碳纖維復(fù)合材料密集型太陽能無人機(jī)創(chuàng)造飛行時(shí)間新紀(jì)錄

近日，由空中客車公司與美國陸軍合作開發(fā)的碳纖維復(fù)合材料密集型Zephyr 無人機(jī)創(chuàng)造了 42 天無人飛行持續(xù)時(shí)間的新紀(jì)錄，這是在去年9月無人機(jī)在平流層飛行時(shí)間達(dá)到36天基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的再次突破。

Zephyr無人機(jī)于今年 6 月 15 日從美國陸軍的尤馬試驗(yàn)場起飛，此后一直在尤馬試驗(yàn)場和科法國家野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)上空飛行。在目前的破紀(jì)錄飛行結(jié)束后，Zephyr將在未來幾周內(nèi)攜帶美國陸軍開發(fā)的有效載荷在太平洋上空進(jìn)行測試。

藝術(shù)家描繪的無人空中客車 Zephyr 在高空飛行

Zephyr 無人機(jī)又被稱為高空平臺站（high altitude platform system，HAPS），由太陽能供電，并設(shè)計(jì)用于長時(shí)間飛行任務(wù)。最近的飛行顯示出了太陽能無人機(jī)的儲能能力和太陽能電池板效率，這將使陸軍能夠使用無人機(jī)執(zhí)行這些長時(shí)間的任務(wù)，一次可以持續(xù)數(shù)月。

Zephyr無人機(jī)機(jī)身很窄，翼展卻高達(dá)82英尺（25米），由于采用了碳纖維復(fù)合材料機(jī)身，飛機(jī)重量僅為165磅（75kg）。輕巧的結(jié)構(gòu)使Zephyr 無人機(jī)能夠在70000英尺（21,340 米）的高空攜帶高達(dá)50磅（22.5kg）的有效載荷，包括光學(xué)、紅外、激光雷達(dá)和高光譜傳感器、雷達(dá)和合成孔徑雷達(dá) (SAR)，甚至預(yù)警系統(tǒng)。

Zephyr 無人機(jī)還用于觀察12×18英里（20×30 公里）的地面區(qū)域，這將使陸軍能夠利用它進(jìn)行安全監(jiān)視。這些能力，加上 Zephyr 獨(dú)特的耐力使其非常適合海上安全或邊境監(jiān)視等行動(dòng)，它可以連續(xù)監(jiān)視給定位置長達(dá)數(shù)周。

無人駕駛的空中客車 Zephyr 正在飛行

此外，Zephyr無人機(jī)也可以用作通信中繼平臺。其連接服務(wù)將為地面和基于衛(wèi)星的連接解決方案提供可行的替代方案，從而首次在廣闊的地域和經(jīng)濟(jì)的情況下實(shí)現(xiàn)低延遲和直接到設(shè)備的連接。

“作為陸軍多元化多層架構(gòu)的一部分，超長續(xù)航無人平臺有潛力提供重要的軍事能力，”美國陸軍保障定位、導(dǎo)航和時(shí)間/空間跨功能團(tuán)隊(duì)（CFT）負(fù)責(zé)人Michael Monteleone表示：“近年來，我們在高空平臺上取得了令人難以置信的進(jìn)步。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)使我們能夠通過展示多種有效載荷類型、充分探索平流層作戰(zhàn)的軍事效用以及實(shí)現(xiàn)深度傳感、遠(yuǎn)程目標(biāo)定位和彈性通信領(lǐng)域的現(xiàn)代化，從而在這些知識的基礎(chǔ)上再接再厲。”

關(guān)于臨空無人機(jī)

臨近空間是指高于普通航空器飛行高度，而低于軌道飛行器運(yùn)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(shí)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)長達(dá)數(shù)月至數(shù)年的持續(xù)飛行。

臨近空間太陽能無人機(jī)（簡寫：臨空無人機(jī)）是指在臨近空間區(qū)域利用太陽光輻射能作為動(dòng)力在高空連續(xù)飛行數(shù)周以上的無人駕駛飛行器，它利用光電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生飛行動(dòng)力。如果不考慮部件壽命，這種飛行器理論上可以實(shí)現(xiàn)“永久飛行”，具備“準(zhǔn)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。

由于部署靈活、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢，長航時(shí)臨近空間太陽能無人機(jī)成為執(zhí)行情報(bào)、偵察、監(jiān)視和通信中繼等任務(wù)的理想空中平臺。可廣泛應(yīng)用于軍民融合領(lǐng)域，包括重大自然災(zāi)害預(yù)警、常態(tài)化海域監(jiān)管、應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)、反恐維穩(wěn)等公益事業(yè)領(lǐng)域，以及偏遠(yuǎn)地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)無線接入、移動(dòng)通信、數(shù)字電視信號廣播等商業(yè)及產(chǎn)業(yè)類領(lǐng)域。

基于輕質(zhì)化、高剛度等特性需求，臨近空間無人機(jī)系統(tǒng)中必須采用具有高剛度、高強(qiáng)度特性的高模高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料；2021年9月，由寧波材料所碳纖維團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的“高模高強(qiáng)碳纖維（CNI QM55級）國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及在臨近空間無人機(jī)中央翼主梁中的應(yīng)用”項(xiàng)目通過成果鑒定，針對臨近空間無人機(jī)用高模高強(qiáng)碳纖維國產(chǎn)化迫切需求，成功完成了國產(chǎn)高模高強(qiáng)碳纖維穩(wěn)定制備、復(fù)合材料性能優(yōu)化提升、大型結(jié)構(gòu)件成型加工及飛行驗(yàn)證，從而為國內(nèi)臨近空間無人機(jī)發(fā)展提供了國產(chǎn)化材料解決方案。

空客公司臨空無人機(jī)研發(fā)歷史

2003年，Zephyr臨近空間太陽能無人機(jī)概念提出。

2005年，翼展達(dá)12米的兩架原型Zephyrs飛行至最高海拔27,000英尺，飛行時(shí)間為4.5小時(shí)和6小時(shí)。

2010年Zephyr原型無人機(jī)翼展提高到18米，于2010年7月9日開始進(jìn)行飛行試驗(yàn)，并在21,561米的高空停留14晚（336小時(shí)22分鐘）。

2018年7月，Zephyr S HAPS無人機(jī)翼展達(dá)到25米，而飛行時(shí)間更是增加到25天。

2021年9月，Zephyr S HAPS無人機(jī)完成長航時(shí)飛行，在平流層飛行時(shí)間超過36天。

2022年7月，Zephyr S HAPS無人機(jī)長航時(shí)飛行時(shí)間達(dá)到42天。

綜上可知，從無人機(jī)概念提出到目前能夠?qū)崿F(xiàn)42天長航時(shí)飛行，空客公司整整經(jīng)過了20年時(shí)間。

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