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英国持续推进太阳能高空长航时无人机研发
2018-07-09
[据美国航空周刊和空间技术网站2018年7月7日报道]英国,一个以雨天和多云夏季而闻名的国家以其在太阳能“高空伪卫星(即高空长航空无人机)”(HAPS)方面的领先而闻名于世,这看起来似乎有些奇怪。
这些无人机中的大多数目前还在研发中,将来有望改变军事情报、监视和侦察任务的模式;还可以通过在同温层高度的长时间飞行为偏远地区提供无线连接服务。
英国的HAPS开发始于西风无人机,该机2010年首飞,最初是由奈奎蒂克公司研发,空客在2013年晚些时候收购了该公司,项目随即转入空客名下。原西风研发团队的成员后来去了位于英格兰布里奇沃特的艾森塔咨询公司。2014年,脸书收购艾森塔公司,开始研发为偏远地区提供宽带连接的“天鹰座”高空无人机(2018年7月底,脸书宣布暂停研发“天鹰座”)。
如今,英国的两家公司(BAE系统公司和棱镜公司)正合作开发PHASA-35(持久高空太阳能无人机),该机是西风无人机的有力竞争者。该机重150千克,翼展35米,有效载荷15千克,预计2019年第三季度首飞。PHASA-35的机翼和尾翼表面被太阳能单元覆盖,太阳能单元为电机和机载系统提供电力,同样也为夜间工作的电池充电。
棱镜公司总经理保罗•布鲁克斯表示:“假设你把同温层无人机看做一个距离地球近30倍的卫星,你可以利用它搭载小载荷做很多卓越的事情。”布鲁克斯曾经是西风无人机研发团队的一员,也曾参与英国国防部TopSat对地观测小卫星项目。他表示,英国成为HAPS的滋生地的部分原因是因为长期开发小卫星获得的经验,但同样也有老派的英国防御策略的影响,即从非常有限的预算中获得最大的收益。
棱镜公司的策略是使用已经验证的电池技术,比如锂离子电池,而不采用那些处于实验阶段的电池技术。布鲁克斯表示,相比于锂离子电池,更新的电池技术循环寿命较少。锂离子电池的一致性和可靠性意味着任何采用该技术的无人机可以省去许多复杂的控制和监测系统。
布鲁克斯表示,当你设计一个电源系统时,采用货架电池是相当可靠的,它的寿命很长,一致性很好。“PHASA-35能够飞行长达1年之久很大程度上源自较长的电池寿命。”1年的续航时间意味着PHASA-35不必非在运营地区附近起飞,可以在气象条件相对好的地区起飞,然后摆渡到运营空域。布鲁克斯表示:“PHASA-35可能需要花费三天或者一周时间才能到运营空域,但这对于一个要飞行1年之久的无人机来说没有关系。”
棱镜公司的工程师正在范堡罗制造2架PHASA-35原型机,后期的批产将由BAE系统公司承担。BAE系统公司PHASA-35项目交付主管马丁•托平表示:“市场对这种产品的需求是惊人的。在原型机和量产型之间耽搁时间没有意义,我们将尽可能的快速、高效推进该项目。”然而,两家公司都不愿透露PHASA-35是否已经收到订单。
目前,关于PHASA-35的试验地点还没有确定,最有可能的是澳大利亚或者北美的某个试验场(空客最近宣布了西风S将在澳大利亚西北部开展飞行试验)。尽管如此,棱镜公司已经做了试飞前的部分风险降低工作。此前,棱镜公司试飞了可复现PHASA-35性能的1:4缩比PHASE-8(翼展8.7米)无人机。
布鲁克斯表示,PHASA-35的目标用户是政府和军方,但最终也会在政府监管的推动下出现大量的商业用户,开展持久监视和通信中继业务。“虽然15千克有效载荷听起来好像不大,限制了携带相机的尺寸,但仔细想想,运行在18-27千米高空的无人机相比600千米轨道的卫星距离目标近了30倍,这使得相机的孔径和信号噪声要求可降低900倍。所以,如果你在低轨运行了一个1吨重的监视卫星,那么你可以利用PHASA搭载一个1千克的载荷实现同样的功能。”
“小卫星”的想法也拓展了PHASA的设计思路。布鲁克斯认为,无需将多种载荷“压缩”装进一个PHASA中,这会导致成本和复杂性增加,他建议采用PHASA组网的方式完成不同的任务,这种方式天然具有内在的灵活性和运行冗余度。(中国航空工业发展研究中心 王元元)

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