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高空太阳能无人机总体设计要点分析摘要：高空长航时(HALE)太阳能无人机（UAV）在其工作机理上与传统动力飞机有明显不同，其主要特点在于其总体设计方式，而在方案的设计和选择上，必须仔细考虑对应的技术要点。
本文介绍了高空太阳能无人机的总体结构和重量均衡原理，并从飞行动力要求、布局形式选择、飞行剖面、空间使用环境等几个角度对其进行了分析，得出了一些重要的结果，对实现高空太阳能无人机的整体设计及方案进行了深入的探讨。
关键词：高空；无人机；太阳能；长航时引言太阳能是一种取之不尽用之不竭的绿色能源，对环境没有任何危害。
近几年，太阳电池技术发展迅速，已经逐渐发展成一种新型的、能够支持人类社会可持续发展的新型能源。
临近空间是比常规飞机的飞行高度更高、比轨道飞机的飞行距离更低的空间区域，通常把距离地球20-100公里的空域看作是临近空间。
临近空间包含大气平流层的大部分区域（12~50公里），中间大气层（50至80公里）和部分电离层区域（60至100公里）。
在近地表，由于太阳光的辐射强度和气候因素的关系密切，在20公里以上的临近空间中，辐射强度与外层空间相近，所以，在临近空间飞行的太阳能无人机 UAV可以充分利用太阳能，连续飞行几个月甚至几年，是进行情报收集、侦查、监控、通讯等方面的最佳空中平台。
1太阳能无人机设计中的基本原则1.1恒定质量原理在飞行状态下，高空长航时太阳能无人机在空中的质量是恒定的，在正常的巡航状态下，其升力等于重力，拉力等于阻力。
当选择了飞行的对应巡航高度时，太阳能飞机的飞行速率是惟一的。
所以，太阳能飞机的设计关键在于改进其气动力设计点的性能。
另外，当飞机的巡航高度越高，就必须在一定程度上提高其巡航速度，这样就可以确保太阳能飞机的空气动力利用率更高[1]。
1.2能源均衡原理长航时临近空间作业中，太阳能无人机需要实现长时间的连续飞行航程，其最根本的要求就是，在白天内，所获取的太阳能必须要比飞机和其他装备一天一夜的能源消耗量高，如此周而复始，才能在长航时中航行几天甚至几个月。
太阳能飞机调研报太阳能飞机调研报告背景，太阳能飞机作为一个新兴产品，逐渐出现在人们的视野当中。
在通用航空和民航产业飞速发展的时代，在涡轮发动机和高性能内燃机广泛运用的同时，太阳能飞机以其环保无污染的理念，代表着未来飞行器的一个重要发展方向，并推动着大量与其相关的技术迅猛发展。
随着太阳能电池效率，二次电源能量密度的提高，以及微电子技术，新材料技术等的发展，太阳能飞机终于驶上了飞速发展的快车道。
太阳能飞机以太阳能为能源，对环境无污染，使用灵活，成本低，有着广阔的应用前景。
在民用方面可用于大气研究，环境灾害监测，天气预报，交通管制，通信服务，保护区监测等方面，军事上可以用于巡逻，侦察，对抗，中继通信制导等方面。
太阳能飞机拥有诸多的技术优势，许多国家都在进行有关的技术研究。
当前，低速小型民用飞机多以螺旋桨活塞式发动机作为主要动力方式，这种发动机毕竟造价低，技术门槛不高，不需要过多的前期投入，从而得到广泛的应用。
然而，太阳能飞机由于需要使用太阳能电池板和螺旋桨提供动力即使机翼面积很大的情况下，能够得到的升力依然有限。
这使得太阳能飞机很难走向大型化。
现况太阳能飞机的研制工作总体来说还处于试验飞行阶段，现在以气动布局，能源系统，动力系统三个角度简单分析一下当前太阳能飞机的技术性能气动布局太阳能飞机大多采用比较传统的上单翼布局，平直机翼，无后掠角，翼展达到七十多米。
太阳能飞机为了提高气动效率，大多采用大展弦比机翼，尤其像阳光动力二号这样进行环球航行的飞机，展弦比都在30左右。
太阳能飞机一般安装多台直流电动机驱动的螺旋桨，使用上单翼布局可以使发动机的安装位置较高，桨叶不至于在起降时刮碰地面而造成损坏。
飞机使用的发动机总功率并不是很大，因此飞机不得不做的尽量轻薄，看起来很大的飞机其实只有两三吨，仅仅相当于一辆家用小汽车。
能源系统飞机上载有着众多的锂电池，飞机在白天储存足够多的能量并将之转换出来，为锂电池所用。
而这些锂电池多为超轻薄款，每一块相当于一根头发丝。
光伏发电系统在航空航天领域的应用光伏发电系统（Photovoltaic System）是指利用太阳光能直接转换成电能的一种系统。
在过去的几十年里，光伏发电系统已经在各个领域展现出了巨大的潜力，包括航空航天领域。
本文将重点探讨光伏发电系统在航空航天领域的应用及其潜在的优势。
一、航空航天领域的能源需求航空航天领域对能源的需求非常巨大，而传统的能源供应方式，如燃料电池等，存在着一定的限制。
