【航空航天】空客公司碳纖維臨空無人機2021年夏季試飛成功
2021年10月11日,根據歐洲空客公司提供的新資訊,由空客公司研發的碳纖維復合材料密集型Zephyr S臨近空間太陽能無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)已在美國成功完成了2021年的夏季試飛活動。此次太陽能驅動的高空平臺系統(high altitude platform systemHAPS)于9月13日在亞利桑那州著陸,從而結束了2021年后一次也是成功的測試飛行。
此次成功試飛重要意義體現在以下幾個方面:
實現了 36 天的平流層飛行,證明了 Zephyr 無人機作為唯一能夠在平流層中進行長時間飛行的 HAPS 的地位;
創造了 76,100 英尺(23915米)絕對高度的新紀錄;
在美國空域系統 (NAS) 內運行,并獲得 FAA 飛行批準;
經驗證,Zephyr 可以在平流層實現大約 2,435 總飛行小時,并展示了精確的平流層機動性和地面上定點保持。
Zephyr 無人機是英國戰略司令部的一項重要計劃,作為一種運行于平流層區域無人機,通過基于ELO的太陽能電池完全依靠太陽能運行,旨在以零碳排放提供持久的本地衛星式服務。它采用碳纖維復合材料制造,比Zephyr 7輕30%,可以著陸、配備新一代有效載荷并重新部署。它還能夠從起飛到著陸自主飛行,并可從地面控制站進行遠程操作。
此次飛行測試過程中總共有6次飛行活動,包括4次低空試飛和2次平流層飛行。在平流層飛行測試中,每次飛行時長18天,總計超過36天。這在以往Zephyr無人機的2435個平流層飛行小時紀錄的基礎上又增加了887個飛行小時,標志著固定翼HAPS取得了重大進展,在平流層中實現可操作飛行的道路上邁出了重要一步。
空中客車公司無人機系統負責人Jana Rosenmann介紹,正式基于可靠的且經驗證的超持久性、平流層靈活性和有效載荷互操作性等系列特性,使得Zephyr成為臨近空間太陽能無人機領域的領導者。
空客公司表示,憑借Zephyr太陽能無人機在平流層中一次停留數月的能力,它將為商業和軍事客戶帶來新的能力,其中包括改進災害管理、監測野火或漏油蔓延;它還能夠進行持續監測,追蹤不斷變化的環境景觀,并能夠向上偏遠的地區提供通信。
專業知識多一點:臨空無人機
臨近空間是指高于普通航空器飛行高度,而低于軌道飛行器運行空間的區域,一般指距地面20-100km的空域。在臨近空間,太陽輻射接近外太空,受氣象條件影響小,在此空域飛行,太陽能飛行器能大限度利用太陽能,具備超長航時的特點,實現長達數月至數年的持續飛行。
臨近空間太陽能無人機(簡寫:臨空無人機)是指在臨近空間區域利用太陽光輻射能作為動力在高空連續飛行數周以上的無人駕駛飛行器,它利用光電池將太陽能轉化為電能,通過電動機驅動螺旋槳旋轉產生飛行動力。如果不考慮部件壽命,這種飛行器理論上可以實現“永久飛行”,具備“準衛星”特征,也被稱為“大氣層衛星”,可代替低軌道衛星的部分功能。
由于部署靈活、經濟性好等優勢,長航時臨近空間太陽能無人機成為執行情報、偵察、監視和通信中繼等任務的理想空中平臺。可廣泛應用于軍民融合領域,包括重大自然災害預警、常態化海域監管、應急搶險救災、反恐維穩等公益事業領域,以及偏遠地區互聯網無線接入、移動通信、數字電視信號廣播等商業及產業類領域。關于臨空無人機可閱讀《盤點國外臨近空間太陽能無人機》。
基于輕質化、高剛度等特性需求,臨近空間無人機系統中必須采用具有高剛度、高強度特性的高模高強碳纖維復合材料;2021年9月,由寧波材料所碳纖維團隊承擔的“高模高強碳纖維(CNI QM55級)國產化關鍵技術研發及在臨近空間無人機翼主梁中的應用”項目通過成果鑒定,針對臨近空間無人機用高模高強碳纖維國產化迫切需求,成功完成了國產高模高強碳纖維穩定制備、復合材料性能優化提升、大型結構件成型加工及飛行驗證(延伸閱讀),從而為國內臨近空間無人機發展提供了國產化材料解決方案。
空客公司臨空無人機研發歷史
2003年,Zephyr臨近空間太陽能無人機概念提出。
2005年,翼展達12米的兩架原型Zephyrs飛行至高海拔27,000英尺,飛行時間為4.5小時和6小時。
2010年Zephyr原型無人機翼展提高到18米,于2010年7月9日開始進行飛行試驗,并在21,561米的高空停留14晚(336小時22分鐘)。
2018年7月,Zephyr S HAPS無人機翼展達到25米,而飛行時間更是增加到25天。
2021年9月,Zephyr S HAPS無人機完成長航時飛行,在平流層飛行時間超過36天。
綜上可知,從無人機概念提出到目前能夠實現36天長航時飛行,空客公司經過了近20年時間。










































