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平流层无人机研发竞赛的背后:科技巨头在2万米高空有何野心?

2019-09-02
导语:据《华尔街日报》报道,在地球上空2万米高度的平流层,正在出现一股鲜为人知的无人机研发竞赛热潮。由于不受气候条件的影响、民航客机很少飞到这个高度,欧洲空客公司、美国波音

据《华尔街日报》报道,在地球上空2万米高度的平流层,正在出现一股鲜为人知的无人机研发竞赛热潮。由于不受气候条件的影响、民航客机很少飞到这个高度,欧洲空客公司、美国波音公司、日本软银集团等大公司为了抢占这片巨大的商业蓝海,纷纷推出了平流层无人机计划。

在这些公司看来,无人机在平流层可以利用光伏作为能源,在成本、操纵性、部署等方面具有比人造卫星更大的优势。这种新型的无人机能够在18000米以上的高度连续自动飞行几个月,除了可以超高空拍摄之外,还能向地面提供互联网连接服务,在军事和民用两个领域都有巨大的潜在市场。

研究存在难题 但市场潜力巨大

据报道,今年3月,欧洲空客公司在澳大利亚北部上空的平流层试验了一款像滑翔机的无人机Zephyr S。由于在大气层低空飞行的时候遭遇了恶劣的天气,这次试验以失败告终。根据澳大利亚航空部门的消息透露,这架无人机被摔坏了。不过,空客公司并没有因此而放弃,它计划在今年年内举行第二次试验。

据了解,机体的设计是平流层无人机研究的一大课题。无人机的重量很轻,为了能够在空气稀薄的平流层低速飞行,它的机翼会比普通飞机长很多,这样才能产生足够的浮力。皇家墨尔本理工大学航空宇宙工业及航空学高级讲师格雷厄姆·沃尔德表示:“体重轻、体型大正在成为这种无人机的制约。它如何通过通过对流层是一个很大的考验。”

另一大问题在于需要获得政府监管部门的同意。因为要让数以百架的无人机在平流层飞行,涉及到包括安全性在内的诸多因素。

不同航空器所能达到的飞行高度各不相同(图据《华尔街日报》)

虽然平流层无人机目前还有很多技术层面的限制,但是可预见的市场潜力相当巨大。根据调查公司NSR去年发表的一份报告显示,在平流层飞行的无人机、气球、飞船等超高度航空器今后10年的市场规模可以达到17亿美元,目前全球有大约40个相关开发计划正在稳步推进当中。

另外,从统计数据来看,平流层无人机因为曾经多次开展过商业化试验,所以比其他平流层航空器项目更能募集到更多的资金投入。NSR的分析师西瓦普拉喀什·穆尔加南达表示:“我们认为超高度航空器开发是很有未来前景的项目。”

各大巨头都来抢占制高点 软银走在前面

据报道,多家航空巨头和科技企业都在纷纷开展平流层无人机项目。Facebook公司研发了一款名叫“Aquila”的平流层无人机。这款看起来像超薄型隐形轰炸机的无人机目前已经成功试飞了2次。另外,波音公司的子公司也表示正在开展一个叫Odysseus的平流层无人机项目。

软银集团的子公司HAPSmobile正在进行平流层无人机项目(图据软银官网)

目前,日本软银集团的无人机项目更具有领先优势。就在本月,软银集团的子公司HAPSmobile已经从美国联邦政府获得开展平流层无人机试验的许可。该公司计划在明年3月底在夏威夷拉奈岛上空的平流层进行无人机HAWK30的首次飞行试验。HAWK30的翼展为76米,机身上安装有10个螺旋桨,可以以112公里的时速持续飞行。HAPSmobile还计划与Facebook公司在无人机项目上展开合作。

空客公司平流层无人机项目负责人索菲·托马斯表示:“现在正在改善操作的流程,下次试验使用的无人机在去年美国亚利桑那州第一次飞行的时候,基本上实现了26天的连续飞行。它的翼展达到了24米,体量为75公斤。它依靠阳光作为能源,能够在23000米的高度实现自律飞行。”

在此之前,这个无人机需要4人团队来手动发射。现在,空客公司正在给他们开发可以机械发射的装置。从发射到抵达平流层,这个无人机只需要8小时时间,一天的飞行距离可达1760公里。由于使用了光伏发电和蓄电技术,即便是没有太阳照射的夜间也可以持续飞行。

该项目设计部门的负责人鲍尔·斯蒂芬施在接受采访时表示:“即便它在飞行过程中出现电力中断的情况,从平流层降落到地面所需时间理论上是1小时30分,就像是一片羽毛掉下来一样。即便跟什么物体发生相撞,也不会给机体造成毁灭性的损伤。”

平流层基站覆盖范围更广 或成为卫星网络的补充

据了解,现在地面上建造的通信基站覆盖范围有限,而且很容易受到环境和自然灾害的影响。如果在20000米的高空建造一个面向地球的基站,它可以覆盖直径为200公里的广阔区域。

平流程无人机如果用作通信基站可以覆盖直径200公里的范围(图据软银官网)

以日本为例,如果要通过地面基站覆盖整个日本列岛,需要建造上万个基站,而且还要克服山林、离岛等地理因素的限制。如果在平流层建造基站,大概只需要40个HAWK30就能覆盖整个日本列岛。另外,在目前尚未实现网络覆盖的地区,平流层基站可以持续稳定地提供通信网络服务。

日本是全世界有关平流层实用性研究比较超前的国家之一。早在1999年,日本政府就提出了一个“千年项目”的国家计划,由日本情报通信研究机构(NICT)与一架航空器制造公司共同打造了一架由太阳能电池和燃料电池作为动能的无人航空器“PathFinder Plus”。现在,随着太阳能发电以及蓄电技术的不断成熟,无人机生产技术的不断完善,建造以无人机为载体的平流层基站具备了实现的基础。

据报道,平流层无人机可能会成为现有卫星网络的补充。欧洲空间局(ESA)正在进行平流层无人机技术的研究。根据该机构透露,如果平流层无人机被用作卫星与地面基站之间的中继基站,并且使传输数据得到改善的话,则可以减少地面或太空所需的基础设施。

红星新闻记者 蒋伊晋 罗天编译报道

编辑 张寻

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