翼展45米、表面布滿太陽能電池板，外形“科幻”;未來一次飛行可達數(shù)月甚至數(shù)年，具備“準衛(wèi)星”特征;可充當“空中移動WIFI”基站、高空實時監(jiān)視定位，應用前景廣闊……近日，我國彩虹太陽能無人機成功完成2萬米以上高空飛行試驗，這使我國成為繼美、英之后，第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。

具備完全獨立自主知識產權的太陽能無人機“一飛沖天”，有望成為中國“智造”的又一經(jīng)典之作。

超高空、長航時、易保障——中國“彩虹”攀上高空

最近，西北某機場，天氣晴朗，翼展達45米的彩虹太陽能無人機沿跑道緩緩滑出，并平穩(wěn)飛離跑道，逐步攀升到2萬米的臨近空間。在逾15小時的飛行過程中，無人機飛行狀態(tài)平穩(wěn)、姿態(tài)可控，有條不紊地按設計航跡飛行，最終實現(xiàn)平穩(wěn)降落，試飛取得圓滿成功。

載重能力超過國外同類型無人機、關鍵技術實現(xiàn)國產化、在軍民領域有廣泛應用前景……作為中國“智造”的最新成果，彩虹太陽能無人機憑借超高空、長航時、易保障三大“法寶”，邁向世界先進水平。

距離地面20—100公里的空域被稱為臨近空間，對于傳統(tǒng)燃料消耗型飛機而言，太過稀薄的空氣，讓發(fā)動機功率顯著下降，失去了“用武之地”。但這里卻是全身布滿太陽能電池板的無人機展現(xiàn)優(yōu)勢的空間，“依靠太陽光提供全機能源，電動螺旋槳推進，未來還有望實現(xiàn)數(shù)月甚至更長時間飛行，超高空、長航時讓太陽能無人機大展身手。”彩虹太陽能無人機項目負責人李廣佳介紹。

談及彩虹太陽能無人機的技術特點，彩虹系列無人機總工程師石文也是滔滔不絕，如數(shù)家珍，“彩虹太陽能無人機另一技術優(yōu)勢，還在于具有較高的運行效費比。其機載系統(tǒng)簡單，也無需加油等保障設備。由于航時超長，完成持久性任務無需頻繁更替輪換。”

太陽能無人機以太陽光能作為能源，在白天將多余能量儲存在蓄電池中。在夜晚，通過蓄電池持續(xù)飛行。“和以化學燃料為能源的飛機相比，太陽能飛機不污染大氣，是真正的綠色環(huán)保飛行器，也是未來無人機發(fā)展的重要方向?！笔恼f。

太陽能飛行“俱樂部”中國終占一席之地

1917年英國人研制成功了世界上第一架無人機，自此拉開了全球無人機發(fā)展和創(chuàng)新的序幕。時至今日，太陽能飛機已經(jīng)成為世界航空科學發(fā)展的前沿，是世界各國技術和產業(yè)競爭的重要領域，發(fā)展方興未艾，成果迭出，競爭也很激烈。

美國太陽能飛機研制起步較早，1980年便將太陽能飛機項目列入國家計劃，并相繼研制“探路者”“太陽神”等太陽能飛機;作為當今太陽能飛機發(fā)展的領先國家，2007年英國“微風”無人機在空中飛行時間達到54小時，飛行高度超過1.5萬米。

而不添加任何燃料、不排放任何污染物，實現(xiàn)環(huán)球飛行壯舉的瑞士“陽光動力2號”太陽能飛機更曾廣受關注?！瓣柟鈩恿?號”以碳纖維為主材料，重量僅有2300千克，與一輛小型汽車相當。在2015-2016年環(huán)球飛行期間，最多曾達到118小時不間斷飛行，是世界太陽能飛機發(fā)展的重要成果之一。

