飛得最高的新能源無人機(jī) —NASA“太陽神”

省時(shí)省力的新平臺(tái)

1992年，NASA與航空工業(yè)合作伙伴開啟了名為ERAST的計(jì)劃，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)高空監(jiān)測(cè)、氣象風(fēng)暴追蹤和通信中繼。為此，NASA開發(fā)了一系列采用清潔能源的飛行器。按照計(jì)劃要求，新的飛行器能在30000米高空持續(xù)飛行24小時(shí)。經(jīng)過研發(fā)設(shè)計(jì)和數(shù)次優(yōu)化，“太陽神”無人機(jī)誕生了。該機(jī)主要用于擔(dān)任高空平臺(tái)，執(zhí)行大氣研究任務(wù)及作為通信平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)的功能和衛(wèi)星類似。但相比于后者動(dòng)輒1000萬到3000萬美元的成本，“太陽神”無人機(jī)的成本僅需100萬美元，大大減少了制造花費(fèi)。同時(shí)，“太陽神”是在大氣層內(nèi)飛行，操縱難度比送一顆衛(wèi)星上天要容易多了。

怪異但有效的設(shè)計(jì)

為了達(dá)到足夠的飛行高度，“太陽神”采用了飛翼布局，翼展達(dá)到了驚人的75米，比美國(guó)制造的最大尺寸的飛機(jī)機(jī)翼還要長(zhǎng)。同時(shí)，該機(jī)的翼弦長(zhǎng)度只有2.4米，即機(jī)翼的展弦比達(dá)到了31：1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看上去就像一根長(zhǎng)扁擔(dān)。為了保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，“太陽神”使用了大量復(fù)合材料，如碳纖維、石墨環(huán)氧樹脂、凱夫拉纖維、聚苯乙烯泡沫塑料等，使機(jī)體在足夠堅(jiān)固的同時(shí)盡可能減輕重量，以提高續(xù)航能力。此外，該機(jī)還設(shè)計(jì)了5個(gè)獨(dú)立的翼下吊艙，將整個(gè)機(jī)翼分成了6 個(gè)區(qū)域。這些吊艙采用和機(jī)翼相同的材料制造，內(nèi)裝有起落架、飛控儀器、供電電池等。

“太陽神”的飛行控制十分獨(dú)特，機(jī)翼前緣裝有14個(gè)螺旋槳，晴朗的白天由太陽能驅(qū)動(dòng)，陰天或夜晚則由機(jī)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)。與普通飛行器不同，“太陽神”唯一的飛行控制機(jī)構(gòu)是橫跨整個(gè)機(jī)翼后緣、平均分布的、可獨(dú)立操縱的72 個(gè)升降舵。該機(jī)的轉(zhuǎn)向方式類似普通無人機(jī)——通過改變左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向與速度調(diào)節(jié)。

為了試驗(yàn)英勇就義

1999年9月8日，“太陽神”進(jìn)行了首次電池動(dòng)力試飛。之后經(jīng)過了多次升級(jí)改進(jìn)，包括加裝新的航電設(shè)備、改進(jìn)太陽能板結(jié)構(gòu)，將電機(jī)數(shù)量從14個(gè)減少到10個(gè)等，并于2001年7月完成首次太陽能動(dòng)力試飛。2001年8月，格雷格·肯德爾操縱“太陽神”飛到了29524米的高度，并持續(xù)飛行了約40分鐘，創(chuàng)下無人機(jī)飛行高度紀(jì)錄。就在一切看似順利推進(jìn)的時(shí)候，意外發(fā)生了。2003年6月26日，“太陽神”在進(jìn)行一次常規(guī)測(cè)試飛行時(shí)，遇到了不可預(yù)測(cè)的風(fēng)切變，同時(shí)天空云量增多導(dǎo)致太陽能效率降低。最終，該機(jī)在下墜過程中在空中解體墜落到太平洋中。