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無(wú)人機(jī)整機(jī)
無(wú)人機(jī)配件
無(wú)人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具
上周末，深圳市科比特航空科技有限公司發(fā)布了一款產(chǎn)品化氫燃料電池無(wú)人機(jī)，各大媒體都對(duì)此爭(zhēng)相報(bào)道。不想一石激起千層浪，一場(chǎng)業(yè)內(nèi)關(guān)于無(wú)人機(jī)能源的大論戰(zhàn)就此展開，有人為氫燃料電池叫好，有人認(rèn)為它不穩(wěn)定，更有人覺得使用氫燃料是無(wú)稽之談，用好最根本的鋰電池才是正道。那么問題來(lái)了：無(wú)人機(jī)能源哪家好？
無(wú)人機(jī)的分類
眾所周知，無(wú)人機(jī)被分為三個(gè)應(yīng)用層級(jí)：消費(fèi)級(jí)，工業(yè)級(jí)和軍用級(jí)。軍用級(jí)無(wú)人機(jī)的研發(fā)時(shí)間最早，從無(wú)人機(jī)的雛形，第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期轟炸倫敦的德國(guó)V-1火箭上，就能看見些許當(dāng)代無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)：航程遠(yuǎn)，使用燃料為能源，具備一定的軍事打擊能力，有較大載重量等?，F(xiàn)代無(wú)人機(jī)也大多如此，例如美國(guó)的“捕食者”、“全球鷹”，以色列的“哈比”，俄羅斯的“海釣”等。此外，軍用級(jí)無(wú)人機(jī)多采用固定翼或單旋翼設(shè)計(jì)，具有較高的機(jī)動(dòng)性。
為玩而生的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)
消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)則主要針對(duì)民用市場(chǎng)，多以電池為能源，靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有四個(gè)以上旋翼。這種設(shè)計(jì)的原因主要是電機(jī)所能產(chǎn)生的升力有限，不及使用化石燃料的內(nèi)燃機(jī)，采用多個(gè)旋翼能夠有效提升無(wú)人機(jī)升力。消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)問世較早，從能夠用手機(jī)APP控制的玩具無(wú)人機(jī)，到助力汪峰求婚，為子怡送來(lái)婚戒的精靈2，均屬于消費(fèi)級(jí)。消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)主要使用技術(shù)成熟的鋰電池，市面上常見的此類產(chǎn)品大多需要充電數(shù)小時(shí)，飛行時(shí)間為15~30分鐘不等。
工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)脫胎自消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)，當(dāng)然也有少數(shù)軍用轉(zhuǎn)民用產(chǎn)品，和消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)僅僅是“為了玩”不同，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)必須具備完成相應(yīng)任務(wù)的能力，因此對(duì)續(xù)航能力、載重能力、克服極端環(huán)境的能力均有著較高要求。最初使用工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)的是電力行業(yè)，電力工程師們利用無(wú)人機(jī)較好的滯空能力完成日常的電力巡線作業(yè)。隨后，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)又轉(zhuǎn)戰(zhàn)公安、消防、農(nóng)業(yè)、石化等領(lǐng)域，搭載的設(shè)備越來(lái)越重，飛行時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，原先使用的鋰電池已漸漸無(wú)法滿足各種應(yīng)用環(huán)境的需求
能源瓶頸亟待打破
時(shí)至今日，依舊有不少人固執(zhí)的認(rèn)為，多旋翼工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)就應(yīng)該繼續(xù)使用鋰電池而不是玩些“華而不實(shí)”的新能源，但更多的人意識(shí)到無(wú)人機(jī)需要新的能源來(lái)打破性能提升的瓶頸。就現(xiàn)階段而言，石墨烯、太陽(yáng)能、燃料電池是人們研究無(wú)人機(jī)新能源的主要方向。
石墨烯：從之前的資料來(lái)看，石墨烯更像是一種“黑科技”，被很多人喻為最接近科幻小說(shuō)《三體》中“二向箔”的物質(zhì)，它具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特點(diǎn)，備受矚目的可彎曲屏幕就是以石墨烯為基礎(chǔ)材料制成的。
石墨烯能制成可彎曲的手機(jī)屏幕
