未來太陽能無人機長期停在空中 取代衛星不是夢

當斯普特尼克1號(Sputnik 1)在1957年進入低地球軌道的時候,其遠比美國的太空計劃進展得順利,也曾一度讓美國驚恐不已,甚至連學校的學生都隨時準備躲到桌子底下去。斯普特尼 克1號的成功發射意味著衛星時代的來臨,這也徹底改變了通訊行業、導航領域的發展以及人們觀看足球比賽的方式。

  然而,衛星的造價太高昂,且發射成本很高;一旦衛星發射到軌道上,想要進行升級和更新無異於癡人說夢。與之相反,無人機則在這方麵具有巨大的優勢:無人機造價相對便宜,發射過程也非常簡單,更新升級也非常輕鬆。當然,無人機也有很大的缺點,那就是無法在空中停留太長時間。  

空客公司:高空無人機取代衛星不是夢

  有什麽妙計來解決這個問題嗎?

  最近,空客公司宣布Zephyr T無人機(這是一款以太陽能為動力的無人機)首飛成功。在斯普特尼克1號成功發射60年後,這家歐洲公司也加入了建造高空無人機(高空無人機兼具衛星的優勢和飛機的靈活性)的行列。這些“高空準衛星”並不會用來投擲炸彈或者運送包裹,它們的使命是實現衛星的一些功能,並且可以定期返回到地麵更換電池或者進行其他方麵的更新。也許有一天,成群結隊的、以太陽能為動力的無人機可以用來監視軍事目標或情報目標,追蹤森林火災或者傳遞急救信息。

  由於其所處的位置要比衛星低很多,因此無人機可以拍攝更加清晰銳利的地球照片。不僅如此,這種無人機也可以通過使用激光來將信息傳遞給其他的無人機,或者接收來自地麵的信息,從而提供優質的帶寬鏈接,並且提供衛星無法提供的通訊交流服務。  

空客公司:高空無人機取代衛星不是夢

  NASA的1999太陽神原型機(Helioses)是首批進軍這一技術領域的的產品。在一項實驗中,NASA使用了一種回旋鏢狀的飛行器,這種飛行器是由碳纖維和泡沫塑料製成,可以用作空中手機信號塔。這種飛行器看起來非常優雅漂亮,其翼展達到了75米,擁有14個電動螺旋槳,但不幸的是在2003年墜入了太平洋考艾島(Kauai)附近。太陽神最高可以達到3萬米的高空,且可以在空中停留超過24小時。

  事實上,具有如此翼展長度的飛行器在這樣的高空飛行本身就是巨大的挑戰,而且還需要采用太陽能提供動力,難度可想而知。對於太陽神來說,能量存儲是致命傷。該團隊嚐試了燃料電池,但是鋰電池其實是一個更好的選擇。“對於飛機來說,續航能力非常重要。你選擇的電池必須是非常可靠的,這就像冰箱一樣,你希望隻是將它插上電,然後忘記它。”項目負責人Del Frate說。

  從2008年開始空客公司就開始研發這種準衛星,旨在填補衛星隻能在軌道工作而無法在低緯度工作的空白。2010年,Zephyr 7刷新了當時的續航記錄,其續航能力達到了14天。至此以後,這家公司決定對這種技術進行商業化,由此推出了兩種模型,即Zephyr S和Zephyr T。英國國防部對前兩個Zephyr S進行了撥款,並可能會使用它們來進行監視方麵的任務。空客公司嚐試將Zephyr T的翼展長度從25米延展到33米左右,這將使得其攜載荷能力翻兩番,達到20公斤左右,這足以保證該飛機可以攜帶雷達和軍隊客戶想要搭載的其他軍事設施。

  這種以太陽能為動力的飛行器可以在2萬米的高空飛行,是商用飛機飛行高度的兩倍。Zephyr 7原型機能飛行14天,而空客公司希望將這一記錄提高到至少一個月。為了實現這一點,該團隊想到了從大自然來獲得靈感。和現在商用飛機上常見的上翹型翼梢小翼不同,該團隊設計的飛機的尖端向下彎,有點像禿鷹的翅膀。“由於設計的飛機的飛行速度非常慢,因此想增加它的升力。”Del Frate說。經過特殊的設計,這種飛行器的風力搜集利用能力提高了15%。當然,減少機身重量也是一種不錯的選擇,例如Zephyr S就隻有65公斤,而Zephyr T算上有效載荷也就達到136公斤。

  對於續航來說,最大的問題就是在夜晚的時候該怎麽辦,因為光伏太陽能電池不能在晚上產生電能。環球航行的太陽能飛機提供了這樣一條解決思路:陽光動力2號(Solar Impulse 2)在白天的時候在9000米的空中飛行,而在晚上的時候飛行高度則降低為1500米。

  Zephyr無法下降到這樣的高度,因為這樣的話它就會進入商業航線範圍內,且將會用整個白天的時間來達到工作高度。據空客公司介紹,Zephyr使用的電力推進係統的效率已經非常高,但是還在進一步的改進中,希望能夠達到電池技術的先進水平。  

空客公司:高空無人機取代衛星不是夢

  當然,該領域也有很多的競爭者。據陽光動力團隊介紹,他們的下一個項目將會專注於輕型太陽能驅動的無人機的研發,並且希望讓這種無人機的續航能力達到6個月。Google也在進行高空無人機和高空氣球方麵的實驗,希望借此來提供無線網絡服務。Facebook正在開發太陽能驅動的無人機Aquila,這種無人機的續航時間將達到3個月,用以為偏遠地區提供網絡服務。

  空客公司希望將從Zephyr項目獲得的經驗和其建造傳統衛星的經驗有機結合起來,從而打造出一支強大的無人機艦隊。而這也不再隻是一種概念產品——Zephyr S已經進入生產階段,在不久之後就能看到它們在天空中的靚影,就像斯普特尼克1號那樣。

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