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庄子曰：“大鹏展翅，扶摇而上九万里。”中国的“彩虹”超高空太阳能无人机就是一只名副其实的大鹏鸟！
2017年5月，我国自主研发的“彩虹”超高空太阳能无人机圆满完成临近空间飞行试验，成为我国首款能够在2万米以上高空长时间持久飞行，留空时间可达数月甚至数年的超高空太阳能无人机。
“彩虹”无人机已经成为中国无人机的响亮品牌，使我国成为继美、英之后世界上第三个掌握超高空长航时太阳能无人机技术的国家。
图片：在高空飞行的“彩虹”无人机。
笔者有幸拜访了研制单位中国航天科技集团第十一研究院，在其生产厂房中近距离接触了这架巨大的大鹏鸟，为其庞大的体型所折服！
整架无人机占据了这偌大的厂房的2/3，机翼高度有一人高，翼展达到45米以上，比一架波音737客机的机翼还要宽！
图片：笔者在厂房中与“彩虹”合影。
最近，外媒炒作“彩虹”无人机在反航母方面的重要作用，引起了舆论的高度关注。那么，“彩虹”无人机究竟为什么这么厉害？它又有什么更加广泛的用途呢？
简单来说，超高空太阳能无人机是指利用太阳光辐射能作为动力，可以在高空（临近空间）进行持久飞行的一种无人驾驶飞行器。
临近空间是指高于普通航空器飞行高度，而低于太空轨道飞行器运行空间的区域。一般来说，将距离地面20~100公里高度的空间称为临近空间。人们熟悉的U-2、SR-71等美国间谍飞机一般就是在这个高度飞行的。
图片：SR-71“黑鸟”高空高速侦察机就是在临近空间飞行，即使是世界上飞行速度最快、飞行高度最高的米格-25截击机也很难将其击落。
随着现代社会对环保议题的不断关注，太阳能正在成为支撑人类可持续发展的重要新能源之一。而且作为绿色能源，太阳能取之不尽，用之不竭，既不产生环境污染，又不造成安全隐患。在临近空间，不同于受各种气象条件影响的近地面，其太阳光辐照接近外太空，因此非常适宜最大限度地利用太阳能，而超高空太阳能无人机就是利用光电池将太阳辐射能转化为电能，通过电动机驱动螺旋桨产生飞行动力。
在白天，无人机依靠机体表面铺设的光电池阵列将太阳辐射能转化为电能，维持飞行动力系统、航空电子设备和有效载荷的正常工作，同时对机载二次电源进行充电。在夜间，则利用机载二次电源中储备的电能维持飞行，如果白天储备的电能可以满足夜间飞行需求，那么超高空太阳能无人机理论上就具备了“持久”飞行能力。
图片：超高空太阳能无人机能源平衡关系（白天-夜间）。
1981年，美国航空环境公司成功研制了基于太阳能动力的“太阳能挑战者”号飞行器，并且历经5小时从巴黎飞行到伦敦（距离大约262.3公里），引起了美国官方的关注，要求继续研发可以在1.98万米高度的高空长时间飞行的太阳能飞行器，由此拉开了人类发展超高空太阳能无人机的序幕。
1994年，NASA 和航空环境公司等工业界伙伴联合开展“环境研究飞行器和传感器技术”（ERAST）项目，启动了“太阳神”系列超高空太阳能无人机的研制计划，先后发展了“探路者”、“百夫长”、“探路者+”、“太阳神”高空型样机、“太阳神”长航时型样机，分别创下了2.44万米、2.95万米的太阳能无人机飞行高度记录，持续飞行最长时间达到了24小时。
图片：美国NASA大型太阳能无人机系列。
2007年，美国DARPA启动了代号为“秃鹰”的超高空太阳能无人机计划，计划的目标是研制能够在1.8-2.7万米高度持续飞行5年，可携带450公斤、额定功率5kW有效载荷的超高空太阳能无人机。
目前，美国波音公司的“太阳鹰”方案已经赢得了“秃鹰”计划的第二阶段发展合同，正在验证电源系统和结构等关键技术。此外，英国奎奈蒂克公司研制的“西风”太阳能超高空长航时无人机也在2010年7月成功试飞，设计持续飞行时间为3个月，最大飞行高度为4万米。
图片：美国太阳能无人机视图，可见其越造越大，机翼翼展越来越长，最长的“太阳神”号翼展达到75米。
早在20世纪90年代，我国就开展了太阳能无人机的研究工作。
