揭秘太阳能无人机首飞需要攻克的难题

我们打造了一架大号无人机，而且是太阳能的！近日，由航空工业第一飞机设计研究院设计研发的“启明星”太阳能无人机大尺寸（20m翼展）技术验证机完成首飞，这是一飞院继该机10m翼展技术验证机完成长航时飞行验证之后的又一突破。

“启明星”太阳能无人机具有完全自主知识产权，其综合性能达到国内先进水平，是航空工业在大型无人机研制领域部署研发的重要创新成果，填补了航空工业在大型太阳能无人机研制领域的研究空白。

启明星太阳能无人机是航空工业第一飞机设计研究院设计研发的临近空间高空长航时太阳能无人机。该机以太阳能辐射为能源来源，可在20000米处持续飞行数月，用于执行侦察监视、通信中继、区域导航和一体化预警等任务，具有广阔的发展应用前景。目前，该机已经完成大尺度（20m翼展）技术验证机首飞，正按计划推进系列化发展，将逐步成为国内外太阳能无人机领域的开拓者和领导者。

说到这里，也许还有部分不明真相的吃瓜群众心中对于什么是太阳能无人机、太阳能无人机为何是高技术领域还是有着无数的疑问，别着急，在以下的文字中为大家解答。

什么是太阳能无人机？

太阳能无人机是以太阳辐射为能源，结合蓄电池，实现高空长航时飞行的飞行器。在白天，太阳辐射通过太阳能电池板转换为电能，一部分用于飞行，一部分储存在蓄电池中；在夜间，通过蓄电池释放的电能继续驱动飞机飞行，依次往复，就能实现不间断的飞行。

太阳能无人机的工作原理是啥？

太阳能无人机白天通过机体表面铺设的太阳能电池，将太阳能转换为电能，维持动力系统、机载设备和任务系统正常工作，并对二次电池进行充电；夜间释放二次电池中储存的电能，维持系统正常运转。

高空长航时太阳能无人机的优势是什么？

怎么说呢？举几个例子吧！上千架太阳能无人机可实现对全球主要地区宽带网络无缝覆盖。一架太阳能无人机覆盖范围相当于约200个地面基站。太阳能无人机的有效载荷可达起飞重量的20%，通信卫星不到0.5%。太阳能无人机获得高分辨率照片的成本只有卫星的1/7。

那高空长航时太阳能无人机研发有多难呢？

别着急，容小编喝口水慢慢说!

太阳能无人机≠无人机+太阳能电池板

虽说，太阳能飞机用到的太阳能电池板原理上跟普通太阳能电池板一样，但太阳能到驱动飞行，能量的利用率仅11%，这也就意味着，太阳能无人机的研发并非是简单的“无人机”+“太阳能电池板”。

因为需要满足更高的转换效率、曲面铺设、超轻密度、跨高低温工况等特殊需求，太阳能无人机上的太阳能电池板需要满足更高的性能指标，在设计、制造、维护等多方面需要攻克一系列的工程技术问题。包括，太阳能无人机携带的蓄电池也是如此，要能量密度更高、环境要求更高、可靠性要求更高，这同样是需要科研人员进行大量的技术攻关。

太阳能无人机的总体设计还要解决：布局形式、太阳能电池板铺设、蓄电池布置、电机和螺旋桨的推进效率、任务载荷以及如何减小飞行阻力，如何控制飞机安全平稳的飞行、航迹规划等等方面一系列技术挑战。也就是说，几乎所有在常规飞机上使用到的设计技术与工程手段都需要进行大量的更新。即使对于一飞院这样设计过起飞重量200吨级大飞机的大中型军民用设计研究院，技术攻关过程也是充满了艰辛与坎坷。技术团队在突破了一个又一个技术难关的同时，完成了全尺寸太阳能无人机的全部设计工作。

在超轻结构设计方面，一飞院取得了重大突破，满足了几乎不可能实现的重量指标。比如超轻机翼结构，翼展20米，弦长1.1米，与机身、短舱、起落架都有重要连接接头，但总重量仅18.9千克，一个成年人就可以轻松举起一副20米的机翼。

驭光飞行 大尺寸、高装载、长航时

“启明星”太阳能无人机具有飞行高度高，滞空时间长等特点，理论上可连续留空数月乃至数年之久，具有部署灵活、使用便捷、可靠性高、经济性好等特点，可作为大气层内伪卫星使用，执行侦察监视、区域导航、通信中继、一体化预警等任务，其军民用途非常广泛，可与轨道卫星、高空飞艇、常规动力飞机、地基雷达等构成更加完善的信息支援体系。

一飞院通过大尺寸（20m翼展）技术验证机的研制和首飞，开展了大量的地面试验和风洞试验，设计制造了不同尺寸的缩比验证机对设计及试验结果进行了验证，同时，进一步掌握了太阳能无人机设计、制造、试验和飞行验证关键技术，建立了科学完备的设计、计算和试验方法，获得大量的工程设计经验和飞行数据，为后续大型太阳能无人机全尺寸研发奠定了坚实的基础。

“启明星”太阳能无人机具有完全自主知识产权，其综合性能达到国内先进水平，是航空工业在大型无人机研制领域部署研发的重要创新成果，填补了航空工业在大型太阳能无人机研制领域的研究空白。后续，一飞院将以“启明星”太阳能无人机为基础，持续深化该领域的相关研究，向研发大尺度、高装载和长航时的先进太阳能无人机方向大步迈进。