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編者按：太陽(yáng)能是目前世界上存在最為廣泛、儲(chǔ)量最為巨大且持續(xù)的可再生清潔能源,但也存在分散性、不穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)化效率較低、相關(guān)技術(shù)成本較高等缺點(diǎn),限制了其在工業(yè)及軍事領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。 據(jù)美國(guó)海軍官網(wǎng)5月17日?qǐng)?bào)道,其海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)下屬的“太陽(yáng)能光伏與自主化飛行”項(xiàng)目正與海軍陸戰(zhàn)隊(duì)遠(yuǎn)征能源辦公室(E2O)一起,致力于為無(wú)人平臺(tái)提供性能更好、造價(jià)更低的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存及供應(yīng)技術(shù),使其具備執(zhí)行全時(shí)段ISR任務(wù)的能力。

NRL運(yùn)載工具研發(fā)分部和光伏發(fā)電分部的科研人員正在無(wú)人機(jī)(UAV)技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上驗(yàn)證并完善其自主化飛行概念。他們的研究主要關(guān)注如何利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)大幅延長(zhǎng)無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間,從而減少前線無(wú)人機(jī)使用單位所需攜帶的電池或燃料數(shù)量,提升無(wú)人機(jī)的作戰(zhàn)半徑。

航空工程專家丹·愛德華茲博士表示,NRL已經(jīng)對(duì)SBXC無(wú)人滑翔機(jī)進(jìn)行了改裝,將太陽(yáng)能光伏技術(shù)和自主飛行技術(shù)進(jìn)行組合,并實(shí)施了2次超過10小時(shí)的驗(yàn)證飛行。他指出,NRL的研究成果包含“自主飛行算法和太陽(yáng)能光伏技術(shù)如何高效捕獲環(huán)境中的能源,具有極高的應(yīng)用價(jià)值”。
用于驗(yàn)證的SBXC無(wú)人滑翔機(jī)在兩翼中段安裝了NRL定制的太陽(yáng)能光伏陣列,替換了原先的機(jī)翼組件,該陣列由電源管理和分配系統(tǒng)將來(lái)自太陽(yáng)能電池陣的功率轉(zhuǎn)換為直流電,用于驅(qū)動(dòng)推進(jìn)電機(jī)和為智能電池充電。此外,無(wú)人機(jī)的自主軟件算法可監(jiān)測(cè)環(huán)繞飛機(jī)的局部垂直氣流,控制圍繞附近的上升氣流盤旋——類似鳥類一樣。為了單獨(dú)評(píng)估太陽(yáng)能光伏陣列的性能,研究人員在2次驗(yàn)證飛行中都關(guān)閉了自主軟件算法,但允許無(wú)人機(jī)進(jìn)行所謂的“被動(dòng)飛行”,即在預(yù)定飛行路徑上隨上升氣流爬升時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。

2016年10月14日,NRL的技術(shù)人員將SunPower公司生產(chǎn)的太陽(yáng)能光伏陣列安裝在一架無(wú)人機(jī)上,使其實(shí)現(xiàn)了10小時(shí)50分鐘的續(xù)航,該機(jī)電池電量在起飛前為95%,著陸后仍有10%之多。當(dāng)天的熱氣流活動(dòng)強(qiáng)度較好,40%的飛行時(shí)間，無(wú)人機(jī)都處于電機(jī)關(guān)閉狀態(tài),太陽(yáng)能光伏陣在此期間為飛機(jī)電池充電。

2017年4月19日,無(wú)人機(jī)搭載Alta設(shè)備公司生產(chǎn)的太陽(yáng)能光伏陣列再度升空,共進(jìn)行了11小時(shí)2分鐘的持續(xù)飛行。更令人驚訝的是,該機(jī)起飛前電量為90%,著陸時(shí)仍保留著26%的電量。而且當(dāng)天熱氣流活動(dòng)較弱,電機(jī)在整個(gè)飛行過程中幾乎始終處于運(yùn)行狀態(tài),飛機(jī)在正午前后僅依靠太陽(yáng)能光伏陣列供電就能達(dá)到巡航速度。

愛德華茲稱,兩次驗(yàn)證飛行充分表明,“借助上升的熱氣流和一定的太陽(yáng)輻射能夠顯著提升無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間,后續(xù)測(cè)試將重點(diǎn)嘗試提高太陽(yáng)能電池效率,并對(duì)太陽(yáng)能充電能力和自主飛行能力進(jìn)行結(jié)合、優(yōu)化和權(quán)衡”。

原標(biāo)題：像鳥一樣飛行的自主化太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)