来源：美国信号杂志2007年第12期
作者：亨利 S. 凯尼恩
编译：全球防务（知远/靛亮）
作者：亨利 S. 凯尼恩
编译：全球防务（知远/靛亮）
“西风”无人机是一种高空长航时无人机，它的设计用途是充当侦察或者通信中继的平台。
一种太阳能－电能的高空智能无人飞行器将很快投入使用，可以实时观测自然界灾害状况，如洪水险情、森林火灾、农业与环境监测等，并可为军队、科学家和应急人员提供图像、遥感数据以及扩展性的通信网络。在军事任务中，"西风"无人机可用于视线通信中继，或装备轻型光电传感器有效载荷。"西风"无人机采用GPS导航飞行航路点，如果需要，在飞行途中可更改航线。这种轻型长航时的飞行器设计的出发点是保证每次发射后可以在某个区域数千英尺的高空连续几周或者几个月执行任务。和很多其他的无人驾驶飞行器研究不同，“西风”无人机计划最初是个人为了打破载人热气球升空高度纪录而进行的尝试。有两个热气球爱好者一直在寻找能把热气球升到132,000英尺以上高空的办法，这个高度以往只有火箭推动的实验性飞行器以及航天飞机可以达到。这两个热气球爱好者请求总部设在英国范堡罗的奎奈蒂克公司帮他们设计一种轻型的无人驾驶飞行器，这种飞行器可以在他们的热气球升空过程中陪伴在周围并拍摄下整个过程。
破纪录任务始终没有完成，但“西风”无人机却被造了出来。奎奈蒂克公司“西风”无人机的研发总监保罗•戴维说，从那以后，这个项目就从民用飞行器转向为服务于英国国防部的集情报、侦查、监视以及通信多种功能于一身的综合平台。另外，这家公司也正在和美国国防部就该设备的使用及改进问题进行谈判。
“它的主要功能是高空侦察以及通信中继，”保罗•戴维这样解释说。因为工作地点是在超过60,000英尺的高空，而且得靠太阳能来驱动，所以“西风”号必须造得越轻越好。它的主要结构是由碳纤维复合材料制做的，外面覆盖的是“空间脂肪”以抵御高空高温，整个飞行器的总重量仅仅为721镑。40节可充电锂电池用来提供两个推进器所需动力，尽管它的翼展达到了59英尺，但由于实在太轻了，所以只需要三个人就可以让它顺利升空。戴维还指出，“西风”无人机的升空不需要规范的跑道，只要有一块大概25码方圆的平地让操控人员借着风势斜着把它放飞起来就行了。在“西风” 无人机的地面站，导航员要一直操控着它上升到安全高度以后，才能把自动驾驶设备打开（让它自主飞行）。升空之后，地面站的导航电脑将引导着“西风” 无人机沿着途中场站预先安排好的路线飞行。按照设计目标，“西风” 无人机的续航时间应该达到数月之久。它的供电系统是由太阳能电池板采集电能，然后储存到一个使用锂硫混合物的蓄电池中，以备夜间使用。在2007年8月进行的飞行实验对这套系统的真实性能进行了测试，这次飞行穿越了新墨西哥州的白沙导弹实验场，结果表明“西风” 无人机连续工作两昼夜（48小时）没有问题。西风”无人机的技术总监和飞行操作员凯莱克表示，他们有信心让“这架飞机飞得更高更远。”
“它到底在哪些地方可以白天靠太阳能，晚上靠储存在蓄电池里的电能飞行？这个问题我们很快就会搞清楚了，”戴维这样说道。“西风” 无人机的电能主要来自于粘合在它翅膀上的那些非常薄的光电转化电池板。这些太阳能电池板完全贴合于它的双翼结构，对空气动力学性能没有任何影响。这套电池板阵列总重量约为3.5镑，提供的电能达到了1.5千瓦。戴维表示，这些收集起来的电能主要用来驱动引擎，给蓄电池充电以及保障飞行器系统的正常运转。“我们没有受到过功率不足的困扰。事实上，这套电池板阵列产生的电力我们有时候还用不完。”他这样说道。
戴维相信，白沙实验场的实验结果说明，“西风”号是第一个实现了全部设计功能的太阳能无人驾驶飞行器。在2007年7月份进行的最近一次实验中，“西风” 无人机在58,355英尺的高空连续飞行了54个小时，差一点打破了非官方的续航时间纪录。戴维表示，奎奈蒂克公司的研发团队接下这个项目的时候并没有想着要打破纪录。“我们在整个过程中都没有想过要创造什么官方承认的纪录，”他这样说。
