臨近空間太陽能無人機可以利用太陽能作為能量來源在白天巡航，并將剩余的能量儲存在高密度儲能電池中用于夜間巡航，因此理論上能夠打破常規飛行器所無法實現的永久飛行瓶頸，由于其對地分辨率高、覆蓋范圍廣的特點，在機載預警、高空中繼通信等軍用和民用領域都有很大的發展潛力。因此，高空長航時太陽能無人機以大中型無人機為平臺主體，飛行于數千米以上中高空及臨近空間,具有展弦比大、留空時間長、任務范圍大、效用廣、生存能力強的特點，已成為當前國際國內工程和學術領域的熱門研究方向。但總體而言，一些關鍵技術難點還需要進一步突破和驗證。例如，太陽能無人機具有展弦比大，機翼載荷小的特點，容易導致較大的撓度和變形，此外還存在可靠性低、載荷能力弱、機場起降條件嚴格等局限，亟需尋找新的研究方向。

基于空氣動力學、控制論、無線通信理論等多學科交叉，以集群無人機平臺為結合點，融合高空長航時無人機兩類平臺的性能和任務優勢，面向集群無人機創新發展，無人飛行器實驗室研究一種結構新型的組合式無人機（圖1），將高空長航時和集群智能化相結合，旨在發展面向多類空域融合運用的技術體系和裝備平臺。組合式柔性無人機以低成本、高可靠、易群組的中小型無人機為基本單元，數架單機之間通過柔性結構連接組成具有大展弦比無人機的協同整體，具有可拆分可重組特性，同時具有小型集群無人機和大型無人機的優勢，可以實現模塊化組合拆分，通過將多個小型太陽能無人機柔性組合成整體，形成超大展弦比組合太陽能無人機（圖2）。在平臺特性方面，柔性連接通過單機自穩互補從而增加抗風特性，穿越爬升至臨近空間后可分散執行偵查、預警、測繪任務。夜間組合在一起滑行降高，白天分布式執行任務提高效率，從而保證任務和晝夜能量平衡。此外，通過拆分多個小型太陽能無人機，機場起降條件問題得到有效解決，可分別起飛，空中組合執行任務，返航降落時拆分降落，極大提高了大展弦比太陽能無人機的場地適應性。在任務特性方面，組合體太陽能無人機能夠利用近距離組合優勢，通過搭載分布式雷達收發組件，結合高速數據鏈、數據共享和分布式計算，組成遠大于常規尺寸的傳感器陣面，極大提高偵查探測能力，還可具備任務自組織和重構能力，極大提高效費比。

基于上述背景，工程熱物理研究所無人飛行器實驗室針對組合式太陽能無人機的氣動特性進行了研究與分析（圖3），結合常規太陽能無人機的飛行策略，設計了以能源效用最大化為目標的組合式太陽能無人機飛行策略。通過設計組合式太陽能無人機的航跡規劃算法，解決了組合式太陽能無人機以任務為導向的航跡規劃問題（圖4）。將研究結果與傳統常規布局太陽能無人機路徑優化結果進行比較，結果表明了組合式太陽能無人機在能量閉環的前提下能夠具有更多的任務優勢，并且通過協同航跡規劃算法能夠支持更復雜場景下的實際應用。目前實驗室正在進行組合式縮比驗證樣機的總體設計及制造，下一階段將開展組合式無人機的技術驗證和試飛試驗。

圖 1 組合式無人機的基本形式

圖 2 組合式太陽能無人機

圖 3 組合式太陽能無人機氣動性能分析

圖 4 組合式太陽能無人機路徑規劃