太阳能无人机 神秘的太阳能无人机

在古希腊神话中，有这样一个故事伊洛卡斯父子在战争中被打败，为了逃跑，他们用绳子和蜡将羽毛固定在胳膊上，然后朝着太阳的方向飞去，在接近太阳时，因蜡被融化，羽毛脱落，坠海而死。伊洛卡斯父子懂得模仿鸟儿飞翔，但没有想到高温会将蜡融化，使羽毛脱落。如今真的出现了能朝着太阳飞，而且必须依靠阳光才能飞行的飞行器――美国航空航天局（NASA）正在秘密研制的太阳能无人机，它用现代复合材料代替了蜡，用复杂的结构代替了鸟翼，可长时间地遨翔在万里蓝天。下面我们就来看一看这种神秘的太阳能无人机的近况、相关技术、主要型号及其用途。

NASA对太阳能无人机的研究

用太阳能作为飞机的能源，这种想法由来已久，也有人尝试过，但真正开始进行型号研制并取得进展却是近年来的事。美国航空航天局（NASA）经过多年的研究之后，提出了一个称为ERAST（即环境研究飞机和传感器技术）的计划，实际上就是美国的发展太阳能无人驾驶飞机计划。这个计划一直在秘密实施，直到近来才先后向外界透露了一些情况。

据介绍，目前这项计划进展得比较顺利，已经有四种型号的太阳能无人机样机先后问世。最早的型号是“探索者”（Pathfinder），其后是称为“探索者＋”（PathfinderPlus）的改进型，第三种型号叫“百人队长”（Centurion），最新的型号是“太阳神”（Helios）。

这四种型号的太阳能无人机，都是位于加里福尼亚州的大气环境公司所制造，并且先后开始试飞。在试飞中，它们曾创造了两个方面的记录一是首次实现了太阳能动力飞行；二是创造了螺旋桨无人机飞行高度达到20000米以上。这两项记录的每一项都意味着太阳能无人机向成功和实用迈出了非常重要的一步。特别是实现了太阳能动力飞行，标志着这种飞行器长时间、长距离的不着陆飞行将成为可能。在理论上，只要不出现机件损坏，它的续航时间和航程都是无限的。

最先打破这两项记录的是“探索者”太阳能无人机。它不但成功地使用了太阳能作为飞机的动力能源，而且能在20000米以上的高空正常使用。在此之前，飞行高度达到20000米以上仍能保持正常飞行的只有为数不多的几种飞机，其中包括美国的U－2高空侦察机、前苏联的M－55高空侦察机、美国的SR－71侦察机和最近因失事而全部停飞的法英合作研制的“协和”号运输机。况且这些都是喷气式飞机，而螺旋桨飞机至今无人企及。这主要是因为在这个高度上空气比较稀薄，只相当于火星表面的空气条件，飞机长时间飞行很困难，也很危险。飞行员要穿着性能非常可靠的抗荷服，发动机要有良好的高空工作性能，螺旋桨要有在高空使用的能力。对于太阳能无人机来说，由于无人驾驶，因此无须考虑飞行员的生存和工作条件。

要想使飞机能在20000米以上的高空条件下飞行，必须提供足够的升力。解决这个问题，对于低速飞机来说通常的办法是选择合适的翼型、加长翼展、加大机翼面积，以尽可能地增大飞机的升力，同时也要千方百计地减轻飞机重量。因此，我们从本文的插图中可以看到，这些太阳能无人机的翼展都很长，翼面积非常大，而且主要是采用比较轻的新型材料制作的。

现在研制的几种太阳能无人机的翼载荷都很小，如“太阳神”太阳能无人机，其翼载荷还不到3公斤/平方米。为了作到这一点，生产厂家不得不在机翼上全部采用新型的复合材料，如卡夫拉、碳纤维、奥美丝等，以及用优质的胶卷膜片作为机翼蒙皮。这样的机翼，不但重

量轻、翼载荷小，而且具有良好的柔韧性，可防止机翼在飞行中折断。为了减轻这种飞机的重量，还不能象传统飞机那样装很多设备，只能装必须装备的设备。

太阳能飞机虽然不重，但翼展很长，因此其机动性肯定比不上小型飞机。为了尽可能地提高它的机动特性，所以安装了很多操纵面，如“百人队长”无人机就在机翼后缘装了60个可操纵的舵面，而“太阳神”则更多，一共有72个舵面，可算得上是舵面最多的飞机。它们主要用于操纵飞机的俯仰和滚转运动。光有这么多舵面还不够，有时还需要用发动机进行不对称操纵来帮忙。

由于采取了这些技术措施，尽管太阳能无人机的翼展很大，但飞机的机动性还是不错的。据介绍，“太阳神”太阳能无人机的转弯角速度可达到5度/秒，其盘旋半径只比它的翼展长度大一点。

由于是无人驾驶飞机，所以没有供飞行员使用的驾驶舱。从现有四种太阳能无人机的总体设计来看，翼下都设有多个流线形的扁平吊舱。它们至少有三个作用，一是在其内安装设备；二是在其下安装轮子，作起落架使用；三是可起方向稳定作用，相当于一般飞机的垂直尾翼。此外，由于太阳能无人机的翼展很长，飞行时因为受载荷的影响两翼外侧会往上翘，这有益于提高飞机的稳定性，相当于机翼上后角的作用。

太阳能无人机的关键技术

研制太阳能无人机主要有两个关键技术问题要解决一是要能有效地将太阳能收聚起来，二是如何解决夜间和阳光微弱时的能源问题。

众所周知，利用太阳能作为动力能源早在航天器（如卫星）上就已经应用。不过航天器一般都是在离地球几百公里以上的外层空间飞行，而太阳能无人机只能在二三十公里的大气层内飞行，两者的条件有很大差别。外层空间的空气非常非常稀薄，离太阳近，阳光非常强，收聚自然容易。太阳能无人机飞行高度虽然比一般飞机要高，但仍然属于大气层内，由于受大气的影响，阳光要弱得多，而且有时还会受到云的遮挡。要想在这种条件下有效地收聚太阳能，必须有高效的太阳能电池。据介绍，他们在“探索者＋”型无人机上使用了一种由加理福尼亚太阳能动力公司研制的新型光学导电体。采用这种导电体制作的太阳能电池，可比原“探索者”无人机上使用的太阳能电池提高能量14％。

将太阳能转化为驱动飞机前进的动力，则是由电动发动机来实现的。美国的太阳能无人机上装的发动机，是由大气环境公司生产的无电刷电动发动机。每个发动机重5公斤。在地面上，发动机的转速为200转/分；而在最大高度时，发动机的转速可达2000转/分。为保证飞机高空飞行的可靠性，发动机采用了固定式的螺旋桨。

由于从地面起飞，阳光相对较弱，飞机的爬升速度很小，只有100米/秒左右，飞机要爬升到巡航高度通常需要3个多小时。而且起飞时间，一般要安排到早上，才能达到最高飞行高度。起飞时要选择风小、晴朗的天气，使太阳能发动机能产生足够的推力。如果要在有云的天气里安排起飞，就要靠电瓶的供电来维持，直到飞机穿出云层。这种飞机的起飞速度和着陆速度都很小，基本上与运动员骑自行车的速度差不多。