特殊的載荷用於國家安全領域。美國國防部高級研究計劃局（DAPRA）就在研製名為“禿鷹”的臨近空間太陽能無人機，目的是為美軍提供持久的情報、監視、偵察和通信中繼能力。

　　實用化為下一步發展方向

　　澎湃新聞：這次成功使中國成為繼英、美之後，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。看來，掌握這一技術的國家屈指可數，研製臨近空間太陽能無人機要掌握哪些關鍵技術？

　　石文：臨近空間太陽能無人機技術還是挺複雜的，需要掌握總體優化設計、動力技術、能源系統綜合管理與整合技術、超輕質結構的設計與製造等多個關鍵技術。

　　我們航太十一院自“十五”起，開始了太陽能無人機領域的研究。至今已經歷了平臺概念研究及小型驗證機研製、關鍵技術研究和方案論證、結構樣機試製和試驗、技術驗證機低空試飛等階段。經過十餘年堅持不懈的努力，太陽能無人機團隊解決了總體、氣動、結構、飛行控制、能源動力高效應用等關鍵技術難題，初步建立了太陽能飛行器的設計和試驗方法。

　　澎湃新聞：國外太陽能無人機發展情況怎麼樣？與他們相比，彩虹太陽能無人機在技術上處於什麼水準？

　　石文：臨近空間太陽能無人機研究最早的國家是美國。美國在太陽能飛機方面的探索可追溯到20 世紀70 年代初，1974 年11 月4 日世界上第一架用太陽能驅動的“Sunrise I”在加州試飛成功。現在，美國國家航太局、美國國防部高級研究計劃局及一些私營公司都已研製出臨近空間太陽能無人機，技術水準走在世界前列。

　　英國也在積極研製太陽能無人機。英國奎奈蒂克公司的Zephyr太陽能無人機計劃始於2001年，任務為監視、通信和野戰部隊快速投放提供一個持久耐用，穩定，高海拔的平臺。2007年7月Zephyr在空中飛行時間達到了54小時，飛行高度15公里，打破了2001年“全球鷹”無人偵察機創造的30多個小時的飛行紀錄。

　　彩虹太陽能無人機是目前我國研製的尺寸最大、續航時間最長的臨近空間無人機，核心關鍵技術和設備已經全部實現國産化。該機載重能力不亞於美國同類太陽能無人機，它的誕生標誌我國臨近空間太陽能無人機技術已經躋身世界先進水準。在此基礎之上，很快大型高性能實用化的太陽能無人機將會翱翔于天空。

　　澎湃新聞：大家知道，太陽對於人類來説是取之不盡、用之不竭的能源。那太陽能無人機是不是會在未來取代那些採用石化燃料的常規無人機？

　　石文：太陽能無人機有很多優點，但也不是完美無瑕，並不是什麼“活”都可以幹。比如它飛行速度慢這一特點就不適合執行對反應速度要求高的任務，這些任務適合由超聲速無人機去執行。此外，太陽能無人機載重能力比較小，與那些動輒載重上噸的無人機相比，它的劣勢就體現出來了。未來，太陽能無人機和採用石燃料的常規無人機會並行發展，太陽能無人機不會取代現有的常規動力無人機。

　　澎湃新聞：這次成功之後，彩虹太陽能無人機接下來向什麼方向發展？

　　石文：這次首飛的彩虹太陽能無人機是一個試驗平臺，接下來，我們會做更多的試驗，進一步驗證臨近空間太陽能無人機的相關技術。彩虹太陽能無人機下一步發展最關鍵的地方是實用化，也就是説成為一種能“幹活”的無人機。國外預測，未來3-5年，臨近空間太陽能無人機將實現實用化，我們也在加緊努力，早日讓彩虹太陽能無人機進入實用階段，造福於民。