中國啟明星50太陽能無人機是軍事科技新高地

一、中國太陽能無人機的發展 

    9月3日，由中國航空工業集團公司(AVIC)研製的“啟明星50”大型太陽能無人機在陝西榆林首飛成功。西方多國也在加快太陽能無人機領域的競爭。被稱為“偽衛星”的太陽能無人機已受到全球的關注，啟明星50無人機是航空工業研製的首款超大展弦比高空低速無人機，首次採用雙機身佈局的大型無人機，第一款以太陽能為唯一動力能源的全電大型無人機能夠在高空平流層連續飛行。“啟明星50”利用高效、清潔、綠色、環保的太陽能，可長時間留空飛行，執行高空偵察、森林火情監測、大氣環境監測、地理測繪、通信中繼等任務。新型的太陽能無人機可以在1.8萬米以上的高空連續工作數月，並向地面提供互聯網連接服務。一架太陽能無人機的覆蓋範圍相當於200個地面基站，其有效載荷也可以達到飛機本身起飛重量的20%，而通信衛星則不到0.5%，相比之下，高空太陽能無人機要比人造衛星在某些方面的優勢更大，而且成本更低。目前，除了航空工業最新首飛的“啟明星50”太陽能無人機外，2016年，中國航空工業一飛院成功研製出10米翼展技術驗證機。2017年，國產“彩虹”太陽能無人機第一次試飛，持續飛行了15小時，讓中國在英美之後，躋身太陽能無人機領域的世界前三。彩虹太陽能無人機可作為空中平台，提供持久的數據中繼和4G/5G通信，代替一部分衛星的功能。比如，建立空中移動WiFi基站，讓偏遠地區的人們用上便宜的移動通信和互聯網接入服務。通信領域之外，它還可以用於重大自然災害預警、應急搶險、常態化海域監管等方面。2018年5月，首架20米翼展驗證機完成了系統功能試驗、結構剛度和模態耦合試驗、滑行試驗和遙控首飛，以及太陽能電池板鋪設等工作。2019年，在上海臨港研發近兩年的“墨子Ⅱ型”太陽能飛機試飛成功。該項目負責人表示，中國的太陽能飛機硬件沒有問題，關鍵在於氣象保障、航路計劃等“軟件”尚顯不足。通常，非燃油驅動的軍用無人機最高只能飛到 8,000 米的高度。可是，這架中國製太陽能無人機的飛行高度卻是達至 20,000 米，相等於一般商務客機飛行高度的兩倍，任務區域廣闊，擁有「準衞星」的效能。中國航天空氣動力技術研究院專家指出，這架太陽能無人機不但可執行長時間的軍事偵察任務，更可應用於反恐維穩、邊境巡邏、交通管理、災害監測等範疇，並可為偏遠地區提供通訊網路、電視廣播訊號。 

   根據戰區軍事網站報導，這樣的無人機系統在軍事應用方面具有巨大的潛力。例如，啟明星 50 在許多方面與空客研發的Zephyr S(和風-S)無人機相似，後者參與了美國陸軍測試，但不幸墜毀。啟明星50核心設計由一個非常長且相對細長的機翼組成。它有兩個獨立的細長機身，每個機身都有一個尾翼和後部的兩個穩定器，連接到機翼的下側。無人機的推進力來自六個電動機，每個電動機驅動一個螺旋槳。覆蓋機翼的太陽能電池板的總長度為50米，所以啟明星50中的50是指翼展。中航工業啟明星50的首席設計師朱勝利表示，這架無人機應該能夠飛到至少20公里的高度，該機有足夠的電池容量，可以在夜間繼續飛行，它能一次在高空飛行數月甚至數年，太陽能無人機還有助於推進新能源、複合材料和航空工程等領域的研發，它將提高該國在近太空和海洋的作戰能力。啟明星50 的高空和極限續航能力及操作靈活性使其優於衛星功能，衛星通常無法從一個區域快速重新分配到另一個區域。多架無人機作為一種偽衛星星座協同工作，可以在非常大的區域或地理上明顯分開的區域內執行這些任務，這對於像中國這樣大的國家來說可能特別有價值。除了提供額外的情報、監視、通信和數據共享以及導航支持外，啟明星 50 和 Zephyr S 等偽衛星還可能充當提供此類功能的天基網絡的備份。如果軌道資產在重大衝突期間遭到損壞、毀壞或以其他方式無法進入，則無人機可以相對迅速地部署以接管關鍵任務。現在，軌道資產面臨著非常現實的威脅，包括來自各種地面反衛星系統和太空中的其他系統，而且它們只會隨著時間的推移而增長。由於碎片和其他因素，太空中存在潛在的嚴重事故風險。考慮到這一切，啟明星 50 還可用於幫助在地球或太空發生某種災難後恢復對蜂窩電話或互聯網網絡的使用。 

