太陽能是目前世界上存在最為廣泛、儲量最為巨大且持續(xù)的可再生清潔能源,但也存在分散性、不穩(wěn)定性和能量轉化效率較低、相關技術成本較高等缺點,限制了其在工業(yè)及軍事領域的大規(guī)模應用。


據美國海軍官網5月17日報道,其海軍研究實驗室(NRL)下屬的“太陽能光伏與自主化飛行”項目正與海軍陸戰(zhàn)隊遠征能源辦公室(E2O)一起,致力于為無人平臺提供性能更好、造價更低的太陽能轉化、儲存及供應技術,使其具備執(zhí)行全時段ISR任務的能力。

NRL運載工具研發(fā)分部和光伏發(fā)電分部的科研人員正在無人機(UAV)技術快速發(fā)展的基礎上驗證并完善其自主化飛行概念。他們的研究主要關注如何利用太陽能光伏發(fā)電技術大幅延長無人機的續(xù)航時間,從而減少前線無人機使用單位所需攜帶的電池或燃料數量,提升無人機的作戰(zhàn)半徑。

航空工程專家丹·愛德華茲博士表示,NRL已經對SBXC無人滑翔機進行了改裝,將太陽能光伏技術和自主飛行技術進行組合,并實施了2次超過10小時的驗證飛行。他指出,NRL的研究成果包含“自主飛行算法和太陽能光伏技術如何高效捕獲環(huán)境中的能源,具有極高的應用價值”。


用于驗證的SBXC無人滑翔機在兩翼中段安裝了NRL定制的太陽能光伏陣列,替換了原先的機翼組件,該陣列由電源管理和分配系統(tǒng)將來自太陽能電池陣的功率轉換為直流電,用于驅動推進電機和為智能電池充電。此外,無人機的自主軟件算法可監(jiān)測環(huán)繞飛機的局部垂直氣流,控制圍繞附近的上升氣流盤旋——類似鳥類一樣。為了單獨評估太陽能光伏陣列的性能,研究人員在2次驗證飛行中都關閉了自主軟件算法,但允許無人機進行所謂的“被動飛行”,即在預定飛行路徑上隨上升氣流爬升時關閉發(fā)動機。

2016年10月14日,NRL的技術人員將SunPower公司生產的太陽能光伏陣列安裝在一架無人機上,使其實現了10小時50分鐘的續(xù)航,該機電池電量在起飛前為95%,著陸后仍有10%之多。當天的熱氣流活動強度較好,40%的飛行時間，無人機都處于電機關閉狀態(tài),太陽能光伏陣在此期間為飛機電池充電。

2017年4月19日,無人機搭載Alta設備公司生產的太陽能光伏陣列再度升空,共進行了11小時2分鐘的持續(xù)飛行。更令人驚訝的是,該機起飛前電量為90%,著陸時仍保留著26%的電量。而且當天熱氣流活動較弱,電機在整個飛行過程中幾乎始終處于運行狀態(tài),飛機在正午前后僅依靠太陽能光伏陣列供電就能達到巡航速度。

愛德華茲稱,兩次驗證飛行充分表明,“借助上升的熱氣流和一定的太陽輻射能夠顯著提升無人機的續(xù)航時間,后續(xù)測試將重點嘗試提高太陽能電池效率,并對太陽能充電能力和自主飛行能力進行結合、優(yōu)化和權衡”。