但目前石墨烯電池僅僅是“看上去很美”，在這種產(chǎn)品中，石墨烯只起到輔助作用，也就是原有的電池，如鋰電池，借助了石墨烯高導(dǎo)電性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了快速充電功能，但電池本身的性能并未提升，因此更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間也便無(wú)從說(shuō)起了。至于以石墨烯為主要材料制作新型電池，部分國(guó)內(nèi)外從事該領(lǐng)域研究的學(xué)者表示，這種想法暫時(shí)還不太現(xiàn)實(shí)，而制作出來(lái)的電池比起現(xiàn)在的鋰電池是否會(huì)有性能方面的提升也是個(gè)未知數(shù)。一言蔽之，現(xiàn)在談石墨烯電池還為時(shí)尚早。
太陽(yáng)能：為解決無(wú)人機(jī)高效收集太陽(yáng)能的問題，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)就必須載有體積較大的收集裝置，所以此類無(wú)人機(jī)目前大多是固定翼結(jié)構(gòu)，以便在機(jī)翼上安裝大量太陽(yáng)能面板。此舉的直接結(jié)果就是太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)大多自身體積較大，需要借助固定的場(chǎng)地才能飛行。固定機(jī)翼限制了無(wú)人機(jī)的靈活性，也不具備多旋翼無(wú)人機(jī)垂直起降和懸停的能力，無(wú)法到達(dá)許多特定地點(diǎn)。而最為重要的是，目前研究的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)均無(wú)法解決夜間飛行問題，因此需要搭載燃料電池為飛機(jī)的夜間飛行供能。
于是，我們回到了一開始就備受爭(zhēng)議的燃料電池。燃料電池是一種將存在于燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，因此嚴(yán)格意義上講，它并不是真正能存儲(chǔ)電能的“電池”，而是產(chǎn)生電能的“發(fā)電廠”。在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，研究和使用最為頻繁的是氫燃料電池。
對(duì)氫燃料電池的疑惑
早在20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)應(yīng)用于航天領(lǐng)域。著名的“阿波羅”號(hào)飛船就安裝了氫燃料電池。有人曾質(zhì)疑氫燃料電池的穩(wěn)定性，認(rèn)為氫氣是易燃易爆氣體，使用氫燃料電池的無(wú)人機(jī)無(wú)異于轟炸機(jī)。這種觀點(diǎn)，是只知其一不知其二。氫氣爆炸的先決條件有兩個(gè)：
1、空氣中的氫氣濃度達(dá)到4%~75%；
2、施加靜電、明火或空氣，溫度達(dá)到527攝氏度以上。
以上兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足，才會(huì)出現(xiàn)爆炸，換句話說(shuō)，只要從這兩個(gè)方面入手做好防護(hù)工作，氫燃料電池就不會(huì)爆炸。退一步講，如果氫氣真的如此不安全，也不會(huì)有汽車企業(yè)投入研發(fā)氫燃料電池汽車。
氫燃料電池也可以作為汽車的能源
當(dāng)然也有人表示，一套氫燃料電池的造價(jià)相當(dāng)昂貴，會(huì)造成無(wú)人機(jī)制造成本上升。記得中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究所的一位負(fù)責(zé)人曾說(shuō)，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)和軍用級(jí)無(wú)人機(jī)并不具備消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，工業(yè)級(jí)和軍用級(jí)無(wú)人機(jī)的每一個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)的花費(fèi)，就是一架消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的十幾倍乃至幾十倍，因此兩者在價(jià)格上完全不具備可比性，只能用性能來(lái)衡量之。如果它們的售價(jià)也變得便宜了，那往往意味著性能上要大打折扣。這就很好解釋為什么即使氫燃料電池造價(jià)較高，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)也要采用了。比起每飛行15~30分鐘就要充電3小時(shí)的鋰電池，使用氫燃料電池可以讓工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)快速“投入戰(zhàn)斗”，更重要的是，鋰電池的使用壽命會(huì)不斷衰減，性能也將不斷下降，但氫燃料電池卻沒有這一特性。
已發(fā)布的產(chǎn)品化氫燃料電池?zé)o人機(jī)
還有人說(shuō)，自從無(wú)人機(jī)新規(guī)出臺(tái)后，續(xù)航時(shí)間大于或等于30分鐘的無(wú)人機(jī)已經(jīng)不能出口。許多商家也不再用續(xù)航時(shí)間作為賣點(diǎn)，即使飛行時(shí)間再長(zhǎng)，航程再遠(yuǎn)，又有何用？其實(shí)，能否出口和無(wú)人機(jī)是否需要提升飛行時(shí)間是兩個(gè)完全不同的問題，兩者之間也沒有必然聯(lián)系。