太陽能飛機作為全世界競相研發(fā)的飛行器，各國之所以愿意投入巨資和人才資源，除了其擁有廣闊的應用前景之外，還在于作為前沿科技產品，其技術和產業(yè)集成帶動能力相當強大。

“太陽能無人機工程涉及氣動、結構、儲能電池等多個技術領域，目前其關鍵技術仍是世界航空產業(yè)發(fā)展的難題，有不少技術空白點。”李廣佳告訴記者，在太陽能飛機發(fā)展領域，中國起步較晚，但獨具特色，以彩虹太陽能無人機為代表的飛行器進入臨近空間，展示了中國占據(jù)該領域一席之地的雄心壯志。

彩虹起點高，一“出生”就站上了航空前沿

“彩虹起點高，一‘出生’就站上了航空前沿。”通過彩虹太陽能無人機這一創(chuàng)新產品，中國技術團隊解決了總體、氣動、飛行控制、能源動力高效應用等關鍵技術難題。

中國航天科技集團公司第十一研究院是彩虹太陽能無人機的研制單位，其下屬的彩虹無人機科技有限公司副總工程師賈永清說，航空技術發(fā)展最忌“一出生，就落后”。彩虹太陽能無人機雖是從“一張白紙”起步的，但一開始就向世界最先進水平看齊。

任何科研進步都不是一帆風順的。在2013-2014年間，彩虹太陽能無人機研制也曾遇到巨大挑戰(zhàn)：飛機在低空強紊流飛行時經(jīng)?！吧宪f下跳、左搖右晃”。為了解決這個問題，研制團隊艱難攻關，在理論和工程層面，歷時一年多，解決了無人機在復雜氣象條件下精確控制的問題，不但讓飛機飛了起來，還飛得穩(wěn)、飛得高。

“同時，相關科研人員還通過實施無人機平臺概念研究及小型驗證機研制、關鍵技術研究和方案論證，40余米翼展大尺度技術驗證機低空及高空飛行試驗等，逐步建立完善了太陽能飛機的設計和試驗方案?！辟Z永清說。

“依托彩虹太陽能無人機等項目的帶動，并配套研發(fā)高強度輕質石墨烯新材料、新型太陽能電池、新型儲能手段等技術和產品，有助于進一步推動中國航空產業(yè)的發(fā)展?！笔恼f，未來我國太陽能無人機還將向超高空、超長航時、大型化、實用化方向發(fā)展，前景值得期待。

數(shù)據(jù)中繼、高空監(jiān)視、應急通信……“彩虹”未來前景廣闊

科技的進步，最終目的是要服務人類。只有找準應用市場，才有持續(xù)發(fā)展的基礎和潛力。類似彩虹太陽能無人機這樣的創(chuàng)新產品，“瞄準”了經(jīng)濟社會發(fā)展應用需求，能提供多功能的技術服務和產品。

根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，彩虹太陽能無人機未來將具備“準衛(wèi)星”的特征，作為空中平臺，提供持久的數(shù)據(jù)中繼和4G/5G通信，部分替代通信衛(wèi)星功能，實現(xiàn)區(qū)域全覆蓋的不間斷態(tài)勢感知、中繼通信服務。

例如，彩虹太陽能無人機一大應用前景，就是可以建設“空中移動WIFI”基站，為偏遠地區(qū)或海島提供較為便捷、廉價和響應迅速的移動通信和互聯(lián)網(wǎng)接入服務，避免傳統(tǒng)光纖或微波傳輸?shù)木薮蠼ㄔO、使用和維護成本，降低信息化門檻。

“從經(jīng)濟社會發(fā)展廣泛的領域而言，太陽能無人機服務領域還可以拓展到森林資源普查、農業(yè)普查、防洪防汛的監(jiān)測預報、重大地質災害的實時評估與救援等。”石文說，在發(fā)生地震、洪災或森林火災時，還可替代中斷的通信，保持受災地區(qū)與外界的聯(lián)絡。