無人機整機
無人機配件
無人機服務
設備與工具據央視新聞報道，近日，中國航天科技集團公司第十一研究院自主研發(fā)的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。
這是我國首次成功研制的大型長航時臨近空間太陽能無人機，尺度和重量僅居美國之后，填補了我國在這一領域的技術空白，核心關鍵技術和設備全部實現(xiàn)國產化，是支撐我國臨近空間開發(fā)利用的重要基礎手段，標志著我國已成為繼美、英之后第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家，是中國制造的又一經典之作。
所謂臨近空間，指高于普通航空器飛行高度，而低于軌道飛行器運行空間的區(qū)域，一般指距地面20-100km的空域。在臨近空間，太陽輻射接近外太空，受氣象條件影響小，在此空域飛行，太陽能飛行器能最大限度利用太陽能，具備超長航時的特點，實現(xiàn)長達數(shù)月至數(shù)年的持續(xù)飛行。
臨近空間超長航時飛行器有空氣動力升力型和浮力型兩大類，目前的發(fā)展如下圖：
白天，飛行器依靠太陽電池的光電轉換效應，為動力系統(tǒng)、航空電子設備及任務載荷提供能量，同時將多余的能量儲存在蓄電池中。夜晚，它再通過蓄電池的電能持續(xù)飛行。如果不考慮部件壽命，這種飛行器理論上可以實現(xiàn)“永久飛行”，具備“準衛(wèi)星”特征，也被稱為“大氣層衛(wèi)星”，可代替低軌道衛(wèi)星的部分功能。
與衛(wèi)星的周期性訪問相比，太陽能無人機可實現(xiàn)區(qū)域持久駐留，其執(zhí)行監(jiān)視任務的時間/空間分辨率更高，區(qū)域通信能力更強，且起降場地簡單，發(fā)射及運行成本更低。
由于部署靈活、經濟性好等優(yōu)勢，長航時臨近空間太陽能無人機成為執(zhí)行情報、偵察、監(jiān)視和通信中繼等任務的理想空中平臺。可廣泛應用于軍民融合領域，包括重大自然災害預警、常態(tài)化海域監(jiān)管、應急搶險救災、反恐維穩(wěn)等公益事業(yè)領域，以及偏遠地區(qū)互聯(lián)網無線接入、移動通信、數(shù)字電視信號廣播等商業(yè)及產業(yè)類領域。
國內太陽能無人機研制起步較晚，上世紀80年代部分航空院校開始跟蹤國外太陽能飛行器設計技術發(fā)展。近十余年，國內院校和研究機構開始比較深入地研究太陽能飛行器相關技術。
中國新一代彩虹系列太陽能無人機翼展長度達到40余米，樣機已完成多次飛行試驗，實現(xiàn)了小風速、劇烈垂直氣流變化、大強度水平風多種風場條件下的低空自主穩(wěn)定飛行。此次又成功測試臨近空間高度飛行。
中國新一代彩虹系列太陽能無人機
在高空長航時太陽能無人機的設計上，有重量不變和能量平衡兩個基本原則。
由于飛行過程重量不變，而巡航平飛過程中受飛行速度決定的升力、阻力分別等于重力、拉力，因此在特定巡航高度下，巡航速度是唯一的，隨著飛機巡航高度的增加，巡航速度需要同時增大，才能保證太陽能飛機始終在較高的氣動效率下飛行。
而要實現(xiàn)長時間持續(xù)飛行，白天獲得的太陽能要始終大于或等于飛機和所有設備一晝夜間消耗的能量。從太陽光的輸入到推動飛機飛行，考慮到各個環(huán)節(jié)的能量損失，實際能量利用率僅能達到10%左右。
考慮能量平衡，就要注意到，一方面，飛機白天爬升的高度越高，飛機存儲的勢能越多，下滑時間也就越長，晚上飛行對蓄電池存儲的能量需求就會降低。但另一方面，爬升高度越高，爬升時間就越長，爬升過程中消耗的能量會增加，對太陽能電池的要求也相應增加。這就需要根據無人機所執(zhí)行的任務精心設計優(yōu)化，并考慮蓄電池的充放電特性。
