能持续飞行一年的PHASA-35太阳能高空无人机

托尼·奥斯伯恩

BAE系统公司与英国棱镜公司合作研制了一款名为PHASA-35的新型太阳能高空长航时无人机，理论上能在18000m高空持续飞行一年，只需携带一个小的任务载荷便能作为一颗伪卫星执行持续监视和通信中继等多种任务。该机计划于2019年进行飞行试验。

英国对于“太阳能高空伪卫星”（HAPS）无人机的研制始于奎奈蒂克（Qinetiq）公司2010年研制的‘西风”（Zephyr）高空太阳能无人机。“西风”无人机机体采用超轻的碳纤维材料制造，机翼翼展长达18m，而机身结构仅重30kg，能携带2kg的任务载荷，飞行高度可达18000m。无人机两个机翼表面上贴附着非结晶质硅材料太阳能电池板，其厚度不到1mm，锂电池能在白天最大程度地储存太阳能，以用于夜间连续飞行。2013年底，空中客车公司收购了‘西风”无人机项目，并取得了持续飞行14天的纪录。

2014年“西风”无人机又被美国“脸书”（Facebook）公司收购，并在此基础上发展为“天鹰座”（Aquila）高空太阳能无人机，准备用于高空的无线网络空中基站，向包括全球偏远地区在内的数十亿人提供互联网连接。“天鹰座”的机翼翼展接近波音737，但重量仅有453kg，飞行速度可达1 20km/h，飞行高度为18000m，理论上一次可以飞行3个月时间，用于充当网络基站时，覆盖半径为96km。但是“天鹰座”无人机在2016年6月的第一次试飞降落时，因为遭遇强风而偏离航道，最终导致机翼折损而坠毁;而2017年6月的第二次试飞虽然基本成功，但是在着陆过程中还是被损坏，导致螺旋桨无法正常运行。

由于试飞并不顺利，“脸书”公司在今年6月26日正式宣布，停止“天鹰座”无人机的发展计划并关闭在英国布里奇沃特的工厂，同时表示今后将不再制造像“天鹰座”这样的HAPS无人机，但是将继续会与其他研制类似高空无人机的公司合作。

现在英国的BAE系统公司和英国“棱镜”（Prismatic）公司又合作研制了一款称为PHASA-35的高空太阳能飞机，其中位于英格兰范堡罗的“棱镜”公司拥有一批原奈奎蒂克公司参与过研制“西风”无人机的工程人员。

PHASA是持久高空太阳能飞机的缩写，PHASA-35的机翼翼展达35m，重量仅为150kg，能携带15kg的任务载荷，机翼和水平尾翼的表面都覆盖着太阳能电池板，为两台螺旋桨电动机和机载系统提供电力。白天其利用锂电池储存太阳能电力，用于夜间持续飞行。PHASA-35计划将于2019年第三季度飞行，届时该机在平流层高度飞行，只需携带一个小的任务载荷就能作为一颗“伪卫星”，执行包括持续监视和通信中继等任务。

“棱镜”公司的总经理普里希曼说，PHASA-35使用的锂离子电池是现有的商业产品，而不是更先进的试验性电池，现有的商品电池技术上比较成熟，而且电池容量和电池寿命足够满足无人机在飞行时间长达一年的能量要求。而新的电池技术虽然比现有的锂离子系统更先进，但使用寿命可能比较短，此外锂离子电池技术的一致性和可靠性更好，也意味着使用锂离子的飞行器都可以省去许多复杂的电力控制和监控系统。

PHASA-3持续一年的飞行能力代表着该机不需要在指定的使用区域附近起飞，而是可以从天气较好、适于无人机起飞的任何地点起飞，然后自行飞至指定的使用区域。虽然这种转场飞行可能会需要三天甚至更久的时间，但相对于一年的持续工作时间，转场飞行的这几天并无太大影响。此外，尽管无人机的覆盖范围远比不上近地轨道卫星，但无人机可以绕着指定地点持续盘旋飞行，而且起飞升空所需的成本也比发射卫星低得多。

现在“棱镜”公司已经开始在英国范堡罗工厂制造两架PHASA-35原型机，此前研制团队已经进行了一系列工作以降低风险，包括在2017年完成了一架称为PHASE-8的1/4缩比无人机的首飞，能够模拟全尺寸无人机性能。PHASA-8的机翼翼展约8.7m，除飞行高度稍低外，其余性能与PHASA-35基本相当。

BAE系统公司也表示，PHASA-35这类产品的市場需求将会非常令人惊讶，PHASA-35的目标客户最初只针对政府和国防军事用途，但现在看来其商业应用的潜力也会很大。例如为持续监视和通信中继等需求，包括对偏远地区的监 视和重要地区的通信提供全年的低成本持续性解决方案等。

虽然PHASA-35只能携带15kg任务载荷，但是其工作高度是在离地18～27km高度的空域，相比于在600km的轨道上工作的近地卫星要更接近地面，这也意味着如果以近地卫星完成任务需要使用重达1t的设备，那么用PHASA-35只需用数千克的载荷。

此外，PHASA-35高空无人机的研制团队也在将现在组建小型卫星群的思路延伸到PHASA-35的未来工作方式上，也就是通过起飞多架执行不同任务的PHASA-35组建成为PHASA星座，以增加无人机集群的灵活性和冗余度，以代替增加单架无人机任务载荷的思路。