彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)總師石文：核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化

（原標(biāo)題：專訪彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)總師：核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，可部分替代衛(wèi)星）

近日，中國(guó)新型彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)在西北某地完成臨近空間飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)取得圓滿成功。這使中國(guó)成為繼美、英之后，第三個(gè)掌握臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)技術(shù)的國(guó)家。

在逾15小時(shí)的飛行過(guò)程中，無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)平穩(wěn)、姿態(tài)可控，有條不紊地按設(shè)計(jì)航跡飛行，最終平穩(wěn)降落機(jī)場(chǎng)，試飛取得圓滿成功。

彩虹系列無(wú)人機(jī)總工程師石文近日接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）專訪時(shí)表示，彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的核心關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。該機(jī)載重能力不亞于美國(guó)同類太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，它的誕生標(biāo)志中國(guó)臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)躋身世界先進(jìn)水平。

石文還表示，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期不間斷的持續(xù)飛行，若不考慮其部件的壽命，理論上可以“永久飛行”。彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)能飛到距地面20公里～100公里的臨近空間，遠(yuǎn)超過(guò)普通飛機(jī)的飛行高度，可以替代衛(wèi)星的某些功能，應(yīng)用前景廣闊。

大氣層內(nèi)的“衛(wèi)星”

澎湃新聞：這次彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)成功完成2萬(wàn)米以上高空飛行試驗(yàn)。中國(guó)成為繼美、英之后，第三個(gè)掌握臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)技術(shù)的國(guó)家。請(qǐng)介紹一下彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)和這次試驗(yàn)。

石文：彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)是我們中國(guó)航天科技集團(tuán)公司十一院自主研發(fā)的、采用太陽(yáng)能作為動(dòng)力的無(wú)人機(jī)，它的飛行高度超過(guò)2萬(wàn)米。這個(gè)無(wú)人機(jī)屬于大型無(wú)人機(jī)，翼展達(dá)到了45米，我們?cè)谌ツ曛楹：秸股险钩龅淖畲鬅o(wú)人機(jī)——彩虹-5（的翼展）只有20余米，可見彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)是非常大的。看過(guò)彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)照片的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們這個(gè)無(wú)人機(jī)有8個(gè)螺旋槳，這就表明著該機(jī)裝備了8個(gè)發(fā)電動(dòng)機(jī)。機(jī)翼上方基本上全部覆蓋了太陽(yáng)能電池板，這是無(wú)人機(jī)的動(dòng)力來(lái)源。

這次試驗(yàn)我們4月份就進(jìn)場(chǎng)，試驗(yàn)地點(diǎn)是西北的某機(jī)場(chǎng)。在首飛之前，我們進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備。試驗(yàn)?zāi)翘欤鞖馇缋?，測(cè)試和檢查結(jié)束之后我們就放飛了太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)平穩(wěn)飛離跑道，逐步攀升到2萬(wàn)米的臨近空間。飛行了15個(gè)多小時(shí)后無(wú)人機(jī)順利返航，試驗(yàn)順利完成。

澎湃新聞：在去年珠海航展上，看到你們展出的彩虹-3、彩虹-4、彩虹-5等彩虹系列無(wú)人機(jī)，這些無(wú)人機(jī)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)均使用石化燃料（航空汽油、煤油、重油），而這次你們?cè)囼?yàn)的無(wú)人機(jī)采用太陽(yáng)能。太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)毋庸置疑，但是世界大多數(shù)無(wú)人機(jī)并未采用，請(qǐng)問(wèn)你們?yōu)楹巫龀鲞@樣的選擇？

石文：你剛剛提到其他彩虹系列無(wú)人機(jī)大多使用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在世界上通用的高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，大部分均采用活塞或渦軸等吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。采用這些常規(guī)動(dòng)力的長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)一遇高空空氣稀薄，發(fā)動(dòng)機(jī)功率會(huì)大幅降低，油耗增高，因此，現(xiàn)有常規(guī)動(dòng)力飛機(jī)的飛行高度和續(xù)航能力很難進(jìn)一步提高。

而以太陽(yáng)光能作為能源的無(wú)人機(jī)可以彌補(bǔ)這些不足，飛得更高更遠(yuǎn)。白天，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)依靠太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)，為動(dòng)力系統(tǒng)、航空電子設(shè)備及任務(wù)載荷提供能量，同時(shí)將多余的能量?jī)?chǔ)存在蓄電池中。夜晚，它再通過(guò)蓄電池的電能持續(xù)飛行。如果太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)每天白天存儲(chǔ)的能量可以滿足夜晚飛行的需要，就能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷的持續(xù)飛行，若不考慮其部件的壽命，理論上可以“永久飛行”。和傳統(tǒng)以化學(xué)燃料為能源的飛機(jī)相比，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)還有不污染大氣的優(yōu)勢(shì)，是真正的綠色環(huán)保飛行器。

