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


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,使其具備執行全時段ISR任務的能力。

NRL運載工具研發分部和光伏發電分部的科研人員正在無人機(UAV)技術快速發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電技術大幅延長無人機的續航時間,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測環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,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,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航時間,后續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、優化和權衡”。