碳纖維復合材料密集型太陽能無人機創造飛行時間新紀錄

近日，由空中客車公司與美國陸軍合作開發的碳纖維復合材料密集型Zephyr 無人機創造了 42 天無人飛行持續時間的新紀錄，這是在去年9月無人機在平流層飛行時間達到36天基礎上實現的再次突破。

Zephyr無人機于今年 6 月 15 日從美國陸軍的尤馬試驗場起飛，此后一直在尤馬試驗場和科法國家野生動物保護區上空飛行。在目前的破紀錄飛行結束后，Zephyr將在未來幾周內攜帶美國陸軍開發的有效載荷在太平洋上空進行測試。

藝術家描繪的無人空中客車 Zephyr 在高空飛行

Zephyr 無人機又被稱為高空平臺站（high altitude platform system，HAPS），由太陽能供電，并設計用于長時間飛行任務。最近的飛行顯示出了太陽能無人機的儲能能力和太陽能電池板效率，這將使陸軍能夠使用無人機執行這些長時間的任務，一次可以持續數月。

Zephyr無人機機身很窄，翼展卻高達82英尺（25米），由于采用了碳纖維復合材料機身，飛機重量僅為165磅（75kg）。輕巧的結構使Zephyr 無人機能夠在70000英尺（21,340 米）的高空攜帶高達50磅（22.5kg）的有效載荷，包括光學、紅外、激光雷達和高光譜傳感器、雷達和合成孔徑雷達 (SAR)，甚至預警系統。

Zephyr 無人機還用于觀察12×18英里（20×30 公里）的地面區域，這將使陸軍能夠利用它進行安全監視。這些能力，加上 Zephyr 獨特的耐力使其非常適合海上安全或邊境監視等行動，它可以連續監視給定位置長達數周。

無人駕駛的空中客車 Zephyr 正在飛行

此外，Zephyr無人機也可以用作通信中繼平臺。其連接服務將為地面和基于衛星的連接解決方案提供可行的替代方案，從而首次在廣闊的地域和經濟的情況下實現低延遲和直接到設備的連接。

“作為陸軍多元化多層架構的一部分，超長續航無人平臺有潛力提供重要的軍事能力，”美國陸軍保障定位、導航和時間/空間跨功能團隊（CFT）負責人Michael Monteleone表示：“近年來，我們在高空平臺上取得了令人難以置信的進步。這項實驗使我們能夠通過展示多種有效載荷類型、充分探索平流層作戰的軍事效用以及實現深度傳感、遠程目標定位和彈性通信領域的現代化，從而在這些知識的基礎上再接再厲。”

關于臨空無人機

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，太陽能飛行器能最大限度利用太陽能，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。

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中央翼主梁中的應用”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，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飛行至最高海拔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。

2022年7月，Zephyr S HAPS無人機長航時飛行時間達到42天。

綜上可知，從無人機概念提出到目前能夠實現42天長航時飛行，空客公司整整經過了20年時間。

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