临近空间太阳能无人机及其在应急通信中的应用基于太阳能无人机的临近空间通信系统是指利用太阳能无人机等在临近空间实现长时间飞行的平台提供通信服务的系统，是介于地面通信系统和卫星通信系统之间的一个新型通信系统。作为一种可颠覆电信产业发展的新技术，国际电信联盟（ITU）将其定义为“弥补信息覆盖缝隙”新技术。
国外太阳能无人机
美国Google公司通过收购Titan Aerospace公司，研发了“索拉拉”（Solara）系列太阳能无人机。其中Salara 50（图1）采用大展弦比正常式布局，翼展150英尺（45.7m），配备3000块太阳能电池，有效载荷32kg，提供7千瓦的电力，可让无人机持续飞行5年。此后，Google公司在新墨西哥州进行了代号为Project SkyBender的新计划，用无人机作为高空信号基站，使用毫米波传输技术传送5G移动网络，为偏远地区提供网络信号，并于2016年就进行了测试，见图2。
图1 Solara 50试飞
图2 SkyBender测试无人机
Facebook公司从2013年开始推行Internet.org项目，研制了“天鹰座”（Aquila）（图3）太阳能无人机，该无人机采用大展弦比飞翼布局，翼展43m，起飞重量400～454kg，飞行速度约80英里/小时（129km/小时），航时90天（设计值）。此后，Facebook与空客公司合作研发了“西风”（Zephyr）（图4）无人机，一种专为“国防、人道主义和执行环境任务”而设计的无人飞机，是一颗“高空伪卫星（HAPS）”，翼展为25m，最高飞行高度可达20km，使用毫米波无线电向地面传输信号。
图3 Aquila外形图
图4 “西风”（Zephyr）无人机
此外，国外还研发了多种有望应用于应急通信领域的临近空间太阳能无人机，如“太阳神”系列太阳能无人机、“秃鹰（Vulture）”研究计划、“西风”系列太阳能无人机等。
国内太阳能无人机
中国多家无人机制造商竞相运营自己的首款太阳能无人机，中国航天科工集团目前在其飞云项目上取得了先机。工程关键项目临近空间太阳能无人机已顺利完成多架次自主飞行验证，见图5。作为中国航天科工集团大力推进商业航天发展的“五云一车”（飞云、快云、行云、虹云、腾云和飞行列车）工程之一，飞云工程旨在构建基于临近空间太阳能无人机的空中局域网，可实现超过一周时间的应急通信保障。飞云采用光伏电池，单翼机机身配置大功率发动机，由超轻复合材料制成。飞机的重量不到一吨，飞云翼展与波音777等商用宽体客机相当，飞机上翼表面附有一万多个光伏电池支持发动机，同时为锂硫电池充电，为夜间飞行提供动力。
图5 飞云太阳能无人机飞行验证
中国航天科技集团研发的太阳能无人机平台也取得了重要进展。其第十一院自“十五”期间开始从事太阳能无人机方向的研制工作，先后完成了10m、24.5m、40m、45m等不同翼展量级太阳能无人机的飞行试验。2013～2014年，40m翼展的CH-T3太阳能无人机共完成81次低空飞行试验，充分验证了平台的气动、结构、飞控等关键技术。
（1）CH-T4太阳能无人机
2017年5月24日，45m翼展的CH-T4太阳能无人机完成临近空间飞行试验，飞行高度达到20401m，飞行时间达到15小时18分钟。见图6。CH-T4太阳能无人机主要性能指标如表1所示。
图6 处于待飞状态的CH-T4太阳能无人机
表1 CH-T4太阳能无人机主要性能指标
（2）CH-T5太阳能无人机
2017年6月，68m翼展的CH-T5太阳能无人机的研制工作正式开展，2018年5月底完成连续30天飞行试验，12月底完成连续90天飞行试验。预计2019年5月具备携带50kg载荷的实际应用状态。CH-T5太阳能无人机主要性能指标如表2所示。
表2 CH-T5太阳能无人机主要性能指标
太阳能无人机具有续航时间长、飞行高度高等优势，不但具备传统航空、航天飞行器的诸多优点，同时还具备自身独特的能力优势，一定程度上具有“准卫星”应用特征。可实现增强、补盲、应急、远程中继等4类应用模式。可承载语音、图片、视频等信息，具备单向、双向通信能力。
总之，临近空间通信系统是空天地一体化通信网络体系中重要组成部分，与地面、卫星通信系统可形成有效的补充和增强作用，未来可与卫星、地面通信系统共同构建“全域多维、立体覆盖”的天地一体化通信网络。基于太阳能无人机的空中局域网应用示意如图7所示。
图7 基于太阳能无人机的空中局域网应用示意
（根据《科技导报》2018年第6期马洪忠等《临近空间太阳能无人机在应急通信中的应用》整理综述）