因此，寻找一种可再生且高效的能源供应方式，成为了航空航天领域关注的焦点之一。
二、光伏发电系统在航空航天领域的应用主要分为两个方面：太阳能无人机和太阳能卫星。
1. 太阳能无人机太阳能无人机是指利用太阳能驱动的无人机飞行器。
光伏发电系统通过安装在无人机表面的太阳能电池板，直接将太阳能转化为电能，为无人机提供持续的电力供应。
相比传统的电池供电方式，光伏发电系统具有更长的续航时间和更高的飞行高度，大大提升了无人机的航行能力和任务执行效率。
2. 太阳能卫星太阳能卫星是指利用太阳能发电系统为卫星提供电力的系统。
光伏发电系统通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，经过电池存储后供给卫星使用。
太阳能卫星可以在太空中运行数年甚至数十年，为卫星提供持续稳定的电力，使其能够执行更长时间、更复杂的任务。
三、光伏发电系统在航空航天领域的优势光伏发电系统在航空航天领域应用的优势主要包括以下几个方面：1. 可再生能源：光伏发电系统利用太阳能作为能源，是一种可再生能源，与传统的燃料电池相比，更加环保和可持续。
2. 高效稳定：光伏发电系统可以通过优化太阳能电池板的设计和性能，提高电能转换效率，并保持稳定的输出电流和电压。
3. 长时间供电：光伏发电系统可以为航空器或卫星提供长时间的电力供应，大大增加了其执行任务的能力和时间。
4. 降低燃料消耗：光伏发电系统的使用可以降低航空器或卫星的燃料消耗，减轻负载，提高航行效率和能源利用率。
四、光伏发电系统在航空航天领域的挑战虽然光伏发电系统在航空航天领域具有广阔的应用前景，但仍然存在一些技术和经济上的挑战：1. 太空环境下的耐用性：航空航天领域作为特殊的工作环境，光伏发电系统需具备良好的抗辐射、耐寒耐热等特性，以应对极端的太空环境。
小型太阳能无人机技术特点及关键技术研究郭彬新;马建超【摘要】在国内外太阳能无人机的发展现状基础上,总结了小型太阳能无人机技术特点,给出了概念设计阶段主要参数的估算公式.根据某小型太阳能无人机概念设计阶段的参数,分析了太阳能无人机的关键技术,并展望了未来太阳能无人机的发展方向..【期刊名称】《长沙航空职业技术学院学报》【年(卷),期】2013(013)004【总页数】4页(P44-47)【关键词】太阳能;无人机;技术特点;关键技术【作者】郭彬新;马建超【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450005;中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450005【正文语种】中文【中图分类】V279太阳能无人机以太阳辐射作为推进能源的无人机。
太阳能绿色环保，能源供应没有限制［1］。
太阳能无人机具有超长航时和高高空飞行能力，可执行战略级和战役级侦察任务，具备持久的情报收集和战场监视能力。
可完成目前一些低轨卫星执行的作战任务，但相比使用卫星，它成本更低，使用更灵活，具有可修复性，是当今世界各国无人机发展的重点［2］。
当然，太阳能无人机发展还处于起步阶段，它将面临许多新的技术特点和亟待解决的关键技术。
2002年7月14号，由美国太空总署资助研制的太阳能无人机“太阳神”在夏威夷试飞，它是首架完全靠太阳能驱动的飞机。
“太阳神”用碳纤维复合材料制造，整架飞机仅重五百九十公斤。
机身长二点四米，翼展达七十五米，装有六万五千片太阳能电池板;太阳能电池板输出电力驱动小型电机，带动机上十四个螺旋桨。
采用较轻的燃料电池，白天将产生的2/3的电能储存到燃料电池中以保证夜间飞行。
Solar impulse（太阳脉动）太阳能飞机，由瑞士等多国合作开发，翼展为61米，相当于一架空客A340的展长。
机翼承载了200平方米的太阳能电池面板，但机身仅重1500公斤，主题结构使用碳纤维和蜂窝复合材料。
平均飞行速度每小时70公里，巡航高度8500米，能适应零下40度的严寒。
空间能源在航空领域的研究趋势——太阳能飞机目前，人类所消耗的能源，绝大部分来自于一次性化石燃料，即石油、煤炭和天然气。
从长远观点看，这类能源终有一天会被消耗殆尽。
并且，一次性化石燃料使用量增加，会造成越来越严重的环境污染和温室效应，因此寻找和研发新可再生洁净能源的趋势已成。
在地球上面临能源危机和航天航天技术已经获得高度发展的今天，向空间索取新的能源不但是必要的，而且也是可能的。
向空间索取能源至少存在两种途径：一、在空间采集太阳能并以波束的形式传输到地面太阳能是对人类至关重要的一种能源，太阳辐射总功率为3.82X 1023千瓦。