目前官方承认的无人驾驶飞行器的续航纪录是由诺斯罗普•格鲁门公司制造的“全球鹰”无人机创造的。但是，戴维补充说波音公司的“秃鹰”无人机在几年前曾做出不间断飞行58小时的创举，但可惜并没有被记录下来。“虽然有很多项非官方的纪录，但官方纪录仍然是30小时，很显然我们已经超过这个纪录有一段距离了。不过，我们不能忽视以色列人以及波音公司都试飞过续航时间很长的无人机，”他这样说道。
“西风” 无人机的另一项设计功能是充当一个高空通信中继平台。它超高的飞行高度让它可以免受急流、绝大多数天气状况以及商业飞行的影响。有一些其他的公司想通过无人驾驶飞艇实现这样的功能。戴维解释说，飞艇通常的确是能够承担比无人机更多的有效载荷，但这也就意味着它的造价要更高。
与1500万欧元一颗的监视卫星相比，一架“西风”仅需100万欧元。“西风”工程负责人卡罗琳•斯利姆表示：“我们并不是说这项发明会取代人造卫星，但它将成为其必要的补充。与昂贵的卫星监视平台相比，这种无人机可自我维持运转，不需燃料，当然也会更廉价，并能提供更精确的观测数据，在许多方面将更有效。我们相信太阳能无人侦察机的时代已经到来。”
“西风” 无人机的设计初衷就是建造一种轻型低成本的无人驾驶飞行器来部分替代过去那种又大又重的空中平台。相比于能装载上千镑重物的飞艇来说，“西风” 无人机的有效载荷只有5至6镑。尽管载重量不大，但在白沙实验场它仍然完成了几次通信中继任务。戴维表示，只要在“西风” 无人机上面加装一个简单的中继单元，它就可以帮助两个相隔很远的地面无线电台实现通信。他说，通信中继以及空中监视这两项实验都已经获得了成功。
“西风” 无人机拥有一个自给自足的载荷系统。他们在上面实验了一个用于侦察的光电传感器，该传感器本身拥有一套用于导航和锁定目标的全球定位系统。奎奈蒂克公司目前正在测试“西风” 无人机上使用合成孔径雷达的效果，但戴维说这项研究还完全处于实验阶段。不过，他提到奎奈蒂克公司的工程师们有信心开发出一种重量为11镑左右甚至更轻一些的合成孔径雷达。
“西风” 无人机不用沿着预先设计好的路线飞行，但是沿途的地面站可以随时向他发出指令。戴维表示这样自主飞行的好处是可以让地面的控制人员轻松很多，公司现在正在开发一套桌面模拟操控系统。“他们（地面控制人员）可以在‘西风’ 无人机自主飞行的时候随时随地向它发出指令、上传任务，这就是我们最近努力的方向，”他这样说。
在过去的几年里，“西风” 无人机已经历了三次飞行实验，最近的一次是在七月份。在这些实验数据的基础上，奎奈蒂克公司的工程师们正努力对其进行改进，以求使它的续航时间可以达到几个月。戴维表示2008年他们还会继续进行这种实验，目标就是在2009年投产之前完成改进方案。之后，他们会开始与一家制造公司合作，实现“西风”号的量产。尽管现在还不能透露与英国国防部签定的合同细节，但他仍然表示，作为装备采购计划的供货方，奎奈蒂克公司目前正在紧锣密鼓的进行自己的改进实验。
除了军方的订单以外，比利时的一家研究机构也购买了“西风”号无人驾驶飞行器，准备把它用于高空遥感。戴维补充说比利时的科学家们会自己研发用在无人机上的传感器。
奎奈蒂克公司和美国陆军签有“联合能力技术验证”协议，这项实验将安排在2008年的夏天进行。戴维指出，“西风”号上的基础太阳能电池板以及长时间续航技术已经被应用到一些类似的研究项目中，比如DARPA（国防先进技术研究计划署）主持的“秃鹰”无人机项目。他说奎奈蒂克公司希望能参加“秃鹰”无人机计划，因为“西风” 无人机刚好满足了DARPA（国防先进技术研究计划署）对于轻型、长续航时间且太阳能驱动的高空平台以及轻型通信系统的需要。
由于使用了超轻的碳纤维复合材料，“西风”无人机只需要三个人的推动就可以升空，它的上升高度可以达到60,000英尺。
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