临近空间太阳能无人机飞行平台的特点及发展前景

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1、临近空间太阳能无人机飞行平台的特点及发展前景　　摘要：随着环境测量技术的日益发展和航空航天技术的结合，临近空间飞行器渐渐成为了空天科研的热点，以太阳能无人机、飞艇和临近空间传感器飞机的研究为先锋，各国展开了对临近空间制空权的争夺，极大地推动了临近空间飞行器技术的进步和发展。文章从飞行性能、军事价值、技术支撑等方面介绍了太阳能无人机作为临近空间飞行平台的优势，提出了结构与载荷射频端一体化的设计思想，从技术实现方法的角度分析了一体化设想的可行性，最后从军用和民用的使用范围讨论了临近空间太阳能无人机飞行平台的发展前景。　　关键词：临近空间飞行器太阳能无人机结构一体化　　

2、中图分类号：V27文献标识码：A文章编号：1674-098X（2016）11（c）-0011-03　　航空空间中存在风雨雷等气候、地球重力、大气压力和日益复杂的电磁环境；航天空间则具有高真空、零重力、超低温等特征，并存在来自宇宙的各种带点粒子、宇宙射线、微流星和空间碎片等威胁。临近空间不存在地表气候的影响，空气流动相对小，但同时也存在空气稀薄，温度变化大等情况，受电离层粒子、流星残片等影响。　　早期的空天研究多针对航空航天空间的应用和讨论，随着对临近空间大气环境监测、特征分析等技术的出现，临近空间飞行器逐渐进入科研大众视野，但是由于研究起点较低，目前的临近空间飞行

3、器仍然处于探索阶段，而一些概念机和设计理念可以指导和推动各学科技术的发展。　　该文首先介绍了临近空间飞行器的不同种类，通过性能、可行性等各方面的比较，重点着眼于太阳能飞行平台的特点和前景介绍，提出结构载荷一体化概念的设想，并对相关技术进行评估和展望，最后在应用层面对太阳能无人飞行平台进行了介绍。　　1临近空间飞行器的发展现状　　近些年，随着环境测量技术的日益发展和航空航天技术的结合，临近空间飞行器渐渐成为了空天科研的热点，以太阳能无人机、飞艇和临近空间传感器飞机的研究为先锋，各国展开了对临近空间制空权的争夺，极大地推动了临近空间飞行器技术的进步和发展。　　1.1太

4、阳能无人机　　国外开展太阳能无人机研究的，主要为美国和欧盟国家，比较著名的有NASA的Pathfinder、Pathfinder-Plus、Centurion和Helios（见图1）四型太阳能无人机，以及Solong、Zephyr、HELIPLAT、Sky-Sailor等。　　2009年3月初，美国国防部预研局启动“秃鹰”计划，该项目的目标是发展具有低轨道特性的传感器平台和通信中继无人机系统，预想翼展150m，飞行高度20000～30000m，任务载荷450kg，持续飞行时间5年，要求有与卫星相似的系统可靠性和余度。2010年，波音/奎奈蒂克公司团队研制的太阳鹰（

5、见图2）战胜了洛克希德?马丁、极光飞行科?W公司，赢得8900万美元的合同，该项目计划将在2014年进行首次验证飞行，该机翼展约123m，留空时间30天，飞行高度17～27km，概念外形如图1所示。　　1.2飞艇　　传感器与结构集成（IntegratedSensorIsStructure，ISIS）项目是美国国防高级研究计划局的近空间发展计划，其目标是研制一种传感器和飞艇结构集于一身的大型平流层飞艇，携带的巨型雷达与飞艇尺寸相当，实现对地面目标和空中目标的持续监视能力。ISIS作为一个遥感器系统，可以对地面大量“时间敏感”目标实施监视和跟踪。　　1.3传感器飞机　

6、　美国空军将雷达、大型天线、电子监听装置和数据链集成在一起，用新颖复合材料和创新的结构设计围绕集成好的组件模塑出一架大型飞机，计划的目的是发展和完善这种飞机所需的技术。　　美空军正在为X波段雷达开发阵面为0.37m2的X波段薄天线阵，将其装在联合无人作战空中系统（J-UCAS）上进行验证试验。　　2太阳能无人机作为临近空间飞行平台的优势　　太阳能无人机相较于其他临近空间飞行平台，具有环保、造价相对低廉、高飞行性能、稳定性强，载荷能力突出等优势，是一款具有高可持续性的飞行器平台种类。　　2.1太阳能飞行平台是实现高空超长航时任务的理想选择之一　　太阳能飞行平台是一种

7、以光能作为主要能量来源的电动无人飞行器。白天，它依靠其上安装的太阳电池进行光电转换，为动力系统、机载设备及任务装载提供能量，维持正常飞行，同时将多余的能量储存为蓄电池的电能和高度势能；夜晚，依靠白天蓄电池储存的电能维持正常运行。如果太阳能飞机每天白天存储的能量可以满足夜晚飞行的需要，就能够实现不间断的昼夜持续飞行。高空长航时太阳能无人飞行平台具有空域机动、长航时、高空巡航的特点，其飞行高度可达20～30km，航时可达数月甚至数年，是实现高空超长航时任务的理想选择之一，可作为类“亚卫星”的空中信息化平台，执行侦察、监视、通信中继等任务，在军事上具有的广泛应用前景。　

8、　2.2太