在宇宙空间，利用太阳能发电的优点是能充分发挥静止轨道资源的作用，静止轨道每年有99%以上的时间都能接收到太阳光的照射，比地面日照时间要大一倍多，同样面积的太阳能利用率约为地面的5倍。
同时在空间微重力环境下，具有构筑大型太阳电池阵或太阳能收集器的良好条件。
对于直接从空间采集太阳能，可以采取两种方案。
一种方案是建造太阳能发电卫星，即在地球轨道上部署大型太阳能采集器，然后把采集到的太阳能以微波的形式定向传送到地面，地面接收站通过整流天线再把微波能转换成可以利用的电能。
另一种方案是在月球表面上安装太阳能采集器，把所采集到的能量送往地面。
二、从地外天体采集核聚变燃料对于从地外天体获取核聚变燃料，主要是采用月球上的氦-3作为反应堆的燃料。
在月球上，通过采用热离子和温差发电机等高效复合能量转换系统，便可直接将核能转变为电能。
设想中的月球核能源基地，将包括核燃料供应厂、核发电设施和输电设施。
月球上的电力，通过高传输效率的短波长激光束，也就是紫外线区的激光，输送到静止轨道上的能量中继卫星。
在中继卫星上，电能被转换成在空气中具有高传输效率波长的激光，然后再传送到位于地球上的接收站，由接收站再将能量分配到各个地区供用户使用。
此外，也可将氦-3从月球上开采出来运至地球。
据预测，从月球的矿石中提取的氦-3，足以满足整个地球400 年能源的需要，用氦-3为原料，核反应堆成本降低一半，而且无污染。
太阳能无人机的发展现状及应用前景王 准 张玉巧（陆军航空兵学院机载系 北京101114/讲师）关键词 太阳能 无人机 应用人类最早在飞行器上应用太阳能是在上个世纪60年代，目前正在研制太阳能无人机的国家有中国、美国、以色列和日本等。
一 太阳能无人机的现状（一） 美国1 NASA继续与私营公司研制太阳能无人机美国航空航天局(NASA)与埃罗维洛恩芒公司(AeroVironment )签署一项协议，以延长它们在"环境研究飞行器与传感器技术"(ERAST)计划下合作研制太阳能无人机的伙伴关系。
ERAST计划是1993年开始实施的，通过为一些从事无人机研制的公司提供资助的方式，推动无人机技术的发展。
受资助的公司之中包括位于加州的埃罗维洛恩芒公司。
根据ERAST 计划安排，原来的合作关系到今年9月即将结束。
新协议的签订将使这种合作关系延续到2007年。
埃罗维洛恩芒公司主要研制新型太阳能无人机，采用太阳能推进技术，白天用太阳能供电，晚上用蓄电池。
根据新协议，该公司与NASA的德赖登飞行研究中心继续联合研制"太阳神"(Helios)原型机和"探索者-改"(Pathfinder Plus)无人机，以及它们所用的两种交流换热系统。
据称，"太阳神"无人机采用此系统，理论上一次将能连续飞行6个月。
2003年夏季，"太阳神"无人机将装备交流换热系统进行一系列长航时验证飞行。
2 美国德赖登飞行研究中心计划发展的太阳能无人机美国国家航空航天局(NASA)的德赖登飞行研究中心正计划在今后14年内发展两种新型高空、长航时太阳能无人机。
第一种新型无人机称为"全球观察者"(Global Observer)，德赖登中心希望它2012财年上天。
"全球观察者"将能够在与SOLEO同样高度上携带150千克(331磅)有效载荷，但航时将为30天或更多。
太阳能无人机的性能如何，未来的发展趋势如何？作为探索临近空间领域的新兴飞行器，太阳能无人机(SUA V)在性能、技术及任务航时均呈现出不同于传统飞行器的新特点。
其中，太阳能无人机能源系统的比能量、比功率是影响飞机整体性能的核心因素。
因此，本文首先对太阳能无人机的太阳电池、储能电池的发展现状进行了阐述，然后针对能量获取多元化、能源系统管理高效化、能源载荷一体化方向对太阳能无人机能源系统的未来发展趋势进行了展望。
有人把它当做儿童飞行玩具，有人把它看做远景航拍神器，有人把它视为发展“智慧农业”生产与改善生活方式的辅助工具，它便是无人机。
近年来，随着飞控、导航、通信等技术的快速发展，无人机不仅形成了自己的产业，而且发展速度异常强劲。
在市场规模持续增长、新领域市场不断开拓、应用场景愈发丰富的情况下，无人机的种类也越来越多、越来越精分细化，其中就包括了时下火热的黑科技——太阳能无人机。
太阳能无人机，顾名思义既是以太阳能为动力源进行飞行和作业的无人机，其具有超长航时、持久留空、超高飞行、广阔作业等主要特点，价值堪比“准卫星”，更具备部署灵活、经济性好等优势。
近年来，出于重大自然灾害预警、高空海域巡视监管、应急抢险救灾、反恐维稳、移动通信等目的，各国都在大力投入、加速研发和积极布局太阳能无人机的发展，以期望能够抢占未来无人机产业的新高地。