澎湃新聞：我們注意到，這次彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)飛得很高，達(dá)到了2萬(wàn)米，處于臨近空間，為什么要飛那么高？

石文：臨近空間是指距地面20公里～100公里的空域，這個(gè)空域比較特殊，低軌衛(wèi)星一般運(yùn)行在離地面300公里的太空，而大氣層內(nèi)的飛機(jī)一般飛行在20公里以下的空域，所以，人類在很長(zhǎng)一段時(shí)間沒有充分重視和應(yīng)用這個(gè)空域。臨近空間空氣稀薄，壓力也小，特殊的環(huán)境讓有人駕駛飛機(jī)“不愿意上去”，而航天器則“不能下來(lái)”。后來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，人類發(fā)現(xiàn)了臨近空間的巨大使用潛力，各種臨近空間飛行器就出現(xiàn)了，臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)就是臨近空間飛行器的一種。

由于我們研制的是無(wú)人機(jī)，那就不用考慮臨近空間的惡劣環(huán)境對(duì)人的影響，技術(shù)上省去了這一難關(guān)。臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)之所以要飛那么高，就是為了利用這一空域的特殊環(huán)境，由于太陽(yáng)能充足，可以為其提供足夠的能源，加上在云層之上，大氣穩(wěn)定，平均風(fēng)速比較小，利于無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間飛行。此外，大家知道 站得高、看得遠(yuǎn)，臨近空間無(wú)人機(jī)飛這么高，“看”得也就也遠(yuǎn)。

澎湃新聞：當(dāng)下，大家對(duì)無(wú)人機(jī)用途還是比較熟悉的，民用無(wú)人機(jī)可以用于航拍、減災(zāi)防災(zāi)、電力巡邏等，軍用無(wú)人機(jī)可以用于電子干擾、偵查監(jiān)視、對(duì)地攻擊等。那么，臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)有什么用途？

石文：臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)長(zhǎng)航時(shí)、運(yùn)行低成本這兩大優(yōu)勢(shì)是常規(guī)長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)無(wú)法比擬的，它可以大范圍、長(zhǎng)時(shí)間留在空中，特別適合執(zhí)行像海洋監(jiān)視、地面交通管制等任務(wù)。臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可以作為“大氣層衛(wèi)星”，具備低軌道衛(wèi)星的一些功能。太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)飛行高度比一般飛機(jī)高，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，在局部形成持續(xù)的監(jiān)視、信息中繼能力。與衛(wèi)星的周期性訪問(wèn)相比，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可實(shí)現(xiàn)區(qū)域持久駐留，其執(zhí)行監(jiān)視任務(wù)的時(shí)間/空間分辨率更高，區(qū)域通信能力更強(qiáng)，且起降場(chǎng)地簡(jiǎn)單，發(fā)射及運(yùn)行成本更低。

具體來(lái)講，在民用方面，太陽(yáng)能無(wú)人飛行器可以完成災(zāi)害監(jiān)測(cè)、邊境巡邏、空中和地面交通管理、通訊中繼等任務(wù)。可以向信號(hào)覆蓋地區(qū)提供電視和電信服務(wù)，以較低的成本代替通信衛(wèi)星的功能。在發(fā)生地震、洪災(zāi)或森林火災(zāi)時(shí)，替代中斷的通信，保持受災(zāi)地區(qū)與外界的聯(lián)絡(luò)。應(yīng)用前景還是非常廣闊的。

澎湃新聞：此前，有美國(guó)媒體報(bào)道稱，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可以用于中繼通信、目標(biāo)指示等軍用用途，是打航母的給力幫手。這種說(shuō)法靠譜嗎？太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)有沒有軍用的潛力？

石文：太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)是一個(gè)飛機(jī)平臺(tái)，它上面使用什么載荷，用于什么領(lǐng)域由客戶決定。這和我們家里面的菜刀一樣，我們主要還是用于切菜，但是有些人把它當(dāng)武器、兇器，也是取決于用戶。