首先，看一看關(guān)于限制無(wú)人機(jī)出口的問題：
2015年6月25日，商務(wù)部、海關(guān)總署、國(guó)防科工局、總裝備部曾聯(lián)合下發(fā)公告，7月1日起對(duì)符合條件的三類軍民兩用無(wú)人駕駛航空飛行器實(shí)施臨時(shí)出口管制措施。公告對(duì)限制出口的無(wú)人機(jī)的航程與荷載進(jìn)行了明確規(guī)定：一是射/航程等于或大于300千米的無(wú)人駕駛航空飛行器系統(tǒng)；二是擁有20升以上容量的氣霧劑布撒系統(tǒng)或經(jīng)設(shè)計(jì)或改進(jìn)后能配備容量20升以上的氣霧劑布撒系統(tǒng)的具備自主飛行控制和導(dǎo)航能力的無(wú)人駕駛航空飛行器系統(tǒng)；三是擁有20升以上容量的氣霧劑布撒系統(tǒng)或經(jīng)設(shè)計(jì)或改進(jìn)后能配備容量20升以上的氣霧劑布撒系統(tǒng)的、具備操作員從視距外控制飛行能力的無(wú)人駕駛航空飛行器系統(tǒng)。
隨后，商務(wù)部及海關(guān)總署又聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)部分兩用物項(xiàng)出口管制的公告》，決定自2015年8月15日起，對(duì)部分無(wú)人駕駛航空飛行器實(shí)施出口管制。公告中對(duì)于無(wú)人機(jī)的出口管制技術(shù)指標(biāo)提出了具體要求：首先是可在15420米(50000英尺)以上高空飛行的無(wú)人駕駛航空飛行器；其次是在操作人員自然視距以外，能夠可控飛行，最大續(xù)航時(shí)間大于等于30分鐘，以及在大于等于46.3千米/小時(shí)(25節(jié))的陣風(fēng)條件下，具有起飛能力和穩(wěn)定可控飛行能力的飛行器；最后是最大續(xù)航時(shí)間大于等于1小時(shí)的飛行器。
不難看出，6月的聯(lián)合公告主要針對(duì)軍用無(wú)人機(jī)，因?yàn)槠渲辛信e的性能參數(shù)消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)均很難企及；而8月的公告除針對(duì)軍用無(wú)人機(jī)外，也涉及了少量無(wú)人機(jī)。如此看來(lái)，這款續(xù)航時(shí)間高達(dá)273分鐘的無(wú)人機(jī)確實(shí)被限制出口了。但從我國(guó)無(wú)人機(jī)出口的總體情況看，70%~80%的出口機(jī)型屬于消費(fèi)級(jí)，工業(yè)級(jí)所占比重本來(lái)就相當(dāng)??；此外，這款無(wú)人機(jī)是針對(duì)國(guó)內(nèi)的公安、消防、農(nóng)業(yè)、電力、石化等部門和行業(yè)的實(shí)際需求而開發(fā)的，并沒有定位于國(guó)際市場(chǎng)，是否出口尚且不得而知。再者，該機(jī)型據(jù)稱是全球首款產(chǎn)品化氫燃料電池?zé)o人機(jī)，核心技術(shù)據(jù)信已處于行業(yè)領(lǐng)先水平，從技術(shù)保護(hù)和國(guó)家安全層面考慮，應(yīng)該不會(huì)出口。
國(guó)外團(tuán)隊(duì)用于實(shí)驗(yàn)的氫燃料電池?zé)o人機(jī)
其次，是工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)是否應(yīng)該提高續(xù)航時(shí)間的問題。國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)行業(yè)資深專家，哈爾濱工業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)孫明健教授曾說(shuō)，航時(shí)是工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)解決一切作業(yè)難題的先決條件。他認(rèn)為，一旦解決了航時(shí)問題，將會(huì)極大擴(kuò)展工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景和用途。由此可見，航時(shí)的提高能夠?qū)I(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)，乃至整個(gè)無(wú)人機(jī)行業(yè)帶來(lái)巨大變化。有了更長(zhǎng)的航時(shí)，無(wú)人機(jī)的工作半徑更大，可完成任務(wù)種類更多，工作效率更高。從整個(gè)行業(yè)來(lái)看，提高續(xù)航時(shí)間有百利而無(wú)一害，許多廠家之所以不拿航時(shí)當(dāng)賣點(diǎn)，或許是因?yàn)樵谶@方面尚不具備明顯優(yōu)勢(shì)。
人們總是喜歡對(duì)已有的事物表示贊許而對(duì)新生事物持懷疑甚至反對(duì)的態(tài)度。氫燃料電池在工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用之所以遭到質(zhì)疑，其實(shí)也是人們的這種思維定式在作祟。然而在社會(huì)歷史的發(fā)展中，新生事物必然戰(zhàn)勝舊事物，假以時(shí)日，無(wú)人機(jī)行業(yè)將迎來(lái)一次新的技術(shù)變革。
2020-10-21 10:08
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