其中，美国和英国是太阳能无人机发展的两大先行者与领头羊。
前者早在多年前便由极光飞行科学公司和通用原子公司分别研制出了“帕修斯”和“阿尔塔斯”等型号的太阳能无人机，之后脸书、谷歌、空中客车等企业再度领衔了新一批太阳能无人机的发展;而后者也以验证太阳能动力飞行关键技术为目标，早早研制出了“微风”及“西风”系列太阳能无人机，并在国防部门得到了有效应用。
紧随美、英之后，近年来我国在太阳能无人机方面的发展也是进步神速、成果斐然。
2016年，西工大的“魅影太阳能WiFi无人机”横空出世，彰显了我国在太阳能WiFi无人机研发上的一定实力;2017年，基于临近空间太阳能无人机构建空中局域网的“飞云”工程的开启，“彩虹”太阳能无人机圆满完成临近空间飞行试验，标志着我国成为全球第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家;与此同时在近日，我国自主研发的中大型太阳能驱动无人飞机“墨子II型”成功完成首飞，也预示着我国与英美的差距正越缩越小。
引言航空航天技术是20世纪初以来世界上发展最引人注目的技术之一。
现代飞机发动机使用的能源仍然是传统的石油产品“航空汽油”(用于航空活塞式发动机)和“航空煤油”(用于涡轮喷气发动机)。
飞行于空中的航空发动机耗油量之大非常惊人，如波音747客机每小时耗油11吨。
如果波音747从哈尔滨飞到广州，耗油约50吨。
除了对有限的石油资源的大量消耗之外，喷气发动机残余物对大气的污染、噪声对生活环境的干扰也是严重的问题。
人们正在寻求航空新的绿色能源，例如太阳能用于飞机为航空能源提供了一条崭新的途径。
太阳能飞机可不耗一滴油完成长时间的飞行，并且低成本，可以无偿地获得能源。
1 太阳能电池早在一百多年前，人们就开始研究光能产生电的效应。
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
1958年美国研制成第一块n/p型单晶硅太阳能光伏电池，并用于卫星的供电。
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴由n区流向p区，光生电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
这就是光电效应太阳能电池的工作原理(图1)。
太阳能电池的制作需一个复杂的过程(图2)，由于晶体硅太阳能电池转换效率高、工作稳定性、寿命长、技术发展成熟等优异特性，目前光伏市场上应用量最多。
无人机对于太阳能电池在重量、厚度、柔性和效率方面提出了更高的要求。
2 太阳能无人机的产生早在20世纪中叶人们就寻求设计一种以太阳辐射作为推进能源的飞机。
太阳能飞机的动力装置由太阳能电池组、直流电动机、螺旋桨和控制装置组成。
由于太阳辐射的能量密度小，为了获得足够的能量，飞机上应有较大的摄取阳光的表面积，以便铺设太阳电池。
世界上首架太阳能无人机由美国AstroFlight公司R.J. Boucher 设计，无人机名叫“Sunrise I”。
该机总重量为27.5Ibs，翼展32ft，共使用了4096块太阳能电池板，功率为450W。
太阳能无人机工作原理英文回答：How Solar-Powered Drones Work.Solar-powered drones are unmanned aerial vehicles (UAVs) that rely on solar energy to power their flight. Unlike conventional drones powered by batteries, solar-powered drones can remain airborne for extended periods without the need for recharging.Principles of Operation:1. Solar Panels: Solar-powered drones are equipped with high-efficiency solar panels that convert sunlight into electrical energy. These panels are typically located onthe wings or upper surface of the drone.2. Battery Storage: The electrical energy generated by the