高海拔无人机用途及发展现状分析

2015年10月,美国巴德学院无人机研究中心发表文章,剖析了目前全球高海拔无人机的发展现状。

高海拔无人机可在6万英尺(约18千米)以上的高空长时间(可长达数年)飞行,也被称为亚轨道卫星或高海拔伪卫星。在军事领域,这些无人机可作为防空范围以外的持续监视侦察平台或通信中继点。与此同时,脸谱和谷歌公司正在就高海拔无人机展开竞争,从而将互联网带到偏远地区。

美国诺斯罗普格鲁曼公司研制的RQ-4“全球鹰”(Global Hawk)和美国海军的Triton可在6.5万英尺以上的高空飞行,并在空中续航35小时,是目前获得大规模应用的、飞行高度最高和续航时间最长的无人机。然而,由小型发动机提供动力的Zephyr等无人机可以飞得更高,其续航能力也更强。

高海拔长航时无人机的用途广泛,非常适用于大范围监测和图像采集作业。利用太阳能在亚轨道飞行的无人机可收集卫星捕捉到的多光谱图像,其成本仅是现有技术的七分之一。在军事领域,这些飞机可携带大范围持续监测系统,这些监测系统用于长时间追踪某个区域的状况。高海拔无人机也可作为通信中继中心。然而,这些无人机最受关注的潜在用途在于向偏远地区提供无线网络服务,谷歌和脸谱公司目前都在为这一目的专门开发高海拔无人机。

目前全球代表性高海拔无人机及其主要技术规格如表1所示。

表1 代表性高海拔无人机主要技术规格

厂商

无人机

技术规格

空客公司

Zephyr

翼展:73英尺10英寸巡航速度:可达到34.5英里/时最高飞行高度:7.0741万英尺续航时间:336小时22分钟有效载荷:11磅

泰坦航空公司

Solara

翼展:165英尺巡航速度:65英里/时最高飞行高度:6.5万英尺续航时间:-有效载荷:70磅

脸谱

Aquila

翼展:147英尺巡航速度:-最高飞行高度:6-9万英尺续航时间:90天有效载荷:-

美国宇航局(AeroVironment公司提供)

探路者(Pathfinder)

翼展:98.4英尺巡航速度:17-20英里/时最高飞行高度:5-8万英尺续航时间:14-15小时有效载荷:100-150磅

AeroVironment公司

全球观察者(Global Observer)

翼展:175英尺巡航速度:-最高飞行高度:4.5-5.5万英尺续航时间:4-6天有效载荷:400磅

波音公司

幻影眼(Phantom Eye)

翼展:150英尺巡航速度:172英里/时最高飞行高度:6.5万英尺续航时间:4天有效载荷:450磅

(1)高海拔无人机在军事领域的发展现状

迄今为止军事领域的高海拔无人机中最受公众关注也是最为成功的一个例子是空客公司的Zephyr无人机,该无人机已发展到第八代产品,最初由英国国防科技公司奎奈蒂克在2000年代初开发,后来在2013年被空客公司收购。Zephyr仅重90磅,翼展超70英尺,可手动启航。Zephyr仅能承重几磅,但续航能力极强。Zephyr在2010年创造了无人机飞行史上的最长时间记录,飞行时长达336小时(或2周),并保持着有翼无人机飞行史上的最高高度记录。2014年9月,第六代Zephyr完成了高海拔无人机在民用空域的首飞,飞行高度为6.1万英尺,飞行时长近24小时,证明了将此类飞机纳入国内空域的安全可行性。2015年4月,空客公司宣布其Zephyr 8的续航能力比过去几代更强,将在2015年年底前投入使用。除军事应用外,空客公司还将争取使Zephyr获得民航使用许可。以增强Zephyr的商业地位。

航空巨头波音公司也希望凭借其“幻影眼”(Phantom Eye)无人机在高海拔市场占有一席之地。这款以液氮为燃料无人机的飞行高度为6.5万英尺左右,潜在续航时长为四天,能够携带450磅的有效载荷,足以承载目前RQ-4全球鹰采用的一些高性能监视和侦察设备。美国宇航局德莱顿飞行研究中心已对“幻影眼”无人机进行了测试,目前还在试验阶段。2015年初,波音幻影工厂考虑是否可在“幻影眼”无人机上安装固态激光器,以便用于导弹防御。2010年,波音公司与美国国防高级研究计划局签订了一份太阳能超高海拔无人机开发合同,其目标是实现能够续航五年的无人机,但该计划在2012年被取消。

发明了“探路者”(Pathfinder)原型的美国AeroVironment公司专注于研究高海拔无人机技术,主要通过其“全球观察者”(Global Observer)计划开展研究。与“探路者”不同的是,“全球观察者”无人机不是靠太阳能提供动力,而是靠氢燃料电池驱动6个引擎产生动力。该无人机有70英尺长,翼展为175英尺。此无人机的原型设计最先由包括美国国防部和国土安全部在内的各政府机构参与的一个联合项目提出,并在2010年完成首飞。然而,与“幻影眼”无人机一样,“全球观察者”无人机尚未进入生产环节,因为没有机构承诺将使用该机型。“全球观察者”的设计飞行高度为6.5万英尺,有效载荷约450磅,续航时间长达六天。2014年,AeroVironment公司宣布与武器开发商洛克希德马丁(Lockheed Martin)公司合作,围绕“全球观察者”开发一种端到端的大气卫星系统。

(2)高海拔无人机在商业领域的发展现状

2013年夏天,美国新墨西哥州的创业公司泰坦航空宣布其正在开发可续航五年的太阳能无人机。同年,该公司发布了其研制的Solara 50无人机和机型更大的Solara 60超高海拔无人机原型,并称Solara 60可携带250磅有效载荷。2014年4月,谷歌宣布收购泰坦航空公司,这一互联网巨头计划将太阳能飞机用作通信中继中心,将互联网推广至偏远地区。作为其“Project Loon”计划的一部分,谷歌公司计划利用无人机和高空气球创建一个全球无线网。

脸谱公司在2014年3月收购了生产Aquila无人机的Ascenta公司,并已成功完成高海拔无人机原型Aquila的首次试飞。最后研制出的飞机计划在6万至9万英尺高的高空飞行,续航时间长达90天。脸谱公司称,其将使用激光技术将许多无人机链接成群落,从而为地面上的人们提供无线互联网。

原文发布于微信公众号 - 人工智能快报(AI_News)

原文发表时间:2015-11-03

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