中国航天科技集团第十一研究院研发的“彩虹”超高空太阳能无人机是“彩虹”系列无人机家族的最新成员，这款大翼展、大展弦比、超高空太阳能无人机的飞行试验能够取得成功，充分说明我国在超高空太阳能无人机实用化技术上得到了极大突破，也证明我国在这一领域实现了与传统航空强国的并驾齐驱，处于国际一流水平，标志着我国在超高空太阳能无人机领域的实质性进展。
图片：美国NASA系列无人机计划也是从小到大，稳步推进，中国“彩虹”已经成为仅有的能够于其比肩的临近空间无人机系列。
由于我国国土的大部分地区都处于太阳能辐照资源的丰富带和较丰富带，为太阳能的利用提供了很好的自然条件和资源优势，也理应重视超高空太阳能无人机的发展。
由于超高空太阳能无人机可以不受近地面气象条件的制约，具备在临近空间进行长时间持续飞行的能力，因此其具有相当广泛的应用前景。
图片：在高空长时间飞行只能依靠充足的太阳能，这是Google公司的Solara太阳能超高空无人机。
其实相对于外媒炒作的指挥东风-21D导弹攻击航母这种并不十分靠谱的猜想，“彩虹”在民用领域的重大作用才是社会经济建设真真实实需要的。
比如，“彩虹”可携带高分辨率的光电载荷，对陆上长距离油气输送管线和陆上长距离输电线路进行日常巡视巡检、森林防火巡查、森林资源普查、农业普查、农业病虫害防治的监测预报、防洪防汛的监测预报、地震或者重大地质灾害的实时评估与救援、渔场资源的监测和保护、偏远地区的地图测绘和地质勘查、鸟类迁徙追踪等。
还能够携带专门的科学探测仪器，展开诸如高空闪电与大气研究、天气与气象监测预报、台风监测、碳排放与环保监测等任务。
图片：长航时无人机可用于鸟类研究。
目前，英国的“西风”超高空太阳能无人机已经在地球极地附近执行雪融季节冰雪融化的监测任务，该机从1.8万米高空释放轻型观测气球，缓慢降落至海平面，利用其携带的温湿压传感器观测降落过程中的变化，分析温湿压大气条件对地球极地附近冰雪融化的影响，相比传统的研究方法，采样率更高，分析结果更加精确。
图片：英国“西风”大型长航时太阳能无人机已经用于极地监测。
此外，超高空太阳能无人机也能在治安或者执法领域得到应用，比如协助海关或者海岸警卫队进行近海或者专属经济区的实时监视、执法巡查、取证识别等，进行反走私、反海盗、反恐、打击非法捕捞等活动，可以有效地维护海洋权益和领海主权，避免传统有人舰机在恶劣海洋条件下执行此类枯燥、乏味、长时间巡航任务引发的风险和意外。
图片：“彩虹”可以执行长时间的海上和边境巡逻，就像是一个无时不刻不在头顶的视频监控探头。
另外，超高空太阳能无人机还能够作为通信中继节点，为某些偏远地区或者海岛提供较为便捷、廉价和响应迅速的移动通信和互联网接入服务，从而避免传统光纤或者微波传输线路的巨大建设、使用和维护成本，大大降低了信息化门槛，促进人类在全球范围内实现更好的交流和沟通。
图片：沙漠探险时没有手机信号怎么办，头上万米高空一架“彩虹”无人机或许是一个很好的解决方案。
例如著名的美国互联网科技公司“脸书”（Face Book）创始人马克扎克伯格提出了“天鹰”（Aquila）太阳能无人机计划，旨在利用超高空长航时太阳能无人机携带的机载激光通信系统与地面基站（网关）建立高速宽带数据通信链路，为通信基础设施落后的第三世界国家或者人烟稀少的偏远地区提供较为廉价和便捷的无线互联网接入服务。
美国谷歌公司也提出了类似的Solara太阳能超高空无人机计划，由此可见，互联网科技巨头也看好超高空太阳能无人机的在全球互联网中继和接入服务方面的独特优势。
图片：“脸书”公司的大型太阳能无人机。
我们相信，超高空太阳能无人机作为一种新概念航空器，性能优势显著，发展前景广阔，随着的高强度轻质石墨烯结构新材料、新型光电池、新型储能手段等关键技术的不断进步和成熟，以“彩虹”超高空太阳能无人机为代表的超高空太阳能无人机家族必将在未来承担起越来越多的用途，为人类社会生活的不断进步发挥巨大的作用，必将迎来灿烂的明天。（作者署名：虹摄库尔斯克 潜水熊）
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