solar panels is stored in a rechargeable battery. Thisbattery provides power to the drone's propulsion system, controls, and other components.3. Propulsion System: Solar-powered drones utilize electric motors and propellers for propulsion. The motors convert the electrical energy stored in the battery into mechanical energy to spin the propellers.4. Flight Control: The drone's flight is controlled by an onboard computer and autopilot system. The autopilot system utilizes sensors to maintain stability, altitude, and direction, ensuring efficient flight.5. High Efficiency: Solar-powered drones are designed to be highly efficient to maximize flight time. They feature lightweight construction, aerodynamic designs, and efficient power management systems.Advantages:Extended Flight Time: Solar-powered drones can fly for hours or even days without the need for recharging, makingthem ideal for long-duration missions.Environmental Sustainability: Solar energy is a clean and renewable source of power, eliminating greenhouse gas emissions associated with fossil fuels.Reduced Operational Costs: Compared to battery-powered drones, solar-powered drones require minimal maintenance and operating costs.Applications:Solar-powered drones have a wide range of applications, including:Aerial surveillance and reconnaissance.Aerial photography and mapping.Environmental monitoring.Disaster response.Cargo delivery.Scientific research.Limitations:Weather Dependence: Solar-powered drones rely on sunlight for power, limiting their flight time during cloudy weather or at night.Weight and Payload Limitations: Solar panels and batteries can add weight to the drone, limiting its payload capacity.Technical Challenges: Designing and operating solar-powered drones requires specialized knowledge and technology.中文回答：太阳能无人机的工作原理。
科普：无人机的六大动力来源来源：宇辰网如今，无人机的出现为人们的生活提供了很多便利和乐趣，已经被广泛应用到社会中的各行各业。
但其续航时间短一直是让研究人员头疼的一个问题。
