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空客公司:高空无人机取代卫星不是梦

空客公司:高空无人机取代卫星不是梦

当斯普特尼克 1 号(Sputnik 1)在 1957 年进入低地球轨道的时候,其远比美国的太空计划进展得顺利,也曾一度让美国惊恐不已,甚至连学校的学生都随时准备躲到桌子底下去。斯普特尼克 1 号的成功发射意味着卫星时代的来临,这也彻底改变了通讯行业、导航领域的发展以及人们观看足球比赛的方式。然而,卫星的造价太高昂,且发射成本很高;一旦卫星发射到轨道上,想要进行升级和更新无异于痴人说梦。与之相反,无人机则在这方面具有巨大的优势:无人机造价相对便宜,发射过程也非常简单,更新升级也非常轻松。当然,无人机也有很大的缺点,那就是无法在空中停留太长时间。

我们有什么妙计来解决这个问题吗?

最近,空客公司宣布 Zephyr T 无人机(这是一款以太阳能为动力的无人机)首飞成功。在斯普特尼克 1 号成功发射 60 年后,这家欧洲公司也加入了建造高空无人机(高空无人机兼具卫星的优势和飞机的灵活性)的行列。这些「高空准卫星」并不会用来投掷炸弹或者运送包裹,它们的使命是实现卫星的一些功能,并且可以定期返回到地面更换电池或者进行其他方面的更新。也许有一天,成群结队的、以太阳能为动力的无人机可以用来监视军事目标或情报目标,追踪森林火灾或者传递急救信息。由于其所处的位置要比卫星低很多,因此无人机可以拍摄更加清晰锐利的地球照片。不仅如此,这种无人机也可以通过使用激光来将信息传递给其他的无人机,或者接收来自地面的信息,从而提供优质的带宽链接,并且提供卫星无法提供的通讯交流服务。

空客公司:高空无人机取代卫星不是梦

NASA 的 1999 太阳神原型机(Helios)是首批进军这一技术领域的的产品。在一项实验中,NASA 使用了一种回旋镖状的飞行器,这种飞行器是由碳纤维和泡沫塑料制成,可以用作空中手机信号塔。这种飞行器看起来非常优雅漂亮,其翼展达到了 630 厘米,拥有 14 个电动螺旋桨,但不幸的是在 2003 年坠入了太平洋考艾岛(Kauai)附近。太阳神最高可以达到 2500 米的高空,且可以在空中停留超过 24 小时。事实上,具有如此翼展长度的飞行器在这样的高空飞行本身就是巨大的挑战,而且还需要采用太阳能提供动力,难度可想而知。对于太阳神来说,能量存储是致命伤。该团队尝试了燃料电池,但是锂电池其实是一个更好的选择。「对于飞机来说,续航能力非常重要。你选择的电池必须是非常可靠的,这就像冰箱一样,你希望只是将它插上电,然后忘记它。」项目负责人 Del Frate 说。

从 2008 年开始空客公司就开始研发这种准卫星,旨在填补卫星只能在轨道工作而无法在低纬度工作的空白。2010 年,Zephyr 7 刷新了当时的续航记录,其续航能力达到了 14 天。至此以后,这家公司决定对这种技术进行商业化,由此推出了两种模型,即 Zephyr S 和 Zephyr T。英国国防部对前两个 Zephyr S 进行了拨款,并可能会使用它们来进行监视方面的任务。空客公司尝试将 Zephyr T 的翼展长度从 2 米延展到 2.7 米左右,这将使得其携载荷能力翻两番,达到 20 公斤左右,这足以保证该飞机可以携带雷达和军队客户想要搭载的其他军事设施。这种以太阳能为动力的飞行器可以在 1650 米的高空飞行,是商用飞机飞行高度的两倍。Zephyr 7 原型机能飞行 14 天,而空客公司希望将这一记录提高到至少一个月。为了实现这一点,该团队想到了从大自然来获得灵感。和现在商用飞机上常见的上翘型翼梢小翼不同,该团队设计的飞机的尖端向下弯,有点像秃鹰的翅膀。「由于我们设计的飞机的飞行速度非常慢,因此我们想增加它的升力。」Del Frate 说。经过特殊的设计,这种飞行器的风力搜集利用能力提高了 15%。当然,减少机身重量也是一种不错的选择,例如 Zephyr S 就只有 65 公斤,而 Zephyr T 算上有效载荷也就达到 136 公斤。

对于续航来说,最大的问题就是在夜晚的时候该怎么办,因为光伏太阳能电池不能在晚上产生电能。环球航行的太阳能飞机提供了这样一条解决思路:阳光动力 2 号(Solar Impulse 2)在白天的时候在 762 米的高空飞行,而在晚上的时候飞行高度则降低为 127 米。Zephyr 无法下降到这样的高度,因为这样的话它就会进入商业航线范围内,且将会用整个白天的时间来达到工作高度。据空客公司介绍,Zephyr 使用的电力推进系统的效率已经非常高,但是还在进一步的改进中,希望能够达到电池技术的先进水平。

空客公司:高空无人机取代卫星不是梦

当然,该领域也有很多的竞争者。据阳光动力团队介绍,他们的下一个项目将会专注于轻型太阳能驱动的无人机的研发,并且希望让这种无人机的续航能力达到 6 个月。Google 也在进行高空无人机和高空气球方面的实验,希望借此来提供无线网络服务。Facebook 正在开发太阳能驱动的无人机 Aquila,这种无人机的续航时间将达到 3 个月,用以为偏远地区提供网络服务。空客公司希望将从 Zephyr 项目获得的经验和其建造传统卫星的经验有机结合起来,从而打造出一支强大的无人机舰队。而这也不再只是一种概念产品——Zephyr S 已经进入生产阶段,在不久之后我们就能看到它们在天空中的靓影,就像斯普特尼克 1 号那样。

文章来源: Wired. 由 TECH2IPO / 创见 林云箫 编译,首发于创见(http://tech2ipo.com/),转载请注明出处。

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