彩虹超高空太陽能無人機生產車間曝光，功能遠不止反航母

作者：潛水熊、虹攝庫爾斯克

莊子曰:「大鵬展翅，扶搖而上九萬里。」中國的「彩虹」超高空太陽能無人機就是一隻名副其實的大鵬鳥！

2017年5月，我國自主研發的「彩虹」超高空太陽能無人機圓滿完成臨近空間飛行試驗，成為我國首款能夠在2萬米以上高空長時間持久飛行，留空時間可達數月甚至數年的超高空太陽能無人機。

「彩虹」無人機已經成為中國無人機的響亮品牌，使我國成為繼美、英之後世界上第三個掌握超高空長航時太陽能無人機技術的國家。

圖片：在高空飛行的「彩虹」無人機。

筆者有幸拜訪了研製單位中國航天科技集團第十一研究院，在其生產廠房中近距離接觸了這架巨大的大鵬鳥，為其龐大的體型所折服！

整架無人機佔據了這偌大的廠房的2/3，機翼高度有一人高，翼展達到45米以上，比一架波音737客機的機翼還要寬！

圖片：筆者在廠房中與「彩虹」合影。

最近，外媒炒作「彩虹」無人機在反航母方面的重要作用，引起了輿論的高度關注。那麼，「彩虹」無人機究竟為什麼這麼厲害？它又有什麼更加廣泛的用途呢？

簡單來說，超高空太陽能無人機是指利用太陽光輻射能作為動力，可以在高空（臨近空間）進行持久飛行的一種無人駕駛飛行器。

臨近空間是指高於普通航空器飛行高度，而低於太空軌道飛行器運行空間的區域。一般來說，將距離地面20~100公里高度的空間稱為臨近空間。人們熟悉的U-2、SR-71等美國間諜飛機一般就是在這個高度飛行的。

圖片：SR-71「黑鳥」高空高速偵察機就是在臨近空間飛行，即使是世界上飛行速度最快、飛行高度最高的米格-25截擊機也很難將其擊落。

隨著現代社會對環保議題的不斷關注，太陽能正在成為支撐人類可持續發展的重要新能源之一。而且作為綠色能源，太陽能取之不盡，用之不竭，既不產生環境污染，又不造成安全隱患。在臨近空間，不同於受各種氣象條件影響的近地面，其太陽光輻照接近外太空，因此非常適宜最大限度地利用太陽能，而超高空太陽能無人機就是利用光電池將太陽輻射能轉化為電能，通過電動機驅動螺旋槳產生飛行動力。

在白天，無人機依靠機體表面鋪設的光電池陣列將太陽輻射能轉化為電能，維持飛行動力系統、航空電子設備和有效載荷的正常工作，同時對機載二次電源進行充電。在夜間，則利用機載二次電源中儲備的電能維持飛行，如果白天儲備的電能可以滿足夜間飛行需求，那麼超高空太陽能無人機理論上就具備了「持久」飛行能力。

圖片：超高空太陽能無人機能源平衡關係（白天-夜間）。

1981年，美國航空環境公司成功研製了基於太陽能動力的「太陽能挑戰者」號飛行器，並且歷經5小時從巴黎飛行到倫敦（距離大約262.3公里），引起了美國官方的關注，要求繼續研發可以在1.98萬米高度的高空長時間飛行的太陽能飛行器，由此拉開了人類發展超高空太陽能無人機的序幕。

1994年，NASA 和航空環境公司等工業界夥伴聯合開展「環境研究飛行器和感測器技術」（ERAST）項目，啟動了「太陽神」系列超高空太陽能無人機的研製計劃，先後發展了「探路者」、「百夫長」、「探路者+」、「太陽神」高空型樣機、「太陽神」長航時型樣機，分別創下了2.44萬米、2.95萬米的太陽能無人機飛行高度記錄，持續飛行最長時間達到了24小時。

圖片：美國NASA大型太陽能無人機系列。

2007年，美國DARPA啟動了代號為「禿鷹」的超高空太陽能無人機計劃，計劃的目標是研製能夠在1.8-2.7萬米高度持續飛行5年，可攜帶450公斤、額定功率5kW有效載荷的超高空太陽能無人機。

目前，美國波音公司的「太陽鷹」方案已經贏得了「禿鷹」計劃的第二階段發展合同，正在驗證電源系統和結構等關鍵技術。此外，英國奎奈蒂克公司研製的「西風」太陽能超高空長航時無人機也在2010年7月成功試飛，設計持續飛行時間為3個月，最大飛行高度為4萬米。