据外媒不久前报道，目前无人机主要靠六种动力完成工作：1. Batteries 锂离子电池锂电池/图来源网络目前，市场上的大多数无人机都使用锂离子电池（LiPos）维持动力，根据负载的多少，飞行时间也有所不同，一般情况下，飞行时间大概20分钟。
锂离子电池具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性和低成本等多种明显优势，是一种新型电池。
但是因为动力锂离子电池的特性是，体积越大容量越大，重量也越重，因此要增加容量才能增加续航，而增大容量，重量又会随之增加，而飞行时间就会大大缩短。
2. Solar Power太阳能一般使用太阳能做动力的无人机都会在机翼部位安装有太阳能电池。
在阳光充足的情况下，太阳能电池会自动吸收能量，并储存在电池内部作为备用。
这是最理想的无人机动力来源，因此各个国家都在不断开发太阳能无人机，如下图所示：太阳能无人机汇总/图来源网络3. Hydro Fuel Cell氢燃料电池氢燃料电池/图来源网络不久前，英国Intelligent Energy公司已经研制出了一种氢燃料电池，这种无人机氢燃料电池加满燃料差不多只有1.6千克，相比锂电池还更轻。
这种电池能够让无人机在天上连续飞行2个小时，并且在着陆之后可以立即补充燃料，继续飞行，甚至可以实现无人机的不间断作业。
氢燃料电池相对于锂电池的优势在于续航时间长、低温环境下更稳定等。
但其劣势也相当明显，氢燃料电池在工作时会产生很高的热能，如果长期处于高温环境下，极易发生事故。
bustion Engine内燃机内燃机/图来源网络使用内燃机发电可支持无人机以100千米/每小时的速度飞行1小时，但也存在问题，如噪音大。
此外，由于无人机内有可燃气体，也存在安全隐患。
5.Tethered有线电缆使用有线电缆供电的无人机能够“长久”的工作，而且也加快了无人机向电脑传输数据的速度，安全性也更高。
![太阳能垂直起降固定翼无人机[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/ebff85cda5e9856a571260ae.png)
专利名称：太阳能垂直起降固定翼无人机专利类型：实用新型专利
发明人：吴滨
申请号：CN201521009890.9
申请日：20151208
公开号：CN205221105U
公开日：
20160511
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种太阳能垂直起降固定翼无人机，其特征是机身两侧均设置机翼和鸭翼，机翼上设有副翼，鸭翼上设有鸭翼控制面，机翼表面设置电池板安装面，机身尾部设置平飞动力系统，两侧的机翼和鸭翼均连接支撑杆，两侧的支撑杆对称，支撑杆的前后两端均设有旋翼，电池板安装面上安装薄膜太阳能电池板。
本实用新型通过合理的气动布局，并在机翼表面铺设太阳能电池板，大大提高了无人机留空时间，四轴提供垂直起降动力，大大降低了无人机起降对场地的要求。
申请人：吴滨
地址：330001 江西省南昌市青云谱区南莲路138号
国籍：CN
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神秘的太阳能无人机在古希腊神话中，有这样一个故事：伊洛卡斯父子在战争中被打败，为了逃跑，他们用绳子和蜡将羽毛固定在胳膊上，然后朝着太阳的方向飞去，在接近太阳时，因蜡被融化，羽毛脱落，坠海而死。
伊洛卡斯父子懂得模仿鸟儿飞翔，但没有想到高温会将蜡融化，使羽毛脱落。
如今真的出现了能朝着太阳飞，而且必须依靠阳光才能飞行的飞行器――美国航空航天局（NASA）正在秘密研制的太阳能无人机，它用现代复合材料代替了蜡，用复杂的结构代替了鸟翼，可长时间地遨翔在万里蓝天。
下面我们就来看一看这种神秘的太阳能无人机的近况、相关技术、主要型号及其用途。
NASA对太阳能无人机的研究用太阳能作为飞机的能源，这种想法由来已久，也有人尝试过，但真正开始进行型号研制并取得进展却是近年来的事。
美国航空航天局（NASA）经过多年的研究之后，提出了一个称为ERAST（即环境研究飞机和传感器技术）的计划，实际上就是美国的发展太阳能无人驾驶飞机计划。
这个计划一直在秘密实施，直到近来才先后向外界透露了一些情况。
据介绍，目前这项计划进展得比较顺利，已经有四种型号的太阳能无人机样机先后问世。
最早的型号是“探索者”（Pathfinder），其后是称为“探索者＋”（PathfinderPlus）的改进型，第三种型号叫“百人队长”（Centurion），最新的型号是“太阳神”（Helios）。
这四种型号的太阳能无人机，都是位于加里福尼亚州的大气环境公司所制造，并且先后开始试飞。
