近日，我国自主研发的新型彩虹太阳能无人机圆满完成临近空间飞行试验。此次试验成功，标志着我国已成为继美、英之后第三个掌握该技术的国家。
彩虹太阳能无人机（图片来源：央视新闻）
太阳能无人机是可以长时间在高空飞行的无人机，其滞空时间不是以小时计而是以月乃至年为单位。一般而言，这类无人机的设计目标都是在1.8万米以上高空连续飞行数年。当然，为此目前此类无人机的飞行速度都比较慢，仅为100-200公里/小时，携带的载荷也只有几十公斤。
彩虹太阳能无人机临近空间飞行（图片来源：央视新闻）
在空中停留数个月乃至数年一直是人类的梦想，不过实现者寥寥无几。目前比较可靠的长滞空时间为飞行器。通过灌注密度低于空气的气体，如气球和飞艇将可以持续地漂浮在空中。不过即便有氦气这样的安全气体，气球和飞艇这类浮空器依然面临着诸多问题。首先是浮空器缺乏动力，控制较为困难和迟钝，本身又比空气轻，其无法应付对流层复杂的空气系统。而在相对稳定的平流层，空气密度较低也会制约浮空器的升力，浮空器无法携带更大的重量，并且足够规律的飞行轨迹乃至定点上存在巨大困难。
浮空器在高空优势并不明显，图为英国HAV304型飞艇
超长航时无人机是另一个解决方案，如果无人机使用太阳能，那么就可以在理论上就拥有无限多的能源（或者有规律的周期性能源），那么只要机械不出故障理论上就能解决飞行器长时间滞空的问题。不过说起来容易做起来同样困难，太阳能电池板和储能系统是能源供应的核心，因此其不仅需要有很高的能量转化效率和能重比，还要有耐高/低温变化、耐辐射、耐腐蚀、高可靠等物理特征。目前的技术水准尚无法达到这样的标准，因此太阳能无人机首先非常考验相关技术。目前翼展60米量级的太阳能无人机提供的有效载荷能力大致仅在50千克量级。
彩虹太阳能无人机（图片来源：央视新闻）
其次还有气动布局的问题，虽然“只要发动机好，一块砖头都能飞起来”，但在太阳能电池和储能技术没有完全成熟的情况下，太阳能无人机的动力是非常稀缺的。此外，高空的空气稀薄，对于空气动力特性也存在着一定影响。太阳能无人机既需要通过机翼来搭载大量太阳能电池板及其储能设备，有需要足够轻的结构重量来抠出一点点有效载荷，这无疑也非常考验一国工程师们的能力。
赫利俄斯（Helios）太阳能飞机，起并非用于高空飞行
太阳能无人机美国和英国均有研究，大概有美国波音公司提出的“太阳鹰”（SolarEagle）无人机项目；由英国国防部资助，英国凯奈蒂克（QinetiQ）公司研制的“西风”（Zephyr）无人机；美国泰坦航空公司研制的Solara50高空太阳能无人机。其中，以“太阳鹰”为例，其设计目标是一架翼展达到121米的大型无人驾驶飞机，它至少可以在平流层飞行5年时间。
“西风”（Zephyr）无人机的两个阶段项目
中国在这项技术中实现了突破，这是反应中国技术能力的一件重要标志。当然，由于目前“彩虹”太阳能无人机还处于试验阶段，其具体数据尚未公开，因此其价值尚且不容易判断。不过，“彩虹”太阳能无人机对于拉动中国太阳能技术的提升，并且提供一种可靠的超长航时飞行器，其意义同样十分重大。
彩虹太阳能无人机（图片来源：央视新闻）
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