圖片：美國太陽能無人機視圖，可見其越造越大，機翼翼展越來越長，最長的「太陽神」號翼展達到75米。

早在20世紀90年代，我國就開展了太陽能無人機的研究工作。

中國航天科技集團第十一研究院研發的「彩虹」超高空太陽能無人機是「彩虹」系列無人機家族的最新成員，這款大翼展、大展弦比、超高空太陽能無人機的飛行試驗能夠取得成功，充分說明我國在超高空太陽能無人機實用化技術上得到了極大突破，也證明我國在這一領域實現了與傳統航空強國的並駕齊驅，處於國際一流水平，標誌著我國在超高空太陽能無人機領域的實質性進展。

圖片：美國NASA系列無人機計劃也是從小到大，穩步推進，中國「彩虹」已經成為僅有的能夠於其比肩的臨近空間無人機系列。

由於我國國土的大部分地區都處於太陽能輻照資源的豐富帶和較豐富帶，為太陽能的利用提供了很好的自然條件和資源優勢，也理應重視超高空太陽能無人機的發展。

由於超高空太陽能無人機可以不受近地面氣象條件的制約，具備在臨近空間進行長時間持續飛行的能力，因此其具有相當廣泛的應用前景。

圖片：在高空長時間飛行只能依靠充足的太陽能，這是Google公司的Solara太陽能超高空無人機。

其實相對於外媒炒作的指揮東風-21D導彈攻擊航母這種並不十分靠譜的猜想，「彩虹」在民用領域的重大作用才是社會經濟建設真真實實需要的。

比如，「彩虹」可攜帶高解析度的光電載荷，對陸上長距離油氣輸送管線和陸上長距離輸電線路進行日常巡視巡檢、森林防火巡查、森林資源普查、農業普查、農業病蟲害防治的監測預報、防洪防汛的監測預報、地震或者重大地質災害的實時評估與救援、漁場資源的監測和保護、偏遠地區的地圖測繪和地質勘查、鳥類遷徙追蹤等。

還能夠攜帶專門的科學探測儀器，展開諸如高空閃電與大氣研究、天氣與氣象監測預報、颱風監測、碳排放與環保監測等任務。

圖片：長航時無人機可用於鳥類研究。

目前，英國的「西風」超高空太陽能無人機已經在地球極地附近執行雪融季節冰雪融化的監測任務，該機從1.8萬米高空釋放輕型觀測氣球，緩慢降落至海平面，利用其攜帶的溫濕壓感測器觀測降落過程中的變化，分析溫濕壓大氣條件對地球極地附近冰雪融化的影響，相比傳統的研究方法，採樣率更高，分析結果更加精確。

圖片：英國「西風」大型長航時太陽能無人機已經用於極地監測。

此外，超高空太陽能無人機也能在治安或者執法領域得到應用，比如協助海關或者海岸警衛隊進行近海或者專屬經濟區的實時監視、執法巡查、取證識別等，進行反走私、反海盜、反恐、打擊非法捕撈等活動，可以有效地維護海洋權益和領海主權，避免傳統有人艦機在惡劣海洋條件下執行此類枯燥、乏味、長時間巡航任務引發的風險和意外。

圖片：「彩虹」可以執行長時間的海上和邊境巡邏，就像是一個無時不刻不在頭頂的視頻監控探頭。

另外，超高空太陽能無人機還能夠作為通信中繼節點，為某些偏遠地區或者海島提供較為便捷、廉價和響應迅速的移動通信和互聯網接入服務，從而避免傳統光纖或者微波傳輸線路的巨大建設、使用和維護成本，大大降低了信息化門檻，促進人類在全球範圍內實現更好的交流和溝通。

圖片：沙漠探險時沒有手機信號怎麼辦，頭上萬米高空一架「彩虹」無人機或許是一個很好的解決方案。

例如著名的美國互聯網科技公司「臉書」（Face Book）創始人馬克扎克伯格提出了「天鷹」（Aquila）太陽能無人機計劃，旨在利用超高空長航時太陽能無人機攜帶的機載激光通信系統與地面基站（網關）建立高速寬頻數據通信鏈路，為通信基礎設施落後的第三世界國家或者人煙稀少的偏遠地區提供較為廉價和便捷的無線互聯網接入服務。

美國谷歌公司也提出了類似的Solara太陽能超高空無人機計劃，由此可見，互聯網科技巨頭也看好超高空太陽能無人機的在全球互聯網中繼和接入服務方面的獨特優勢。

圖片：「臉書」公司的大型太陽能無人機。

我們相信，超高空太陽能無人機作為一種新概念航空器，性能優勢顯著，發展前景廣闊，隨著的高強度輕質石墨烯結構新材料、新型光電池、新型儲能手段等關鍵技術的不斷進步和成熟，以「彩虹」超高空太陽能無人機為代表的超高空太陽能無人機家族必將在未來承擔起越來越多的用途，為人類社會生活的不斷進步發揮巨大的作用，必將迎來燦爛的明天。

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