在试飞中，它们曾创造了两个方面的记录：一是首次实现了太阳能动力飞行；二是创造了螺旋桨无人机飞行高度达到20000米以上。
这两项记录的每一项都意味着太阳能无人机向成功和实用迈出了非常重要的一步。
特别是实现了太阳能动力飞行，标志着这种飞行器长时间、长距离的不着陆飞行将成为可能。
在理论上，只要不出现机件损坏，它的续航时间和航程都是无限的。
最先打破这两项记录的是“探索者”太阳能无人机。
它不但成功地使用了太阳能作为飞机的动力能源，而且能在20000米以上的高空正常使用。
在此之前，飞行高度达到20000米以上仍能保持正常飞行的只有为数不多的几种飞机，其中包括美国的U－2高空侦察机、前苏联的M－55高空侦察机、美国的SR－71侦察机和最近因失事而全部停飞的法英合作研制的“协和”号运输机。
况且这些都是喷气式飞机，而螺旋桨飞机至今无人企及。
这主要是因为在这个高度上空气比较稀薄，只相当于火星表面的空气条件，飞机长时间飞行很困难，也很危险。
飞行员要穿着性能非常可靠的抗荷服，发动机要有良好的高空工作性能，螺旋桨要有在高空使用的能力。
对于太阳能无人机来说，由于无人驾驶，因此无须考虑飞行员的生存和工作条件。
要想使飞机能在20000米以上的高空条件下飞行，必须提供足够的升力。
解决这个问题，对于低速飞机来说通常的办法是选择合适的翼型、加长翼展、加大机翼面积，以尽可能地增大飞机的升力，同时也要千方百计地减轻飞机重量。
因此，我们从本文的插图中可以看到，这些太阳能无人机的翼展都很长，翼面积非常大，而且主要是采用比较轻的新型材料制作的。
现在研制的几种太阳能无人机的翼载荷都很小，如“太阳神”太阳能无人机，其翼载荷还不到3公斤/平方米。
为了作到这一点，生产厂家不得不在机翼上全部采用新型的复合材料，如卡夫拉、碳纤维、奥美丝等，以及用优质的胶卷膜片作为机翼蒙皮。
这样的机翼，不但重量轻、翼载荷小，而且具有良好的柔韧性，可防止机翼在飞行中折断。
为了减轻这种飞机的重量，还不能象传统飞机那样装很多设备，只能装必须装备的设备。
太阳能飞机虽然不重，但翼展很长，因此其机动性肯定比不上小型飞机。
为了尽可能地提高它的机动特性，所以安装了很多操纵面，如“百人队长”无人机就在机翼后缘装了60个可操纵的舵面，而“太阳神”则更多，一共有72个舵面，可算得上是舵面最多的飞机。
它们主要用于操纵飞机的俯仰和滚转运动。
光有这么多舵面还不够，有时还需要用发动机进行不对称操纵来帮忙。
由于采取了这些技术措施，尽管太阳能无人机的翼展很大，但飞机的机动性还是不错的。
据介绍，“太阳神”太阳能无人机的转弯角速度可达到5度/秒，其盘旋半径只比它的翼展长度大一点。
由于是无人驾驶飞机，所以没有供飞行员使用的驾驶舱。
从现有四种太阳能无人机的总体设计来看，翼下都设有多个流线形的扁平吊舱。
它们至少有三个作用，一是在其内安装设备；二是在其下安装轮子，作起落架使用；三是可起方向稳定作用，相当于一般飞机的垂直尾翼。
此外，由于太阳能无人机的翼展很长，飞行时因为受载荷的影响两翼外侧会往上翘，这有益于提高飞机的稳定性，相当于机翼上后角的作用。
太阳能无人机的关键技术研制太阳能无人机主要有两个关键技术问题要解决：一是要能有效地将太阳能收聚起来，二是如何解决夜间和阳光微弱时的能源问题。
众所周知，利用太阳能作为动力能源早在航天器（如卫星）上就已经应用。
不过航天器一般都是在离地球几百公里以上的外层空间飞行，而太阳能无人机只能在二三十公里的大气层内飞行，两者的条件有很大差别。
外层空间的空气非常非常稀薄，离太阳近，阳光非常强，收聚自然容易。
太阳能无人机飞行高度虽然比一般飞机要高，但仍然属于大气层内，由于受大气的影响，阳光要弱得多，而且有时还会受到云的遮挡。
要想在这种条件下有效地收聚太阳能，必须有高效的太阳能电池。
据介绍，他们在“探索者＋”型无人机上使用了一种由加理福尼亚太阳能动力公司研制的新型光学导电体。
采用这种导电体制作的太阳能电池，可比原“探索者”无人机上使用的太阳能电池提高能量14％。
将太阳能转化为驱动飞机前进的动力，则是由电动发动机来实现的。
美国的太阳能无人机上装的发动机，是由大气环境公司生产的无电刷电动发动机。
每个发动机重5公斤。
在地面上，发动机的转速为200转/分；而在最大高度时，发动机的转速可达2000转/分。
为保证飞机高空飞行的可靠性，发动机采用了固定式的螺旋桨。
由于从地面起飞，阳光相对较弱，飞机的爬升速度很小，只有100米/秒左右，飞机要爬升到巡航高度通常需要3个多小时。
而且起飞时间，一般要安排到早上，才能达到最高飞行高度。
