出品：科普中国

　　作者：赵清建

　　监制：光明网科普事业部

　　近日，我国彩虹太阳能无人机成功完成2万米以上高空飞行试验，并且具备完全独立自主知识产权，这使我国成为继美、英之后，第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。

5月24日，彩虹太阳能无人机试飞现场。来源：新华社

　　彩虹太阳能无人机有“三宝”

　　彩虹太阳能无人机凭借超高空、长航时、易保障三大“法宝”，迈向世界先进水平。

　　彩虹太阳能无人机的翼展达到45米，表面布满太阳能电池板，外形酷炫，在试飞过程中攀升到了2万米的临近空间，另外，试飞时间超过15小时，未来一次飞行可达数月甚至数年，具备“准卫星”特征。

　　距离地面20—100公里的空域被称为临近空间，对于传统燃料消耗型飞机而言，太过稀薄的空气，让发动机功率显著下降，失去了“用武之地”。但这里却是全身布满太阳能电池板的无人机展现优势的空间，依靠太阳光提供全机能源，电动螺旋桨推进，未来还有望实现数月甚至更长时间飞行，超高空、长航时让太阳能无人机大展身手。

　　彩虹太阳能无人机另一技术优势，还在于具有较高的运行效费比。其机载系统简单，也无需加油等保障设备。由于航时超长，完成持久性任务无需频繁更替轮换。

　　太阳能无人机以太阳光能作为能源，在白天将多余能量储存在蓄电池中。在夜晚，通过蓄电池持续飞行。和以化学燃料为能源的飞机相比，太阳能飞机不污染大气，是真正的绿色环保飞行器，也是未来无人机发展的重要方向。

　　为何要发展太阳能无人机？

　　太阳能飞行器是一种以太阳光能作为能源的飞行器。随着太阳能新能源领域的发展，太阳能飞行器已经成为世界航空工业重点研究的新兴领域。

　　白天，太阳能飞机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。如果太阳能飞机白天存储的能量可以满足夜晚飞行的需要，就能够实现全年不间断地持续飞行，若不考虑其部件的寿命，理论上可以永久飞行。

　　距离地面20—100公里的空域被称为临近空间，对于传统燃料消耗型飞机而言，太过稀薄的空气，让发动机功率显著下降，失去了用武之地，但这里却是全身布满太阳能电池板的无人机展现优势的空间。现在世界上通用的高空长航时无人机，大多使用吸气式发动机提供动力，一遇高空的稀薄空气，发动机功率会大幅降低，油耗增高，因此，现有燃料消耗型飞机的飞行高度和续航能力很难进一步提高。而以太阳能为动力的飞机，完全可以弥补这些不足，飞得更高更远。

　　1917年英国人研制成功了世界上第一架无人机，自此拉开了全球无人机发展和创新的序幕。时至今日，太阳能飞机已经成为世界航空科学发展的前沿，是世界各国技术和产业竞争的重要领域，发展方兴未艾，成果迭出，竞争也很激烈。

　　美国太阳能飞机研制起步较早，1980年便将太阳能飞机项目列入国家计划，并相继研制“探路者”“太阳神”等太阳能飞机；作为当今太阳能飞机发展的领先国家，2007年英国“微风”无人机在空中飞行时间达到54小时，飞行高度超过1.5万米。

　　而不添加任何燃料、不排放任何污染物，实现环球飞行壮举的瑞士“阳光动力2号”太阳能飞机更曾广受关注。“阳光动力2号”以碳纤维为主材料，重量仅有2300千克，与一辆小型汽车相当。在2015-2016年环球飞行期间，最多曾达到118小时不间断飞行，是世界太阳能飞机发展的重要成果之一。

5月24日，彩虹太阳能无人机试飞现场。来源：新华社

　　“彩虹”应用前景如何？

　　根据发展规划，彩虹太阳能无人机未来将具备“准卫星”的特征，作为空中平台，提供持久的数据中继和4G/5G通信，部分替代通信卫星功能，实现区域全覆盖的不间断态势感知、中继通信服务。

　　彩虹太阳能无人机一大应用前景，就是可以建设“空中移动WIFI”基站，为偏远地区或海岛提供较为便捷、廉价和响应迅速的移动通信和互联网接入服务，避免传统光纤或微波传输的巨大建设、使用和维护成本，降低信息化门槛。

　　太阳能无人机服务领域还可以拓展到森林资源普查、农业普查、防洪防汛的监测预报、重大地质灾害的实时评估与救援等。在发生地震、洪灾或森林火灾时，还可替代中断的通信，保持受灾地区与外界的联络。

　　太阳能飞机作为全世界竞相研发的飞行器，各国之所以愿意投入巨资和人才资源，除了其拥有广阔的应用前景之外，还在于作为前沿科技产品，其技术和产业集成带动能力相当强大。

　　依托彩虹太阳能无人机等项目的带动，并配套研发高强度轻质石墨烯新材料、新型太阳能电池、新型储能手段等技术和产品，有助于进一步推动中国航空产业的发展。未来我国太阳能无人机还将向超高空、超长航时、大型化、实用化方向发展，前景值得期待。（资料来源：新华社、人民日报等）