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無人機整機
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設(shè)備與工具
還記得汶川地震，地動山搖，當人們拿出手機想要聯(lián)系家人，卻只聽到“嘀嘀……”忙音時的焦急和無奈嗎？去過西北無人區(qū)嗎？方圓幾百公里荒無人煙，衣食住行尚能應(yīng)付，沒有信號、網(wǎng)絡(luò)卻讓人深感與世隔絕。
在“互聯(lián)網(wǎng)即世界”的今天，手機電量充足、Wi-Fi滿格，無疑是令人開心的事。但在面積廣闊、地貌多樣的西北荒漠，由于投入成本過高、信道狹窄，建立地面基站成了一件難事。再回望汶川地震，網(wǎng)絡(luò)運營公司多個交換機發(fā)生擁塞，因斷電、傳輸中斷等原因，數(shù)千個基站退出服務(wù)，導(dǎo)致多地通信中斷，這也給緊急搜救工作造成極大困難。
這樣的困局，即將迎刃而解——由西北工業(yè)大學“魅影”團隊自主研發(fā)的“太陽能Wi-Fi無人機”一旦投用，即能取代地面基站，成為天空的“信使”，讓Wi-Fi信號在沙漠也能暢通無礙，讓所有搜救變得即時而簡單。
日前的舉辦的第十八屆中國科協(xié)年會全國科技工作者創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽上，西工大周洲教授團隊研制的“太陽能Wi-Fi無人機”一舉奪得金獎，引起社會各界關(guān)注。
這款機型的“亮點”，是將太陽能、無人機、無線路由器3個社會熱點相結(jié)合——采用太陽能為自供給能源，太陽能無人機為持久留空平臺，與Wi-Fi技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建空中基站，通過單機或者多機基站進行區(qū)域覆蓋，形成靈活的移動互聯(lián)網(wǎng)空中寬帶通信基礎(chǔ)設(shè)施。
西工大“太陽能Wi-Fi無人機”創(chuàng)出了三個“第一”：首先，它是第一架全翼式布局太陽能無人機——機型采用全翼式布局，省去機身和機尾，以減少阻力。相比旋翼式飛機，耗能更少，取得空氣動力和能源鋪設(shè)效率同時最優(yōu)的設(shè)計技術(shù)。
其次，它是第一架薄膜無人機。CIGS薄膜覆蓋機翼表面，不同于太陽能電池板常用的晶硅材質(zhì)，薄膜柔性佳、鋪設(shè)效率高，光伏能源復(fù)合結(jié)構(gòu)的面密度小于1.7kg/m2。
它還第一架完成單機、雙機Wi-Fi覆蓋中繼實驗驗證的無人機。
“三個‘第一’不是簡單的功能疊加，而是集中了西工大飛行器設(shè)計專業(yè)的精華?！薄镑扔啊眻F隊負責人周洲教授介紹，無論是超輕面密度結(jié)構(gòu)設(shè)計，還是能源鋪設(shè)效率、氣動設(shè)計，均屬國內(nèi)領(lǐng)先。就是這樣一架機身長達7米的飛機，重量卻只有15公斤，兩個成年人就能輕松抬起。
此外，“太陽能Wi-Fi無人機”的整體性能也得到了最優(yōu)化：除了表面的太陽能電池板，它內(nèi)置一塊高比能電池，冬季的航時達13小時，夏季則長達23小時。全翼式機型，則使它能夠承受5級風，飛行速度達40km/h，飛行范圍在方圓20公里。
“太陽能Wi-Fi無人機”無疑是一項“對老百姓真正有用的項目”。周洲教授告訴記者，中國的手機用戶達13億，手機已取代電腦成為人們?nèi)粘Ｗ钪匾牧私赓Y訊的工具。2013年，一次與企業(yè)合作的機會，讓“魅影”團隊想到了將太陽能、Wi-Fi與西工大王牌——無人機結(jié)合起來——太陽能是手段，無人機是載體，Wi-Fi是服務(wù)產(chǎn)品，“Wi-Fi是公用的，在偏遠地區(qū)、特殊時期，能派上大用場”。
最實用功能，是解決了邊遠地區(qū)上網(wǎng)的實際需求。通過系統(tǒng)靈活布設(shè)，實現(xiàn)區(qū)域覆蓋，避免了修建地基站的困難。
還可以用于應(yīng)急救災(zāi)。在地震等災(zāi)害搜救行動中，直升機的可視范圍小，還會受到天黑等自然因素干擾，影響搜救進度。利用“太陽能Wi-Fi無人機”的長航時優(yōu)勢，充當空中信息平臺，快速定位生命痕跡，還可以構(gòu)建起民間普通用戶的信息聯(lián)接渠道。野外救援中，也能解決被困人員與外界聯(lián)系的困難。
“‘需求’會促使‘思考’?！薄镑扔啊眻F隊鉆研3年，先后在新疆、西藏等地進行飛行試驗，克服種種環(huán)境困難，終于完成了單機、雙機Wi-Fi覆蓋中繼實驗驗證，取得成功。
目前，國外只有Google和Facebook兩家公司在做民用太陽能Wi-Fi無人機?！镑扔啊眻F隊所堅持的，是社會效益和經(jīng)濟效益兼具的思路。未來，這一成果有望形成光伏、航空、互聯(lián)網(wǎng)融合的新型產(chǎn)業(yè)。
未來，這款“太陽能Wi-Fi無人機”會是什么樣子？又會為我們的生活中帶來怎樣的改變？周洲教授有一套完整的設(shè)想，讓無人機從“1.0時代”逐步進入“4.0時代”——
1.0時代，太陽能Wi-Fi無人機的飛行高度在3千米以下，初步實現(xiàn)與手機運營商的合作，達到“地—機—地”信號傳輸模式；
2.0時代，預(yù)計于2017年接入4G信號，擴大功能和飛機規(guī)模；
3.0時代，初步實現(xiàn)飛行高度2萬米以上，實現(xiàn)西部區(qū)域通信和廣域海上通信。通過該系統(tǒng)布設(shè)，實現(xiàn)適用于普通終端的持久廉價通信，擺脫完全依賴通信衛(wèi)星的局面。為此，團隊計劃明年在羅布泊區(qū)域和南海區(qū)域做示范應(yīng)用。
而4.0時代，將在采光很好、風平浪靜的平流層實現(xiàn)永久續(xù)航，信號傳輸模式從“地—機—地”升級為“天—空—地”，可直接充當未來全球覆蓋的空中網(wǎng)絡(luò)基站，最終構(gòu)建一個覆蓋全球的無線通信網(wǎng)絡(luò)。
“在‘一帶一路’國家戰(zhàn)略部署下，太陽能Wi-Fi無人機發(fā)展四部曲有著深遠意義?！敝苤藿淌诒硎荆m然我國中西部地區(qū)在開放型經(jīng)濟的發(fā)展水平上仍然滯后，但同時具備對外開放的巨大潛力?！疤柲躓i-Fi無人機”從通訊層面為“一帶一路”打開通道，不僅能解決“一帶一路”進程中地面設(shè)施及相關(guān)運營支撐系統(tǒng)建設(shè)難度大的問題，也能解決偏遠地區(qū)、廣域海上和災(zāi)區(qū)等應(yīng)急場所快速搭建信息橋梁的難題，在實際生活中更將造福每一個人。
“愿早日迎來4.0時代，讓我們的太陽能飛機讓Wi-Fi無處不在?！敝苤藿淌谡f。
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