极光飞行科学公司建造同温层太阳能飞机奥德修斯

极光飞行科学在波音的支持下正在建造大型太阳能无人机奥德修斯，该机设计留空之间为3个月。奥德修斯（伊萨卡岛的国王，《奥德赛》中的主人公）翼展74米，目前正在进行地面测试。由于尺寸过大，该机被分成三段装入位于弗吉尼亚州马纳萨斯的极光总部飞机库。完成测试后，将在2019年2月底由集装箱货船运至波多黎各开始飞行测试。极光还正在建造第二架飞机，也启动了第三架飞机相关工作。

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极光公司研发团队在厂房前展示巨大的奥德修斯

一、极光公司对长航时飞机进行了长期探索

对极光首席执行官约翰·朗福德来说，奥德修斯是其长久来的梦想。他在1988年带领麻省理工学院代达罗斯（Daedalus，希腊神话人物，被认为是木工始祖）飞机项目团队创造了保持至今的人力飞行三项记录。1988年4月23日，一位希腊的自行车比赛冠军驾驶代达罗斯飞机从希腊克里特岛到了圣托里尼岛，全程119公里，用时近4个小时。

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至今仍保持飞行长度和飞行时间记录的人力飞机代达罗斯

基于从代达罗斯项目获得的低雷诺数空气动力学和轻质复合材料结构知识，朗福德于1989年建立了极光飞行科学公司，目标是用其在代达罗斯团队的经验开发科研用高空长航时无人机。

奥德修斯将于2019年4月23日首飞。代达罗斯团队很多成员作为顾问或直接参与了奥德修斯项目，例如空气动力学专家、设计了代达罗斯飞机的麻省理工学院教授马克·德里拉。朗福德称：“这是我们被波音收购后做的第一批事情。从代达罗斯开始，我们就想造太阳能飞机，在波音的支持下，我们终于有能力做了。”初始任务是大气科学研究，但是极光和波音认为通信中继、持久监视等方面也有可为。

实际上，极光飞行科学公司从成立之初就一直开展高空长航时飞行器研发。1993年首飞的珀尔修斯A翼展17.9米，由单个活塞发动机驱动，发动机经过改装使用机载液氧，飞行高度达到15240米。珀尔修斯A采用了一个封闭的循环燃烧系统，将飞机上携带的氧气与发动机排气混合，以补偿高空稀薄的空气。1994年珀尔修斯B首飞，该机使用三轴涡轮增压发动机，高度达到18349米。1996年，翼展43米的特修斯（Theseus）双发飞机首飞，但在试飞中坠毁。从2006年开始，极光开始研发氢燃料飞机猎户座，后来该机改型成为常规燃料中空长航时飞机，2014年航时创造80小时的记录。

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1994年8月15日拍摄的珀尔修斯A夜间飞行照片

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1999年9月拍摄的珀尔修斯B着陆照片

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1996年5月24日首飞的特修斯

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“猎户座”是双发高性能长航时无人机，有效载重超过454千克，续航时间超过100小时。该机从2006年开始在美空军研究实验室的资助下开始发展，旨在开展超长航时侦察无人机研究，其续航时间可超过美空军MQ-1“捕食者”和RQ-4“全球鹰”。该机于2013年8月完成首飞，2014年12月创下连续飞行80小时2分52秒的持久飞行世界纪录。

2008年，极光公司被DARPA授予秃鹫项目合同，开发大型可留空至少5年的太阳能无人机。极光的飞机采用独特的Z型机翼构型，机翼白天部分折叠，夜晚展开。在秃鹫项目中，极光改进了人力的“轻鹰”飞机，形成了2009年首飞的“日光鹰”无人机。

二、在波音的支持下开展奥德修斯太阳能飞机研发

目前正在研发的奥德修斯采用了更为简洁的设计。朗福德称：“奥德修斯取消了Z型机翼。飞行高度比秃鹫项目要求低，在夏天可能飞行高度会升高。”奥德修斯比起秃鹫来说更像代达罗斯。翼展超过波音777X，有三个尾翼和六个螺旋桨。全动垂直和水平尾翼安在三个机身上，提供俯仰和偏航控制。外侧的两个尾翼会使机翼弯曲以控制滚转，机翼上没有滚转控制面。朗福德称：“飞机设计风险越低越好。对于太阳能飞机来说，载重不小了，虽然不到秃鹫的1000磅，但是超过55磅了，奥德修斯采用可用的锂-聚合物电池和薄膜砷化镓光伏电池。”

由阿尔塔设备公司（Alta Devices，被汉能公司收购）提供的光伏电池效率为20%多，在此情况下，光伏板不是问题，能源存储才是。光伏电池集成到飞机结构中，提供相对高的比能量。薄壁碳纤维管形成长但轻并且强度高的翼梁和机身的箱形截面桁架，以及机翼和尾翼的桁肋。三个机身中的一个结构重量仅为70磅。

07 三个机身搭载了电池、航电设备和载荷以形成沿着柔性机翼的分布式点状载荷。

为了适应飞行过程中机翼的弯曲，结构被设计组装成桥型。桁肋部位的蒙皮壁板联结成V型的外扩联结点，可在机翼弯曲时产生相对活动。上层蒙皮是玻璃纤维，承受气动压力载荷，下层机翼、机身、尾翼采用更轻的塑料薄膜。电池系统、航电、载荷装在三个机身内，极光建造的电池包使用数以千计的光伏电池。使用了峰值功率跟踪技术，匹配太阳能光伏电池和电池包的输出最小化损耗。

极光还开发了电机和双叶可变距螺旋桨，安装于机翼的下方和前方，保证气流稳定以提高效率。三条电动系统可保证机翼三段上的螺旋桨不会同时停转。三冗余飞控系统基于猎户座和极光的半人马座可选有人驾驶飞机，使用了下一代软件。奥德修斯起飞前，卡车拉着飞机的拖车到跑道上，从定位板上起飞。降落时，奥德修斯使用一次性起落架。

第一架飞机将由电池驱动，装有测试用太阳能电池。第二、三架飞机将使用太阳能驱动。极光将从波多黎各起飞奥德修斯无人机，因为该地处东海岸20°纬度区域，有助于从马纳萨斯操控无人机。奥德修斯第一个使用者将是哈佛大学大气化学教授、极光初创时的支持者之一吉姆·安德森。

08 第一架奥德修斯将由电池驱动完成试飞，在机翼上安装一块太阳能测试板。

相比之下，航空环境公司的太阳神打破了飞行高度记录，但没有跨夜飞过。谷歌和脸书的太阳能飞机发生过坠毁。与空客的西风S相比，奥德修斯可搭更多有用载荷。这些都给奥德修斯未来创造纪录提供了机遇。加上波音的支持，相信极光发展长航时太阳能无人机的野心会更大。

航空工业发展研究中心 蔡琰，王元元