理論上，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可以搭載一些特殊的載荷用于國(guó)家安全領(lǐng)域。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DAPRA）就在研制名為“禿鷹”的臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，目的是為美軍提供持久的情報(bào)、監(jiān)視、偵察和通信中繼能力。

實(shí)用化為下一步發(fā)展方向

澎湃新聞：這次成功使中國(guó)成為繼英、美之后，第三個(gè)掌握臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)技術(shù)的國(guó)家?？磥?lái)，掌握這一技術(shù)的國(guó)家屈指可數(shù)，研制臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)要掌握哪些關(guān)鍵技術(shù)？

石文：臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)技術(shù)還是挺復(fù)雜的，需要掌握總體優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)力技術(shù)、能源系統(tǒng)綜合管理與集成技術(shù)、超輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

我們航天十一院自“十五”起，開始了太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的研究。至今已經(jīng)歷了平臺(tái)概念研究及小型驗(yàn)證機(jī)研制、關(guān)鍵技術(shù)研究和方案論證、結(jié)構(gòu)樣機(jī)試制和試驗(yàn)、技術(shù)驗(yàn)證機(jī)低空試飛等階段。經(jīng)過(guò)十余年堅(jiān)持不懈的努力，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)團(tuán)隊(duì)解決了總體、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、飛行控制、能源動(dòng)力高效應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)難題，初步建立了太陽(yáng)能飛行器的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法。
澎湃新聞：國(guó)外太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)發(fā)展情況怎么樣？與他們相比，彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)在技術(shù)上處于什么水平？

石文：臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)研究最早的國(guó)家是美國(guó)。美國(guó)在太陽(yáng)能飛機(jī)方面的探索可追溯到20 世紀(jì)70 年代初，1974 年11 月4 日世界上第一架用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的“Sunrise I”在加州試飛成功?，F(xiàn)在，美國(guó)國(guó)家航天局、美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局及一些私營(yíng)公司都已研制出臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，技術(shù)水平走在世界前列。

英國(guó)也在積極研制太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)。英國(guó)奎奈蒂克公司的Zephyr太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)計(jì)劃始于2001年，任務(wù)為監(jiān)視、通信和野戰(zhàn)部隊(duì)快速投放提供一個(gè)持久耐用，穩(wěn)定，高海拔的平臺(tái)。2007年7月Zephyr在空中飛行時(shí)間達(dá)到了54小時(shí)，飛行高度15公里，打破了2001年“全球鷹”無(wú)人偵察機(jī)創(chuàng)造的30多個(gè)小時(shí)的飛行紀(jì)錄。

彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)是目前我國(guó)研制的尺寸最大、續(xù)航時(shí)間最長(zhǎng)的臨近空間無(wú)人機(jī)，核心關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。該機(jī)載重能力不亞于美國(guó)同類太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，它的誕生標(biāo)志我國(guó)臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)躋身世界先進(jìn)水平。在此基礎(chǔ)之上，很快大型高性能實(shí)用化的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)將會(huì)翱翔于天空。

澎湃新聞：大家知道，太陽(yáng)對(duì)于人類來(lái)說(shuō)是取之不盡、用之不竭的能源。那太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)是不是會(huì)在未來(lái)取代那些采用石化燃料的常規(guī)無(wú)人機(jī)？

石文：太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但也不是完美無(wú)瑕，并不是什么“活”都可以干。比如它飛行速度慢這一特點(diǎn)就不適合執(zhí)行對(duì)反應(yīng)速度要求高的任務(wù)，這些任務(wù)適合由超聲速無(wú)人機(jī)去執(zhí)行。此外，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)載重能力比較小，與那些動(dòng)輒載重上噸的無(wú)人機(jī)相比，它的劣勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。未來(lái)，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)和采用石燃料的常規(guī)無(wú)人機(jī)會(huì)并行發(fā)展，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)不會(huì)取代現(xiàn)有的常規(guī)動(dòng)力無(wú)人機(jī)。

澎湃新聞：這次成功之后，彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)接下來(lái)向什么方向發(fā)展？

石文：這次首飛的彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)是一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，接下來(lái)，我們會(huì)做更多的試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的相關(guān)技術(shù)。彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)下一步發(fā)展最關(guān)鍵的地方是實(shí)用化，也就是說(shuō)成為一種能“干活”的無(wú)人機(jī)。國(guó)外預(yù)測(cè)，未來(lái)3-5年，臨近空間太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)將實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，我們也在加緊努力，早日讓彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段，造福于民。

(原標(biāo)題：專訪彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)總師：核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，可部分替代衛(wèi)星)