因此在設計上，太陽能無人機要提高設計點的性能，同時要使整個系統(tǒng)的效率達到較高。
根據太陽能飛機的基本飛行原理，為了降低對功率的需求，應減小平飛速度，減小翼載。目前太陽能無人機高空飛行速度一般在150千米／小時至200千米／小時。假設一天內平均太陽輻射功率為260w每平米，以目前硅太陽能電池的轉換效率為20%左右計算，飛機實現(xiàn)晝夜持續(xù)飛行的翼載不能超過6kg每平米。目前翼展60米量級的太陽能無人機提供的有效載荷能力大致在50千克量級。
可見，太陽能無人機設計的目標主要不是飛得快、載得多，而是飛得高、飛得久和可靠性。技術和工程設計上有別于常規(guī)的固定翼無人機，總體設計技術在國內外尚未形成成熟的設計體系。據空氣動力技術研究院無人機總工程師石文介紹，臨近空間飛行環(huán)境對電機裝置的性能要求兼?zhèn)涓咝?、高功率密度、高可靠性、高穩(wěn)定性，現(xiàn)有航空平臺飛控系統(tǒng)的傳感器、作動器無法滿足超長航時飛行等要求，因此需要大量設計試驗和實飛驗證。
太陽能無人機的幾種布局形式
太陽能無人機的氣動布局和翼型，也無法套用成熟的常規(guī)飛機模板，關鍵在于解決氣動布局優(yōu)化設計問題，以提高飛機的升阻比。臨近空間長航時太陽能無人機一般都用來執(zhí)行偵察通信等任務，為了滿足任務系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的功率需求，翼面往往需要鋪設大面積的太陽能電池，因此需要有大面積的機翼。設計上采用很大的展弦比，能盡可能減小飛機的誘導阻力，從而提高升阻比，提高氣動效率。相比各種類型的飛機，大型臨近空間長航時太陽能無人機的升阻比極大，已經超過30。
不同類型飛機的升阻比和速度范圍
最后，介紹一下國外太陽能飛機的發(fā)展現(xiàn)狀。
國外開展太陽能無人機研究的主要為美國和歐盟國家，比較著名的有Helios、Solong、Zephyr、HELIPLAT、Sky-Sailor，以及正在全球飛行的瑞士太陽能飛機——陽光動力2。
美國NASA太陽能無人機：截至2003年項目結束前共研制出Pathfinder、Pathfinder-Plus、Centurion和Helios，都采用了飛翼布局。其中，Helios的翼展長度達到75.3米。
美國國防部預研局“禿鷹”計劃：目的是尋求提供一種可保持在18.3km～27.4km高度、攜帶450kg有效載荷、機上功率5kW、續(xù)航時間超過5年、可在99%的時間內保持在任務空域中的固定翼飛行器。波音／奎奈蒂克公司團隊提出的“太陽鷹”方案中標。
“太陽鷹”初步方案設想
英國奎奈蒂克公司的Zephyr太陽能無人機計劃始于2001年。2010年7月，Zephyr在亞利桑那州的尤馬實驗場起飛，攜帶2.7kg有效載荷，飛行14天零24分鐘，起飛重量50kg，翼展22.5m。
2009年Zephyr飛行照片
瑞士“陽光動力2號”太陽能飛機在2015年至2016年環(huán)球飛行期間，最多曾達到118小時不間斷飛行。由于其不是無人機，需要搭載人員和相關設備，總載重約為100公斤，設計巡航高度范圍在1.5千米至8.5千米，飛行受氣象條件影響較大。
2025-09-12 11:30
2025-09-11 10:41
2025-09-09 10:52
2025-09-04 21:58
2025-08-28 11:13
2025-08-27 14:14
2025-08-26 13:50
2025-08-23 20:37
2025-08-22 10:33
2025-08-18 14:20
