临近空间无人机：飞翔在“第三极”的精灵
来源：科技日报 日期:2017-08-03
由中国航天科技集团研制的“彩虹”太阳能无人机近日开展了高空飞行验证，在临近空间高度成功试飞。有媒体称，这标志着我国成为继美、英之后第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。
临近空间指距地面高度20千米到100千米之间的区域，处在传统航天空间和航空空间之间。
中国航天科工集团三院302所临近空间无人机技术研究室主任杨发友向科技日报记者介绍，作为独立于空、天的“第三极”，临近空间“上可入天、制天；下可制空、制地”，在遥感、通信、气象探测等领域具有巨大应用价值和独特战略地位，已成为各强国争相开发的新兴战略空间。不过，该区域空气稀薄，并存在低温、辐照、臭氧等严苛环境条件，常规飞行器无法在此飞行。好在其风场条件稳定和缓，为飞行器长时间驻留提供了可能。因此，临近空间超长航时无人机如同活跃在“第三极”里的精灵，成为各国大力发展的新型装备。
“临近空间超长航时无人机能补充现有技术手段能力的不足，有效带动相关领域应用产业升级。”杨发友介绍，在遥感应用方面，卫星受作用距离限制，所提供数据的空间分辨率还不能完全满足应用需求，且存在重返周期长、运行轨道固定等问题；航空遥感手段受限较多，机场使用影响、飞行空域与民航航线冲突等都限制了航空遥感的应用。以临近空间无人机为平台开展相关业务，与遥感卫星相比距离遥感成像目标更近，能实现分米级或更高分辨率的图像信息获取，且使用机动灵活，不受轨道限制；与航空遥感相比飞行高度远高于民航航线，且飞行航时长，无需频繁起降，应用受限很小。
在通信应用方面，常规通信手段的能力在海洋或偏远区域严重受限，地面基站无法全面覆盖；通信卫星受通信带宽和使用成本等因素限制，用户需求无法全面满足。临近空间无人机可集成通信中继设备，持续执行任务数天，并发挥飞行高度优势，覆盖百公里以上半径范围的地面、海面用户，为其提供通信信号接入服务。
气象探测应用方面，以台风探测预报为例，为提高台风预报精度，需采用接触式探测获取台风内部气象数据。台风风眼墙高度在18千米左右，常规飞行器无法飞跃，更无法穿越，难以获得台风眼内气象数据。临近空间无人机可直接飞抵台风眼上方，伴随台风飞行，在沿途收集台风眼内部气象数据，提升台风预报精度。
目前，国外已经发展了十余型临近空间超长航时无人机，取得了良好效益。
杨发友介绍，在美国，极光飞行科学公司和通用原子公司分别研制了“帕修斯”和“阿尔塔斯”等无人机，用于飓风跟踪探测，使飓风的预报精度提升约20%。波音公司研制了“秃鹰”无人机用于广域侦察监视领域，并尝试向预警探测领域拓展；正在研制的“鬼眼”无人机，瞄准了战区通信中继应用需求。在美国国家航空航天局的支持下，航空环境公司研制了“太阳神”系列太阳能无人机，以满足高空大气环境研究和高空通信平台等应用需求。面向广域互联网接入应用需求，谷歌公司正在研制“索拉拉”太阳能无人机，脸书公司正在研制“天鹰座”太阳能无人机。此外，英国以验证太阳能动力飞行的相关关键技术为目标，研制了“西风”系列太阳能无人机，其最新型号西风-8无人机已被英国国防部采购。
在国内，航天科工、航天科技、中航工业等单位开展了不同技术路线临近空间超长航时无人机的相关研究。其中航天科工集团前期推出的“飞云”工程，旨在利用太阳能无人机集成空中局域网设备等通信载荷，为地面、海面目标提供通信信号接入服务，并可通过换装任务载荷，拓展能力开展遥感类应用。
