有「大氣衛星」之稱的高空無人飛機漸露真容,平流層之戰即將打響

平流層，一個離地表10-50公裡的空中區域，人類在過去幾乎很少涉足，相對來說一般正常客機的活動高度在1.3萬米以下，而軍事用間諜衛星的高度則在100千米以上。只有一些測試中的飛行器為了挑戰自身的極限會來到這個層面一會，部分軍用飛行器會在平流層的下部活動，除此之外，沒有人來到這裡。不過在最近十幾年的時間裡，越來越多的人開始關注這片未開發的區域，在民用方面谷歌、Facebook、軟銀、NASA、ESA等公司和航天局紛紛立項研製可以在這個高度使用的飛行器，以拓展自己的通信和其他業務，尤其是5G的普及，這種高空無人機可以作為移動基站來使用。

在我們頭上遊弋的各種飛行器

既然民用公司都開始注意到這個區域了，那麼在軍事上各大國也早已展開了激烈的角逐。平流層位於電離層之下，在這個高度上如果使用高空無人機執行空中偵察任務，那麼它的監測效率和安全性較普通的偵察飛機而言要高得多。首先在這樣的高度之上，飛機可觀測的區域非常廣；其次，在這個區域的中、上層基本上不會受到任何的威脅，因為到目前為止現役的防空飛彈和戰鬥機（可以進入，但無法作戰）尚無法在這個高度實施有效的攔截；另外，相比於衛星來說，在平流層中、上部飛行的飛機可以根據需要在一個位置停留很長時間，衛星是做不到這一點的；最後，所有開發的平流層高空無人機都統一採用了太陽能供電的方式來解決能源問題，在這個高度上，太陽能電池板對於太陽能的吸收效率更高，只要電池板足夠大理論上產生的電能非常充足，可以滿足飛機無限續航的要求。而且還有一點很關鍵，那就是性價比高，發射一個衛星的費用可以造上百架類似的無人機。

在平流層中部以上，電離層（50-1000公裡範圍）之下的軍事價值極高，所以從80年代起美國就率先針對性的研製可以適應這樣高度的無人偵察機。不過在此之前由於偵察設備和太陽能電池板轉換效率的局限性，過高的飛行高度對於地面物體的解析度會有一定的影響，像U-2這類最高可以達到2.7萬米飛行高度的偵察機在執行任務時也只能停留在1.5萬米的高空。

高空無人機又被稱為「大氣衛星」

但隨著技術的進步，高空偵察設備和薄膜太陽能電池板技術的完善已經讓平流層不再是一個難以企及的高度了，所以最近幾年類似的高空無人偵察機研製進入到了一個白熱化的階段，各個國家都紛紛立項高空無人機研製計劃，包括我國、美國、印度、俄羅斯、韓國、日本和英國等等。

第一個高空無人飛行器「探路者」

「探路者」太陽能無人飛機計劃始於上世紀80年代，是美國軍方開發的首款用於執行高空、長航時偵察任務的無人飛機，也被人稱之為大氣衛星。1983年6月首飛成功，在此後共進行了9次試驗飛行，不過由於當時的無線控制和太陽能電池技術尚有缺陷，無法滿足持續飛行的需求，因此被封存。十年後國際環境發生巨變，這類飛機短時間內還沒有實用價值，且相關技術仍達不到軍方要求，在1994年它被轉交給NASA，用於科學研究平臺繼續使用。

美軍研製的「探路者」高空無人機

該機的最初型號翼展29.5米，機身長3.6米，自重252公斤，有效載荷54公斤，由六臺電動馬達作為動力，太陽能電池板輸出功率7.5千瓦左右，續航時間在14-15小時之間。因為該機機身全部使用複合材料製作，包括碳纖維、nomex、凱夫拉縴維和塑料泡沫等，所以機身很輕，為的就是減輕重量，提高飛行效率。在測試中該機最大飛行高度可以達到1.5萬米，這與設計目標2.4萬米尚有一定的差距。

美軍在最近幾年開發的高空無人機

在此之後美國又先後上馬了「全球觀察員」和「幻影之眼」高空無人機計劃，不過最後都未能進入到空軍服役，最近美國空軍又確認了一項由斯威夫特公司開發的Swift高空無人機項目，已進入到試飛階段。

「和風」太陽能高空無人機

「和風」（Zephyr）高空無人機由英國的內蒂克公司在2003年研製，最初的目的僅是為了打破高空飛行記錄而開發。在2008年曾創下在1.9萬米高空連續飛行82小時的記錄，不過由於是秘密飛行，官方並不認可這一數據，但在第二次飛行中創造的2.1萬米高空飛行33小時的記錄仍然打破了當時無人機的最長飛行時間記錄。後該公司推出的「和風7」號又創造了無燃料連續飛行336小時的超長滯空記錄，這也直接表明了高空無人機時代的到來，太陽能技術有了突破。「和風」無人機也成為那個時候世界上首個可以跨晝夜飛行的無人機。

「和風」（Zephyr）高空無人機

2013年內蒂克公司被空客收購，「和風」高空無人機也正式成為英國大氣衛星（HAPS）計劃的一部分，2016年英國國防部採購了三架「和風8」高空無人機用於軍事偵察任務。

「和風」（Zephyr）高空無人機

「和風」無人機是世界上第一款被部署的高空無人機，它現在共有兩個版本，分別是S型和T型，用於執行偵察和通信任務。以「和風7」為例，該機整體重量僅為53公斤，其中電池重量為24公斤，有效載荷為5公斤，機身全部使用碳纖維製作。翼展25米，配備有兩臺電動馬達，巡航速度56千米/時，最大飛行高度2.1萬米左右，續航時間14天。

Phasa-35高空無人偵察機

除此之外，英國的BAE公司與澳大利亞的稜鏡公司還聯合開發的了一款名為Phasa-35的高空無人偵察機，目前正在測試中。

日本的不同選擇

日本進入該領域也比較早，在1998年日本航空航天局已經有了平流層平臺計劃（SPF）。不過在形式上與英、美等國無人機不同，它採用的是飛艇式無人平臺。

SPF計劃目標是研發一款大型無人飛艇，能夠在離地面20千米的高度飛行。飛艇長度245米，重量32噸，有效載荷1噸左右，白天由太陽能電池板供電，夜間使用可再生燃料電池供能，在沒有外界幹擾的情況下理論上可以連續飛行三年。2003年首次試飛成功，不過後來由於預算問題項目被取消，但相關技術被轉移到下一代高空無人機項目中。

平流層之戰

除此之外，還有不少高空無人飛機也被陸續推出，比如韓國的平流層飛艇計劃、美國陸軍的HALE-D高空飛艇和禿鷹計劃等等。

各國不管是在軍用還是民用方面，在高空無人機的研製上都投入了大量資金，不過他們都面臨著一個非常棘手的問題，那就是材料強度不足。由於此類無人機為了獲得更大的升力和表面積，體積都很大，同時重量要求也十分嚴苛，所以複合材料被廣泛使用，不過這也導致了許多飛機的結構非常脆弱。在飛行過程中表現很出色，可在起飛和著陸的兩個環節上經常出現飛機損毀的情況發生。很多試飛中的飛機都毀在了這兩道程序上，不過解決此類問題也只是時間問題而已，在平流層上，人類在未來可能要爆發一場「制高點爭奪」大戰了。