中国首款大型长航时临近空间太阳能无人机近日成功完成2万米高空飞行试验，未来留空时间可长达数月至数年，这标志着中国已成为继美、英之后第三个掌握该技术的国家。
综合媒体报道，近日，中国航天科技集团公司第十一研究院自主研发的新型彩虹太阳能无人机在西北某地完成临近空间飞行试验，试验成功。太阳能无人机采用太阳能作为动力源，它具备超长航时的特点，未来留空时间可长达数月至数年，且飞行高度高，超过两2米，任务区域广阔，具备“准卫星”特征，具有部署灵活、经济性好等优势。可广泛应用于军民融合领域，包括重大自然灾害预警、常态化海域监管、应急抢险救灾、反恐维稳等公益事业领域以及偏远地区互联网无线接入、移动通信、数字电视信号广播等商业及产业类领域。
这是中国首次成功研制的大型长航时临近空间太阳能无人机，尺度和重量仅居美国之后，填补了中国在这一领域的技术空白，核心关键技术和设备全部实现国产化，是支撑中国临近空间开发利用的重要基础手段，标志着中国已成为继美、英之后第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家，被视为中国制造的又一经典之作。
太阳能无人机是当今世界航空工业重点研究的新兴领域，美欧等国计划都将其作为高空长航时飞行平台。空气动力技术研究院无人机总工程师石文介绍，这是美国NASA系列后世界上最大的太阳能无人机，性能指标和技术能力为国际前三。凭借超高空、长航时、易保障这三大“法宝”，太阳能无人机未来有望承担起长时间空中预警、大面积空中侦察以及灾害监测、气象观测、通信中继等任务。
太阳能飞行器顾名思义是一种以太阳光能作为能源的飞行器。白天，飞行器依靠太阳电池的光电转换效应，为动力系统、航空电子设备及任务载荷提供能量，同时将多余的能量储存在蓄电池中。夜晚，它再通过蓄电池的电能持续飞行。如果不考虑部件寿命，这种飞行器理论上可以实现“永久飞行”。作为世界强国都在聚焦的太阳能无人机，则可具有数十千米的飞行高度、长达数月的巡航能力。
太阳能无人机也被称为“大气层卫星”，可代替低轨道卫星的部分功能。太阳能无人机可在局部形成持续的监视、信息中继能力。与卫星的周期性访问相比，太阳能无人机可实现区域持久驻留，其执行监视任务的时间/空间分辨率更高，区域通信能力更强，且起降场地简单，发射及运行成本更低。太阳能无人机的研究，成为世界强国的必争之地，在美欧等国都在发展规划中都将太阳能无人机作为高空长航时飞行平台，并向超高空化、超长航时化、大型化、实用化方向发展。中国的彩虹系列太阳能无人机，近年来异军突起，成为这一领域极具竞争力的选手。
据介绍，中国航天空气动力技术研究院的太阳能无人机研究，已先后突破了平台概念研究及小型验证机研制、关键技术研究和方案论证、40余米翼展大尺度技术验证机飞行试验等关键技术。翼展长度达到40余米的样机，已完成多次飞行试验，实现了小风速、剧烈垂直气流变化、大强度水平风多种风场条件下的低空自主稳定飞行。
太阳能无人机通常采用大展弦比机翼，可升至20千米至30千米高度。这一空域大气稀薄，气象条件稳定，飞行因此可以更平稳、快速。展弦比是指机翼长度的平方除以机翼面积。现代大型飞机多采用大展弦比机翼，以减小能耗。同样一架太阳能飞机，飞行高度越高，所需功率就越大，对于光伏吸收和推进系统效率、机体结构与蓄电池组的轻质化等要求也就更高。石文说，太阳能无人机的气动布局和翼型，无法套用成熟的常规飞机模板，关键在于解决气动布局优化设计问题，以提高飞机的升阻比。他介绍，由于依靠太阳能提供的电力飞行，目前翼展60米量级的太阳能无人机提供的有效载荷能力大致在50千克量级。
太阳能无人机无燃油消耗，有望实现数月甚至更长时间的超长航时飞行。石文介绍，由于太阳能电池转化效率和储能电池能重比不足，推进能力有限，目前太阳能无人机高空飞行速度一般在150千米／小时至200千米／小时。他表示，高效高能量密度太阳能及储能能源系统是决定太阳能无人机性能水平的关键领域，因此需要大量关注新兴技术，包括超高效柔性薄膜太阳电池及轻质组阵技术、先进光电转换技术、高比能量储能电池技术等。
比如，临近空间飞行环境对电机装置的性能要求兼备高效率、高功率密度、高可靠性、高稳定性，现有航空平台飞控系统的传感器、作动器也还无法满足超长航时飞行等要求，后续需要大量设计试验和实飞验证。但相比卫星，太阳能无人机具有成本低、部署灵活等优势。此外，可与高空巨型飞艇配合，以固定平台与机动平台的高低搭配形式，形成区域全覆盖的不间断态势感知、通信和中继网络。
石文说，他带领的科研团队已初步探索出太阳能飞机的关键技术点，未来研究将向更高难度、更深层次挺进。据报道，对于太阳能无人机未来的用途，空气动力技术研究院的专家指出，除可进行空中长时间侦察监视等军事用途外，这种无人机还可以完成灾害监测、边境巡逻、空中和地面交通管理、通讯中继等任务。在发生灾害时，替代中断的通信，保持灾区与外界的联络。
