極光飛行科學(xué)在波音的支持下正在建造大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)奧德修斯，該機(jī)設(shè)計(jì)留空之間為3個(gè)月。奧德修斯（伊薩卡島的國(guó)王，《奧德賽》中的主人公）翼展74米，目前正在進(jìn)行地面測(cè)試。由于尺寸過大，該機(jī)被分成三段裝入位于弗吉尼亞州馬納薩斯的極光總部飛機(jī)庫(kù)。完成測(cè)試后，將在2019年2月底由集裝箱貨船運(yùn)至波多黎各開始飛行測(cè)試。極光還正在建造第二架飛機(jī)，也啟動(dòng)了第三架飛機(jī)相關(guān)工作。

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極光公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)在廠房前展示巨大的奧德修斯

一、極光公司對(duì)長(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)期探索

對(duì)極光首席執(zhí)行官約翰·朗福德來說，奧德修斯是其長(zhǎng)久來的夢(mèng)想。他在1988年帶領(lǐng)麻省理工學(xué)院代達(dá)羅斯（Daedalus，希臘神話人物，被認(rèn)為是木工始祖）飛機(jī)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了保持至今的人力飛行三項(xiàng)記錄。1988年4月23日，一位希臘的自行車比賽冠軍駕駛代達(dá)羅斯飛機(jī)從希臘克里特島到了圣托里尼島，全程119公里，用時(shí)近4個(gè)小時(shí)。

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至今仍保持飛行長(zhǎng)度和飛行時(shí)間記錄的人力飛機(jī)代達(dá)羅斯

基于從代達(dá)羅斯項(xiàng)目獲得的低雷諾數(shù)空氣動(dòng)力學(xué)和輕質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)知識(shí)，朗福德于1989年建立了極光飛行科學(xué)公司，目標(biāo)是用其在代達(dá)羅斯團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)開發(fā)科研用高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)。

奧德修斯將于2019年4月23日首飛。代達(dá)羅斯團(tuán)隊(duì)很多成員作為顧問或直接參與了奧德修斯項(xiàng)目，例如空氣動(dòng)力學(xué)專家、設(shè)計(jì)了代達(dá)羅斯飛機(jī)的麻省理工學(xué)院教授馬克·德里拉。朗福德稱：“這是我們被波音收購(gòu)后做的第一批事情。從代達(dá)羅斯開始，我們就想造太陽(yáng)能飛機(jī)，在波音的支持下，我們終于有能力做了。”初始任務(wù)是大氣科學(xué)研究，但是極光和波音認(rèn)為通信中繼、持久監(jiān)視等方面也有可為。

實(shí)際上，極光飛行科學(xué)公司從成立之初就一直開展高空長(zhǎng)航時(shí)飛行器研發(fā)。1993年首飛的珀?duì)栃匏笰翼展17.9米，由單個(gè)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過改裝使用機(jī)載液氧，飛行高度達(dá)到15240米。珀?duì)栃匏笰采用了一個(gè)封閉的循環(huán)燃燒系統(tǒng)，將飛機(jī)上攜帶的氧氣與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣混合，以補(bǔ)償高空稀薄的空氣。1994年珀?duì)栃匏笲首飛，該機(jī)使用三軸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，高度達(dá)到18349米。1996年，翼展43米的特修斯（Theseus）雙發(fā)飛機(jī)首飛，但在試飛中墜毀。從2006年開始，極光開始研發(fā)氫燃料飛機(jī)獵戶座，后來該機(jī)改型成為常規(guī)燃料中空長(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)，2014年航時(shí)創(chuàng)造80小時(shí)的記錄。

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1994年8月15日拍攝的珀?duì)栃匏笰夜間飛行照片

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1999年9月拍攝的珀?duì)栃匏笲著陸照片

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1996年5月24日首飛的特修斯

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“獵戶座”是雙發(fā)高性能長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，有效載重超過454千克，續(xù)航時(shí)間超過100小時(shí)。該機(jī)從2006年開始在美空軍研究實(shí)驗(yàn)室的資助下開始發(fā)展，旨在開展超長(zhǎng)航時(shí)偵察無(wú)人機(jī)研究，其續(xù)航時(shí)間可超過美空軍MQ-1“捕食者”和RQ-4“全球鷹”。該機(jī)于2013年8月完成首飛，2014年12月創(chuàng)下連續(xù)飛行80小時(shí)2分52秒的持久飛行世界紀(jì)錄。

2008年，極光公司被DARPA授予禿鷲項(xiàng)目合同，開發(fā)大型可留空至少5年的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)。極光的飛機(jī)采用獨(dú)特的Z型機(jī)翼構(gòu)型，機(jī)翼白天部分折疊，夜晚展開。在禿鷲項(xiàng)目中，極光改進(jìn)了人力的“輕鷹”飛機(jī)，形成了2009年首飛的“日光鷹”無(wú)人機(jī)。

