托尼·奧斯伯恩

BAE系統(tǒng)公司與英國(guó)棱鏡公司合作研制了一款名為PHASA-35的新型太陽(yáng)能高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，理論上能在18000m高空持續(xù)飛行一年，只需攜帶一個(gè)小的任務(wù)載荷便能作為一顆偽衛(wèi)星執(zhí)行持續(xù)監(jiān)視和通信中繼等多種任務(wù)。該機(jī)計(jì)劃于2019年進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

英國(guó)對(duì)于“太陽(yáng)能高空偽衛(wèi)星”（HAPS）無(wú)人機(jī)的研制始于奎奈蒂克（Qinetiq）公司2010年研制的‘西風(fēng)”（Zephyr）高空太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)。“西風(fēng)”無(wú)人機(jī)機(jī)體采用超輕的碳纖維材料制造，機(jī)翼翼展長(zhǎng)達(dá)18m，而機(jī)身結(jié)構(gòu)僅重30kg，能攜帶2kg的任務(wù)載荷，飛行高度可達(dá)18000m。無(wú)人機(jī)兩個(gè)機(jī)翼表面上貼附著非結(jié)晶質(zhì)硅材料太陽(yáng)能電池板，其厚度不到1mm，鋰電池能在白天最大程度地儲(chǔ)存太陽(yáng)能，以用于夜間連續(xù)飛行。2013年底，空中客車(chē)公司收購(gòu)了‘西風(fēng)”無(wú)人機(jī)項(xiàng)目，并取得了持續(xù)飛行14天的紀(jì)錄。

2014年“西風(fēng)”無(wú)人機(jī)又被美國(guó)“臉書(shū)”（Facebook）公司收購(gòu)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展為“天鷹座”（Aquila）高空太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，準(zhǔn)備用于高空的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空中基站，向包括全球偏遠(yuǎn)地區(qū)在內(nèi)的數(shù)十億人提供互聯(lián)網(wǎng)連接。“天鷹座”的機(jī)翼翼展接近波音737，但重量?jī)H有453kg，飛行速度可達(dá)1 20km/h，飛行高度為18000m，理論上一次可以飛行3個(gè)月時(shí)間，用于充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)基站時(shí)，覆蓋半徑為96km。但是“天鷹座”無(wú)人機(jī)在2016年6月的第一次試飛降落時(shí)，因?yàn)樵庥鰪?qiáng)風(fēng)而偏離航道，最終導(dǎo)致機(jī)翼折損而墜毀;而2017年6月的第二次試飛雖然基本成功，但是在著陸過(guò)程中還是被損壞，導(dǎo)致螺旋槳無(wú)法正常運(yùn)行。

由于試飛并不順利，“臉書(shū)”公司在今年6月26日正式宣布，停止“天鷹座”無(wú)人機(jī)的發(fā)展計(jì)劃并關(guān)閉在英國(guó)布里奇沃特的工廠(chǎng)，同時(shí)表示今后將不再制造像“天鷹座”這樣的HAPS無(wú)人機(jī)，但是將繼續(xù)會(huì)與其他研制類(lèi)似高空無(wú)人機(jī)的公司合作。

現(xiàn)在英國(guó)的BAE系統(tǒng)公司和英國(guó)“棱鏡”（Prismatic）公司又合作研制了一款稱(chēng)為PHASA-35的高空太陽(yáng)能飛機(jī)，其中位于英格蘭范堡羅的“棱鏡”公司擁有一批原奈奎蒂克公司參與過(guò)研制“西風(fēng)”無(wú)人機(jī)的工程人員。

PHASA是持久高空太陽(yáng)能飛機(jī)的縮寫(xiě)，PHASA-35的機(jī)翼翼展達(dá)35m，重量?jī)H為150kg，能攜帶15kg的任務(wù)載荷，機(jī)翼和水平尾翼的表面都覆蓋著太陽(yáng)能電池板，為兩臺(tái)螺旋槳電動(dòng)機(jī)和機(jī)載系統(tǒng)提供電力。白天其利用鋰電池儲(chǔ)存太陽(yáng)能電力，用于夜間持續(xù)飛行。PHASA-35計(jì)劃將于2019年第三季度飛行，屆時(shí)該機(jī)在平流層高度飛行，只需攜帶一個(gè)小的任務(wù)載荷就能作為一顆“偽衛(wèi)星”，執(zhí)行包括持續(xù)監(jiān)視和通信中繼等任務(wù)。