二、國外太陽能無人機發展 

    早在2016年，就有太陽能板廠商與無人機公司合作，擬推出民用市場的太陽能固定翼無人機。2016年11月23日，Facebook 試飛 Aquila無人機成功。2017年，意大利開發團隊ProjectEMS 發表了一款小型太陽能固定翼無人機Tsubasa V3，可提供 15 分鐘的續航時間。加拿大舍布魯克大學研究團隊開發出一台名為「SUWAVE」的固定翼無人機，能以獨特方式在湖泊起降，還能浮在水面吸收太陽能充電，實現「跳躍湖泊」式的遠距離飛行。2018年，美國無人機公司 UAVOS 早前宣佈旗下的 SAT-i 太陽能無人機成功連續飛行 10 小時。透過太陽能發電和衛星通信技術， SAT-i 無人機更可做到長時間遠距離飛行。空客階版無人機 Zephyr S進行首飛，成功打破原型機 Zephyr 7 於 2010 年創下的最長無加油飛行記錄，空中停留26天。2020 年 7 月 23 日，日本電信運營商 SoftBank 旗下子公司 HAPSMobile Inc. 及其少數股東和飛機開發合作夥伴 AeroVironment, Inc. 共同在美國太空港舉行了 Sunglider™ 太陽能高空平台系統首飛。2022年，空中巴士公司研發的太陽能無人機 Zephyr飛行長達40日。 

   美國陸軍和歐洲空客公司合作的和風-S太陽能無人機最近風頭很健，美媒報導稱和風-S太陽能無人機已持續在空中飛行超過50天且持續在飛。和風-S翼展為25米，總重量75公斤，可以飛到2.32萬米高空，比傳統的間諜衛星更加靈活，比其他現有的高空、長航時無人機具有更高的持久性，還可以相對快速地部署到前線，除了能長距離飛行，還能根據需求快速重新分配任務具有軍事用途。航空新聞網站SimpleFlying稱，8月19日，太陽能無人機和風-S在美國亞利桑那州上空失聯，該機已連續飛行64天。除了空客項目，一家美國科技公司研發了一款平流層無人機“天鷹座”已成功試飛多次。波音的子公司也宣布正在推進“奧德修斯”平流層太陽能無人機項目。 

三、太陽能無人機的軍事及民間用途 

   作為能夠在臨近空間長時間飛行的“偽衛星”，太陽能無人機平台用途甚廣，在軍事方面，太陽能無人機飛行高度很高，可以避免地面攻擊，又同時具備衛星與飛機的對地測繪偵察能力。在民用方面，太陽能無人機可以作為空中中繼平台，提供通訊服務。此外，由於成本低廉優勢，太陽能無人機還可以在某些方面作為衛星功能替代品。因此，近些年來各國航空製造業都在大力推進太陽能無人機的研發工作。全球多國都在持續研製太陽能無人機，後續相關領域的發展前景看好，目前各國都在攻關長航時太陽能無人機的技術，包括飛機平台、太陽能電池、儲能電池等。太陽能無人機理論上可以達到無限航時，應用場景廣泛，但是載重量低是缺點，例如空客的“和風-S”75公斤無人機僅能攜帶5公斤的載荷。所以太陽能無人機的載荷重量與結構重量比值較低需要改進突破。若能像美國曾提出的“禿鷲”計劃那樣攜帶幾百公斤的載荷、在空飛行數年、飛行高度達到1.7萬米-2.7萬米，就具有很高的實用價值。 

  《航空學報》一篇題為《超長航時太陽能無人機關鍵技術綜述》的論文認為太陽能電池、儲能電池效率和能量密度的提升，將是影響未來太陽能飛行器性能的關鍵。未來，超長航時太陽能無人機將具有更為完備的任務體系和更加完善的功能，氣動-結構-隱身一體化設計技術、變體佈局綜合設計技術、健康監測與故障處理技術等也將成為超長航時太陽能無人機設計的關鍵。具備近空飛行能力，可執行偵察、監測、測量、通信中繼等衛星通常具備的多項功能，代表了中國第一款超高縱橫比高空低速無人機、第一款大型無人機採用雙機身配置，大型無人機設計完全由太陽能供電。根據中航工業的說法，它的電源使其能夠在空中停留更長的時間，其作用包括高空偵察、森林火災監測、大氣環境監測、地理測繪、通信中繼等任務。軍事觀察網站稱啟明星50的技術具有重要的軍事應用，能夠在必要時替代已失效的中國衛星。同時能夠從常規機場而不是特殊的衛星發射中心發射。該飛機也比衛星便宜得多，並且被認為在空中時更容易移動，使它們能夠重新部署以避免威脅或更容易提供覆蓋。中、美及俄都在反衛星武器上投入巨資，啟明星50可為衛星艦隊提供類似的功能。