臨近空間無人：飛翔在“第三極”的精靈

由中國航天科技集團研制的“彩虹”太陽能無人機近日開展了高空飛行驗証，在臨近空間高度成功試飛。有媒體稱，這標志著我國成為繼美、英之后第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。

臨近空間指距地面高度20千米到100千米之間的區域，處在傳統航天空間和航空空間之間。

中國航天科工集團三院302所臨近空間無人機技術研究室主任楊發友向科技日報記者介紹，作為獨立於空、天的“第三極”，臨近空間“上可入天、制天﹔下可制空、制地”，在遙感、通信、氣象探測等領域具有巨大應用價值和獨特戰略地位，已成為各強國爭相開發的新興戰略空間。不過，該區域空氣稀薄，並存在低溫、輻照、臭氧等嚴苛環境條件，常規飛行器無法在此飛行。好在其風場條件穩定和緩，為飛行器長時間駐留提供了可能。因此，臨近空間超長航時無人機如同活躍在“第三極”裡的精靈，成為各國大力發展的新型裝備。

“臨近空間超長航時無人機能補充現有技術手段能力的不足，有效帶動相關領域應用產業升級。”楊發友介紹，在遙感應用方面，衛星受作用距離限制，所提供數據的空間分辨率還不能完全滿足應用需求，且存在重返周期長、運行軌道固定等問題﹔航空遙感手段受限較多，機場使用影響、飛行空域與民航航線沖突等都限制了航空遙感的應用。以臨近空間無人機為平台開展相關業務，與遙感衛星相比距離遙感成像目標更近，能實現分米級或更高分辨率的圖像信息獲取，且使用機動靈活，不受軌道限制﹔與航空遙感相比飛行高度遠高於民航航線，且飛行航時長，無需頻繁起降，應用受限很小。

在通信應用方面，常規通信手段的能力在海洋或偏遠區域嚴重受限，地面基站無法全面覆蓋﹔通信衛星受通信帶寬和使用成本等因素限制，用戶需求無法全面滿足。臨近空間無人機可集成通信中繼設備，持續執行任務數天，並發揮飛行高度優勢，覆蓋百公裡以上半徑范圍的地面、海面用戶，為其提供通信信號接入服務。

氣象探測應用方面，以台風探測預報為例，為提高台風預報精度，需採用接觸式探測獲取台風內部氣象數據。台風風眼牆高度在18千米左右，常規飛行器無法飛躍，更無法穿越，難以獲得台風眼內氣象數據。臨近空間無人機可直接飛抵台風眼上方，伴隨台風飛行，在沿途收集台風眼內部氣象數據，提升台風預報精度。

目前，國外已經發展了十余型臨近空間超長航時無人機，取得了良好效益。

楊發友介紹，在美國，極光飛行科學公司和通用原子公司分別研制了“帕修斯”和“阿爾塔斯”等無人機，用於颶風跟蹤探測，使颶風的預報精度提升約20%。波音公司研制了“禿鷹”無人機用於廣域偵察監視領域，並嘗試向預警探測領域拓展﹔正在研制的“鬼眼”無人機，瞄准了戰區通信中繼應用需求。在美國國家航空航天局的支持下，航空環境公司研制了“太陽神”系列太陽能無人機，以滿足高空大氣環境研究和高空通信平台等應用需求。面向廣域互聯網接入應用需求，谷歌公司正在研制“索拉拉”太陽能無人機，臉書公司正在研制“天鷹座”太陽能無人機。此外，英國以驗証太陽能動力飛行的相關關鍵技術為目標，研制了“西風”系列太陽能無人機，其最新型號西風-8無人機已被英國國防部採購。

在國內，航天科工、航天科技、中航工業等單位開展了不同技術路線臨近空間超長航時無人機的相關研究。其中航天科工集團前期推出的“飛雲”工程，旨在利用太陽能無人機集成空中局域網設備等通信載荷，為地面、海面目標提供通信信號接入服務，並可通過換裝任務載荷，拓展能力開展遙感類應用。（歐家駿 記者 付毅飛）