平流层伪卫星来了：德国航空航天中心研发替代卫星的平流层无人机

黄宛宁

2021年5月21日 12:42

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地球观测和全球通信——这两个词立刻让人想起卫星。建造这些卫星并将它们送入轨道的费用很高，而且在任务结束时，它们的残骸有时会留下来成为空间碎片。然而，飞机或直升机也不是完成这些任务的理想选择。他们的部署受到时间和地点因素的限制，并且飞行高度依赖于天气。

　　近日来自德国德国航空太空中心的一个研究小组正在研究和开发一种无人驾驶的太阳能平流层飞机，这种飞机结合了航天和航空的优势，将用于未来的科学实验。

Alpha HAP 设计研究(图片来源: DLR)

　　德国航空航天中心的研究人员将他们的技术运营商命名为 HAP alpha。“ HAP 代表‘高空平台’,”来自德国航空航天中心飞行系统研究所的 Florian Nikodem 解释说。“它们通常是太阳能平台，常驻在海拔20公里的平流层下部。”

　　在这个高度，他们飞行远高于民用空中交通空域，甚至天气因素都不需考虑。只要有足够的太阳能，它们可以部署在任何地方，并且根据它们的有效载荷，可以用于各种任务。一旦到达平流层下部，它们不受天气影响，也不受任务持续时间的影响，因为飞船上没有乘员。这就是它们区别于传统飞机的地方。

　　高空平台(HAP) alpha 重36公斤，有效载荷能力为5公斤，翼展27米，预计飞行高度为20公里。HAP 项目于2018年启动，第一次飞行计划在2022年底进行。该平台可以同时应用于民用和军事领域。

“阿尔法”高空平台无人机，预计将飞行到20公里的高度

高空平台重36公斤，有效载荷5公斤，翼展27米，预计飞行高度20公里

　　与飞机和非地球静止卫星不同，平流层通信卫星可以永久驻扎在任何地点。与载人飞机不同，它们是自动操作的——就像卫星一样。然而，与卫星不同的是，它们的起飞和着陆能力允许维护和更改有效载荷。除了遥感或地球观测测量等常规应用之外，平流层通信系统还可以在危机地区开展业务，或作为通信网络的枢纽。

机翼段示范模型(图片来源: DLR)

　　17个德国航天中心的研究所和设施参与了德国航天中心的内部高空平台(HAP) alpha跨部门项目: 飞行系统研究所、复合结构和适应系统研究所、航空弹性研究所、空气动力学和流动技术研究所、飞行制导研究所、通信和导航研究所、软件技术研究所、系统技术研究所、系统动力学和控制研究所、德国遥感数据中心、微波和雷达研究所、遥感技术研究所、光学传感系统研究所、大气物理研究所、空间操作和航天员培训设施、机器人和机电一体化研究所以及网络能源系统研究所。

事实上，这种以太阳能为能源的临近空间长航时无人机并不鲜见，而是当前临近空间飞行器的研究热点。其中最为著名的是空客的西风S。2018年7月11日，空客西风S无人机首飞，在飞行了25天23小时57分钟后于8月5日降落于亚利桑那沙漠，创造了飞行时间和飞行高度的非官方记录。日本软银公司公司投资的sunglider无人机，具有78 m超大翼展，最多可以承载68 kg有效载荷，其中2020年9月21日的飞行持续了20小时16分钟，在平流层度过了5 h 38 min、达到62500英尺（约19 km）高度。其它例如美国的Swift，韩国的EVA-3，英国的PHASA-35，中国航天科技十一院的彩虹T4都是同类型的无人机，分别取得了不同的进展。