“棱鏡”公司的總經(jīng)理普里希曼說(shuō)，PHASA-35使用的鋰離子電池是現(xiàn)有的商業(yè)產(chǎn)品，而不是更先進(jìn)的試驗(yàn)性電池，現(xiàn)有的商品電池技術(shù)上比較成熟，而且電池容量和電池壽命足夠滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)在飛行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一年的能量要求。而新的電池技術(shù)雖然比現(xiàn)有的鋰離子系統(tǒng)更先進(jìn)，但使用壽命可能比較短，此外鋰離子電池技術(shù)的一致性和可靠性更好，也意味著使用鋰離子的飛行器都可以省去許多復(fù)雜的電力控制和監(jiān)控系統(tǒng)。

PHASA-3持續(xù)一年的飛行能力代表著該機(jī)不需要在指定的使用區(qū)域附近起飛，而是可以從天氣較好、適于無(wú)人機(jī)起飛的任何地點(diǎn)起飛，然后自行飛至指定的使用區(qū)域。雖然這種轉(zhuǎn)場(chǎng)飛行可能會(huì)需要三天甚至更久的時(shí)間，但相對(duì)于一年的持續(xù)工作時(shí)間，轉(zhuǎn)場(chǎng)飛行的這幾天并無(wú)太大影響。此外，盡管無(wú)人機(jī)的覆蓋范圍遠(yuǎn)比不上近地軌道衛(wèi)星，但無(wú)人機(jī)可以繞著指定地點(diǎn)持續(xù)盤(pán)旋飛行，而且起飛升空所需的成本也比發(fā)射衛(wèi)星低得多。

現(xiàn)在“棱鏡”公司已經(jīng)開(kāi)始在英國(guó)范堡羅工廠(chǎng)制造兩架PHASA-35原型機(jī)，此前研制團(tuán)隊(duì)已經(jīng)進(jìn)行了一系列工作以降低風(fēng)險(xiǎn)，包括在2017年完成了一架稱(chēng)為PHASE-8的1/4縮比無(wú)人機(jī)的首飛，能夠模擬全尺寸無(wú)人機(jī)性能。PHASA-8的機(jī)翼翼展約8.7m，除飛行高度稍低外，其余性能與PHASA-35基本相當(dāng)。

BAE系統(tǒng)公司也表示，PHASA-35這類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)需求將會(huì)非常令人驚訝，PHASA-35的目標(biāo)客戶(hù)最初只針對(duì)政府和國(guó)防軍事用途，但現(xiàn)在看來(lái)其商業(yè)應(yīng)用的潛力也會(huì)很大。例如為持續(xù)監(jiān)視和通信中繼等需求，包括對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的監(jiān) 視和重要地區(qū)的通信提供全年的低成本持續(xù)性解決方案等。

雖然PHASA-35只能攜帶15kg任務(wù)載荷，但是其工作高度是在離地18～27km高度的空域，相比于在600km的軌道上工作的近地衛(wèi)星要更接近地面，這也意味著如果以近地衛(wèi)星完成任務(wù)需要使用重達(dá)1t的設(shè)備，那么用PHASA-35只需用數(shù)千克的載荷。

此外，PHASA-35高空無(wú)人機(jī)的研制團(tuán)隊(duì)也在將現(xiàn)在組建小型衛(wèi)星群的思路延伸到PHASA-35的未來(lái)工作方式上，也就是通過(guò)起飛多架執(zhí)行不同任務(wù)的PHASA-35組建成為PHASA星座，以增加無(wú)人機(jī)集群的靈活性和冗余度，以代替增加單架無(wú)人機(jī)任務(wù)載荷的思路。