起飞时要选择风小、晴朗的天气，使太阳能发动机能产生足够的推力。
如果要在有云的天气里安排起飞，就要靠电瓶的供电来维持，直到飞机穿出云层。
这种飞机的起飞速度和着陆速度都很小，基本上与运动员骑自行车的速度差不多。
按设计要求，将来投入实用的太阳能无人机需要在天上飞行几个星期，甚至数月。
这时必然经过夜间飞行，即使是在白天，如果飞行高度不够高的话，也可能遇到有云遮挡，阳光较弱的情况。
如何解决在夜间和阳光微弱条件下的能源，是太阳能无人机必须解决的又一个技术问题。
NASA采用的是一种称为“头盒”的技术使这一问题得到解决。
经过研究表明，现有的锂铝电池还不能满足飞机整个夜间飞行的能源需要，必须有一种能提供200瓦/小时的高能电池。
于是，NASA了解到其它无人机采用的一项技术，即一种长效燃料电池。
这种电池的工作原理是通过氧和氢来发电的，并已被航天器和汽车所广泛应用。
为了满足太阳能无人机的需要，美国大气环境公司对这种电池进行了进一步地改进。
改进后的燃料电池具有可还原性。
也就是说，使用后可还原，还原后再使用。
只要飞机携带有液态氢和氧气储存器，存储器不断地向燃料电池输出液态燃料，就可为飞机的夜间飞行提供电能。
掌握这种技术的除美国外，法国也能制造这种可还原性燃料电池。
据说，美国大气环境公司在研制这种可还原性燃料电池时，还采用了特制的电解材料，用这种材料产生电能可使可还原性燃料电池达到前所未有的水平。
不过，目前这种电池的稳定性不好，尤其是在高空低温条件下有工作不正常的情况，以及高空条件下结冰等问题，有待进一步完善。
NASA认为，这些问题估计要到2003年才能全部解决。
到那时，太阳能无人机就可以在20000米以上高空连续飞行近百小时。
另外值得一提的是太阳能无人机的飞行控制问题。
由于它飞得高，且连续飞行时间非常长，因此地面控制相对比一般无人机的难度要大。
好在大多数情况太阳能无人机是靠预先输入的程序控制飞行的，只有在起飞和着陆时才需要地面操纵者进行遥控。
不仅如此，如果太阳能无人机与地面控制中心失去联络，飞机有能力自行返航着陆。
它还装有一个伞降系统和一个定位信标系统，以备应急情况下使用。
正在试飞的四种太阳能无人机花了近十年的时间，美国NASA研制了四种太阳能无人机原型机，目前正在进行第一阶段的试飞计划。
这四种太阳能无人机有类似的之处，但又各有不同，下面分别作一简要介绍。
第一种型号“探索者”是于1993年首飞的。
它采用平直翼和双吊舱设计，是四个型号中最小的一种。
翼展29.5米，展弦比12，机长3.6米，翼面积71平方米。
共装6台发动机，单台功率1.5千瓦。
起飞重量252公斤，有效载荷45公斤。
飞行速度30公里/小时，升限21000米，续航时间14～15小时。
1995年，“探索者”太阳能无人机曾创造过15530米的飞行距离和19970米的飞行高度记录。
后来，在夏威夷上空，又创造飞行高度21600米的记录。
第二种型号“探索者＋”太阳能无人机，是在“探索者”基础上发展而成的，1998年出厂，同年首次试飞。
该机仍然采用平直翼、双吊舱设计，但尺寸更大。
翼展36.3米，展弦比15，机长3.6米，翼面积87平方米。
共装8台发动机，单台功率仍然为1.5千瓦。
起飞重量315公斤，有效载荷67.5公斤。
飞行速度为30公里/小时，升限为24000米，续航时间白天可达到14～15小时、夜间为2～5小时。
改进型“探索者＋”有许多新特点，不管是在气动特性，还是动力系统上都有所突破。
飞机采用的翼型也更适合高空飞行。
特别是在机翼上表面安装了新型的太阳能电池板。
这种电池板采用了由加里福尼亚太阳能动力公司研制的新型光学导电体。
采用这种导电体制作的太阳能电池，其能量比在“探索者”上用的太阳能电池提高了14％。
使“探索者＋”获得的能量，从8千瓦提高到12.5千瓦。
这个能量足可以供两台发动机工作使用。
另外，在操纵系统方面也进行了改进。
由于采取了这些改进措施，在1998年的试飞中，使它的飞行高度达到了24800米。
第三种型号是“百人队长”，已经开始试飞。
这种太阳能无人机尺寸更大，飞高度更高，航程也更远。
该机采用了由五段矩形翼组成的大展弦比机翼，底下有4个吊舱，机翼前安装了14台发动机。
其翼展达到了61.8米，是“探索者”太阳能无人机翼展的两倍。
为了避免飞机在起飞、着陆以及转弯时产生翼尖失速，外段机翼设计了10度左右的上反角。
由于“百人队长”采用了4个翼下吊舱，内部可携更多的有效载荷或设备。
在30000米高度飞行时，它的有效载荷为50公斤；在24000米高度时，有效载荷则可达到600公斤。
目前，“百人队长”还没有装太阳能电池板。
