太阳能无人机的关键技术和美国发展现状

太阳能无人机的关键技术主要有两种，一是要有效地将太阳能收集起来，并高效地转换为电能；二是解决夜间和太阳光微弱时的能源供应。太阳能无人机主要在20～30km高空飞行，仍然是大气层内飞行。阳光虽然比地表强烈得多，但仍然受到大气影响，比外层空间弱得多。由于从地面起飞，阳光受到大气层的影响更大。要想在这种条件下收集太阳能，必须要有高效的太阳能电池。另外，无人机的爬升慢，只有100m/min，爬升到巡航高度通常需要3h。经过不断努力，加利福尼亚太阳能动力公司研制的太阳能电池有了很大进步，其功率提高了14%。将太阳能转化为飞机动力由电动机实现，使用的是无电刷电动机，每个重5kg，在地面上的转速为200r/min；而在最大高度时增加到2000r/min。为保证无人机高空飞行的可靠性，采用了固定式螺旋桨。

太阳能无人机还必须解决夜间和阳光微弱时的能源问题，这是因为按照设计要求，太阳能无人机需要在空中飞行几个星期甚至几个月，经常会在夜间飞行。飞行高度不高，也可能遇到云对阳光的遮挡，阳光将很弱。如何解决在夜间和微光时的能源，是太阳能无人机必须解决的另一个技术问题。美国国家航空航天局采用了一种被称为“头盒”的技术，使这个问题得到解决。研究表明，锂铝电池不能满足飞机在整个夜间飞行时对能源的需要，而必须有一种能够提供200W/h的高能电池。这是一种长效燃料电池，通过氧和氢的反应进行发电，已经被一些航天器和汽车使用。为了满足无人机的需要，美国大气环境公司对这种电池进行了改进，使之具有还原性。也就是说使用后可以还原，又可再使用，只要飞机携带有液态氧气和氢气存储器，不断向电池输出液态氢气和氧气，电池就可为夜间飞行的无人机提供能源。掌握这种技术的有美国和法国等。据说，美国大气环境公司在研制这种可还原性燃料电池时，采用了特制的电解材料，从而使电池达到前所未有的水平。不过，这种电池的稳定性还不够好，尤其在高空低温的条件下有时不能正常工作，还有高空结冰等问题，有待进一步解决。美国国家航空航天局认为，这些问题要经过2～3年才能解决，到那时，太阳能无人机将可在20km以上高空连续飞行近百小时。

另外，太阳能无人机的控制也存在一定问题。由于它飞行高度高，连续飞行时间长，因此地面对其控制比对一般无人机困难。这可以通过预先输入的程序控制飞行来解决，只有在起飞和着陆时才需要地面控制站进行操纵。不仅如此，如果太阳能无人机与地面控制中心失去联系，飞机仍然有能力自行返航着陆。它还可装伞降系统和定位系统，以备应急时使用。

当前，除了美国外，还有一些国家也正在或计划进行太阳能无人机的研究。研制太阳能无人机的重要意义在于：它是太阳能在飞行器上应用可行性的具体尝试，从长远看，无人机在应用上有着更为广阔的发展空间，如高空长航时的太阳能无人机可用于资源勘察、环境监测、交通监管、通信平台、国界巡逻等。        来源:新华网

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