太陽能無人機

　　太陽能電池按結晶狀態可分為兩類：結晶系薄膜式和非結晶系薄膜式。

　　太陽能電池按材料可分為：硅晶體電池(單晶、多晶、非晶硅) 、多元化合物薄膜電池 、聚合物多層修飾電極型電池、納米晶電池。

　　目前太陽能飛機上使用的多半為薄膜單晶硅太陽能電池和柔性薄膜多元化合物電池(如：砷化鎵薄膜電池 、銅銦鎵硒薄膜電池等)。柔性薄膜太陽能電池的制備工藝十分復雜，如多元化合物電池就需經過反應濺射、熱蒸發、清洗、激光切割和封裝等精細加工過程。為了適于安裝于無人機表面，太陽能電池需輕、薄和柔軟，電池封裝要具有極好的防水蒸汽性能，還需要具有抗紫外、抗磨損、抗老化等功能。

　　太陽能電池的效率是決定太陽能飛機動力和承載能力的基礎。所謂太陽能電池板的轉換效率是指電池輸出功率密度與入射光功率密度之比，也就是一定面積的太陽能電池板吸收光能后可以轉化為電能的效率。目前太陽能電池板的效率通常在10%-30%，因此要不斷提高太陽能電池板的效率才有望減小飛機面積或增加承載重量。

3.4 太陽能無人機的夜間航行

　　太陽能無人機要實現晝夜連續飛行，晚上沒有太陽光要靠儲能系統把白天吸收的太陽能轉化的多余電能存儲起來(如鋰電池)，以備夜間飛行使用。夜間無人機飛行要執行與白天不一樣的飛行模式。夜間飛行，為了節約能源，通常采取無動力“滑翔飛行”和有動力飛行相結合的方式。由于太陽能無人機具有大展弦比機翼和輕結構特點，因此具備優良的滑翔能力。當無人機進行一定滑翔角飛行時，由于相對氣流產生的“迎角”，即使沒有動力，也會產生一定的升力，從而節約能量。當然，太陽能無人機必須具有先進的自主控制飛行與導航能力。夜間飛行還需要無人機設計有執行滑翔飛行的自動控制程序和不同飛行模式之間自動轉換等功能。

3.5 太陽能無人機的電子系統

　　太陽能無人機與其他無人機一樣都需要先進的電子系統。目前人們普遍接受美國在“無人機系統線路圖”提出的概念，用“無人機系統(UAS：Unmanned Aircraft System)”代替原來的“無人機(UAV)”的提法。換句話說，通常我們說“無人機”，應是對“無人機系統”的簡稱。無人機系統是指無人機空中平臺及與其配套的任務設備、數據鏈、地面測控站、起飛(發射)回收裝置以及地面保障設備等的統稱。

　　無人機的自主飛行控制與導航系統包括集多種傳感器與微處理器的控制、衛星導航接收機，執行飛行器姿態控制和規劃路線導航控制，目前向智能控制發展。

　　無人機信息傳輸系統廣義上包括任務載荷傳感器和信息傳輸。任務載荷是根據不同任務使命的微型飛行器而設計的不同機載任務設備，如偵察設備、電子干擾器、氣體采集器、聲音傳感器和其它任務傳感器。通常視覺傳感器是無人機最基本的任務傳感器。還包括對任務設備的控制，如任務設備轉動平臺，跟蹤目標控制模塊等。信息傳輸包括機載信息和地面信息的數據處理。

　　太陽能無人機由于飛行時間更長，以及要適應晝夜飛行和其他環境影響，因此對電子系統的功能和可靠性要求更高。

4 太陽能無人機的發展

　　由于太陽能無人機具有長航時與無污染能源的優點，其發展受到各國的重視。目前，太陽能無人機主要計劃用于高空長航時偵察或監視，可在幾萬米空中連續晝夜偵察以部分替代偵察衛星的功能。比較著名的太陽能無人機是美國NASA資助AeroVironment公司研制的 “太陽神”號無人機。該機是矩形飛翼式布局，翼展75米，身長2.4米。裝有65000片太陽能電池塊，可提供40千瓦電能驅動14個螺旋槳，能以每小時30至50公里的巡航速度飛行，經過10小時17分的飛行，可達到22800米的高度。2013年美國Titan Aerospace公司推出兩種solara太陽能無人機：50型和60型，計劃連續飛行5年。

　　還有另外一些大型的太陽能無人機如表1中所列。世界上多種小型太陽能無人機的研制更加活躍，其中成功進行長航時飛行試驗的如表2所示。

　　英國“西風7”太陽能無人機，是目前實際連續飛行最長的無人機，由3～4人手持起飛，最大飛行高度可以達到40000米，續航時間已達到35天，可以從18288米的高空，精確拍攝到大小僅為25.4厘米的地面目標。

　　我國也有多個單位在研制多種太陽能無人機。圖7是南京航空航天大學研制的 “靈翼”小型太陽能無人機，翼展有4.5米和6米兩種，其中“靈翼”II型機翼還可以進行部分變形以增加太陽光的照射強度。這兩種無人機安裝的是性能優良的銅銦鎵硒柔性薄膜太陽能電池，已經實現了僅依靠太陽能的長時間飛行。

　　隨著對新能源的需求和太陽能電池技術的不斷發展，太陽能飛機也會不斷提高其飛行能力和承載重量。太陽能飛行器已經從無人機發展到太陽能載人飛機。由瑞士陽光動力公司研制“陽光動力2號”有人駕駛太陽能飛機正在進行環球飛行。該飛機機翼上安裝有1.7萬塊超薄高效的太陽能電池板，翼展72米，平均時速為50～100千米，最大飛行高度為8500米，重量為2300千克，乘員為一名飛行員，可在白天和夜間連續飛行，目前已實現連續飛行80小時。“陽光動力”公司預測，30多年后，能承載300名乘客的全太陽能飛機有望正式投入運營。人類將真正實現無燃油環保飛行的夢想。未來還可以在太空建立空間無人航行太陽能電站，源源不斷地向地球供電。

參考文獻：

　　[1]董建成.小型無人機交通輔助系統[J].電子產品世界，2014(11)：49-50

　　[2]黃華.光伏離網逆變器的設計[J].電子產品世界，2013(11)：52-55

　　[3]張聰,廖世賢,吳偉兵.太陽能和市電互補供電系統[J].電子產品世界，2013(9)：54-56