二、在波音的支持下開展奧德修斯太陽(yáng)能飛機(jī)研發(fā)

目前正在研發(fā)的奧德修斯采用了更為簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)。朗福德稱：“奧德修斯取消了Z型機(jī)翼。飛行高度比禿鷲項(xiàng)目要求低，在夏天可能飛行高度會(huì)升高。”奧德修斯比起禿鷲來說更像代達(dá)羅斯。翼展超過波音777X，有三個(gè)尾翼和六個(gè)螺旋槳。全動(dòng)垂直和水平尾翼安在三個(gè)機(jī)身上，提供俯仰和偏航控制。外側(cè)的兩個(gè)尾翼會(huì)使機(jī)翼彎曲以控制滾轉(zhuǎn)，機(jī)翼上沒有滾轉(zhuǎn)控制面。朗福德稱：“飛機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)越低越好。對(duì)于太陽(yáng)能飛機(jī)來說，載重不小了，雖然不到禿鷲的1000磅，但是超過55磅了，奧德修斯采用可用的鋰-聚合物電池和薄膜砷化鎵光伏電池。”

由阿爾塔設(shè)備公司（Alta Devices，被漢能公司收購(gòu)）提供的光伏電池效率為20%多，在此情況下，光伏板不是問題，能源存儲(chǔ)才是。光伏電池集成到飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，提供相對(duì)高的比能量。薄壁碳纖維管形成長(zhǎng)但輕并且強(qiáng)度高的翼梁和機(jī)身的箱形截面桁架，以及機(jī)翼和尾翼的桁肋。三個(gè)機(jī)身中的一個(gè)結(jié)構(gòu)重量?jī)H為70磅。

07 三個(gè)機(jī)身搭載了電池、航電設(shè)備和載荷以形成沿著柔性機(jī)翼的分布式點(diǎn)狀載荷。

為了適應(yīng)飛行過程中機(jī)翼的彎曲，結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)組裝成橋型。桁肋部位的蒙皮壁板聯(lián)結(jié)成V型的外擴(kuò)聯(lián)結(jié)點(diǎn)，可在機(jī)翼彎曲時(shí)產(chǎn)生相對(duì)活動(dòng)。上層蒙皮是玻璃纖維，承受氣動(dòng)壓力載荷，下層機(jī)翼、機(jī)身、尾翼采用更輕的塑料薄膜。電池系統(tǒng)、航電、載荷裝在三個(gè)機(jī)身內(nèi)，極光建造的電池包使用數(shù)以千計(jì)的光伏電池。使用了峰值功率跟蹤技術(shù)，匹配太陽(yáng)能光伏電池和電池包的輸出最小化損耗。

極光還開發(fā)了電機(jī)和雙葉可變距螺旋槳，安裝于機(jī)翼的下方和前方，保證氣流穩(wěn)定以提高效率。三條電動(dòng)系統(tǒng)可保證機(jī)翼三段上的螺旋槳不會(huì)同時(shí)停轉(zhuǎn)。三冗余飛控系統(tǒng)基于獵戶座和極光的半人馬座可選有人駕駛飛機(jī)，使用了下一代軟件。奧德修斯起飛前，卡車?yán)w機(jī)的拖車到跑道上，從定位板上起飛。降落時(shí)，奧德修斯使用一次性起落架。

第一架飛機(jī)將由電池驅(qū)動(dòng)，裝有測(cè)試用太陽(yáng)能電池。第二、三架飛機(jī)將使用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)。極光將從波多黎各起飛奧德修斯無(wú)人機(jī)，因?yàn)樵摰靥帠|海岸20°緯度區(qū)域，有助于從馬納薩斯操控?zé)o人機(jī)。奧德修斯第一個(gè)使用者將是哈佛大學(xué)大氣化學(xué)教授、極光初創(chuàng)時(shí)的支持者之一吉姆·安德森。

08 第一架奧德修斯將由電池驅(qū)動(dòng)完成試飛，在機(jī)翼上安裝一塊太陽(yáng)能測(cè)試板。

相比之下，航空環(huán)境公司的太陽(yáng)神打破了飛行高度記錄，但沒有跨夜飛過。谷歌和臉書的太陽(yáng)能飛機(jī)發(fā)生過墜毀。與空客的西風(fēng)S相比，奧德修斯可搭更多有用載荷。這些都給奧德修斯未來創(chuàng)造紀(jì)錄提供了機(jī)遇。加上波音的支持，相信極光發(fā)展長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的野心會(huì)更大。

航空工業(yè)發(fā)展研究中心 蔡琰，王元元