当无人机遇上太阳能,再加上人类征服太空的野心,将碰撞出什么样的火花?Google和Facebook竞相研发太阳能无人机的动力是什么?数千架太阳能无人机环绕地球,将无线通信和互联网服务覆盖到全球每一个角落,为70亿人提供成本低廉、高速可靠的互联网访问服务。这一伟大梦想何时能够实现?

国产彩虹CH-5太阳能无人机

在今年的珠海航空展上,中国航天空气动力技术研究院展出了彩虹CH-5太阳能无人机,其最大翼展45米,留空时间大于24小时,升限超过20千米,载荷能力20千克。彩虹CH-5太阳能无人机采用太阳能作为动力源,其最明显的特征是续航时间长和巡航高度高,可在指定的地域高空持久飞行,支持通讯中继、侦查监视、移动通讯、导航或视频广播服务等任务。目前该机已经进行了多次实地试飞,未来改进型甚至具备连续飞行数月甚至数年的能力。

2016110100052

阿奎拉(Aquila)太阳能无人机

美国两大互联网巨头Google和Facebook早在2014年就将全球互联的竞争延伸到太空领域了,目前正在抓紧研发用长航时太阳能无人机作为空中通讯基站,为全球偏远地区用户提供低成本的网络接入服务。无论欧洲、美国,还是中国,都在竞相发展具有超长飞行时间和高空停留能力的太阳能无人机,这将为持久的数据中继和4G/5G通信提供可靠的空中平台,能够部分替代通信卫星的功能。

Facebook于2014年成立互联实验室(Connectivity Lab),并花费2000万美元收购英国无人机公司Ascenta,获得诸多无人机关键技术,组建了一支由Ascenta创始团队和从美国宇航局挖来的航空技术专家组成的核心团队,以加速开发无人机、卫星等技术。

2016110100053

今年6月28日,Facebook的阿奎拉(Aquila)无人机在美国亚利桑那州成功完成了首次飞行,共飞行96分钟。全尺寸的Aquila框架采用碳纤维材料,翼展跟波音737商用客机相当,重量约是丰田普锐斯混合动力汽车的1/3(仅453公斤)。

2016110100054

Aquila采用薄膜太阳能面板供电,理论上一次可以飞行3个月,速度达到120公里/小时。开启巡航模式,其耗电仅为5000W,功耗相当于三个头发吹风机或者一台微波炉,可以巡航在60,000英尺(约18.2km)的平流层高空。

根据设计,Aquila可以环绕一个直径60英里(约97公里)的地区飞行,从6万多英尺(约18公里)的大气平流层用激光通信系统和毫米波系统向地面发射互联网接入信号。

泰坦Solara无人机

虽然Google已经启动气球计划,但也紧随Facebook之后,以6000万美元高价收购无人机公司泰坦(Titan Aerospace)。Google启动的SkyBender项目采用该公司研制的SOLARA 60太阳能无人机,其时速达 104 km,设计飞行航程 450万公里。在载重250磅(113kg)的情况下,机载通信设备信号足以覆盖1.68万平方公里的面积,通信覆盖能力超过100个地基信号站。

2016110100055

SOLARA 60机翼和尾部表面铺设了将近3000块高效太阳能电池。这些电池总功率高达7kW,在20km高空飞行不受天气影响,可以全天发电全天候供能。飞机上还安装有数百瓦功率的锂电池,可以保证机上的设备随时保持运行。

全球互联梦想的驱动力

像Google和Facebook这样的“互联网广告公司”为何竞相投入巨资研发太阳能无人机呢?太阳能发电和航空航天技术并非这些互联网和软件公司的长项呀。如果我们从距离地面2万米的高度来观看,就不难理解这些“疯狂”的梦想和商业冒险了。这两家互联网巨头的创始人都拥有为全球每个角落和每个人提供互联网访问服务的伟大愿景,而且也拥有足够的资金实力,以及很多国家政府及电信公司的合作资源。

即便在互联网和移动互联网飞速发展的今天,全球仍有超过10亿人无法接入互联网,特别是非洲偏远贫穷的地区。若能以合理的成本为这么庞大的人群提供低廉的互联网接入服务,这将是一个数以万亿美元计的新兴市场。此外,1.8万米高空以上的平流层太空目前没有通信和航空限制,以太阳能供电的无人机可以相对低廉的成本完成通信卫星的功能,难怪欧洲、美国和中国政府及商业公司都竞相研发太阳能无人机呢。

无人机初创公司的新机会

这么高大上的技术和商业市场是否只有财力和技术雄厚的巨头才能参与,而中小创业公司就无缘问津呢?从Google和Facebook收购初创型无人机公司我们可以看出这一领域的商机。只要有独到的太阳能供电技术,或者高空无人机关键部件技术,即便创业公司也有机会占据一席之地,毕竟这一新兴领域才刚开始,Google和Facebook的太阳能无人机虽然试飞成功,但离真正的商业化还有很长的路要走。我们相信还会有更多巨头们加入这一领域的竞争,这无疑为初创公司提供了难得的机会。被巨头收购对初创公司及其背后的风投机构也是一个不错的退出方式。

高效能薄膜太阳能电池是关键动力

太阳能电池将是制约或加速高空无人机发展的关键。太阳能无人机主要在20~30km高空飞行,仍然在大气层内。阳光虽然比地表强烈得多,但仍然受到大气影响,比外层空间弱得多。由于从地面起飞,阳光受到大气层的影响更大。要想在这种条件下收集太阳能,并在高空维持数月甚至数年的飞行,必须要有高效且高可靠性的太阳能电池。

Facebook的阿奎拉(Aquila)无人机使用的薄膜太阳能电池重量就占到整机的一半,据说采用的电池是由Alta Devices公司提供的柔性砷化镓(GaAs)太阳能电池片。这家公司于2014年被汉能薄膜发电并购,拥有转化率最高的薄膜太阳能技术,即砷化镓高效柔性薄膜技术。

利用太阳能无人机提供无线通信和互联网服务只是其众多应用领域的一个,随着商业投资的涌入和太阳能电池技术的成熟,研发和批量生产成本将大幅下降,数千架无人机在2万米高空环绕地球,提供高质量和高性能的通信、侦查、探测和拍摄服务将成为现实。在此发展过程中,中小创业公司和关键器件供应商也将获得不错的商机,无论是欧美公司,还是中国企业。

20160630000123