将来无人机:除太阳能及氢动力还装核电池,空中制氢成为加"油"机
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  • 央宗
  • 2019-04-12 12:02:49 2

无人机的动力技术一直是行业关注的焦点,因为它直接影响到无人机的飞行性能和续航能力。目前,无人机主要依靠电池电力、活塞式发动机和涡喷发动机等传统动力系统,然而这些技术各自存在不足之处。例如,电池电力的续航时间较短,活塞式发动机噪音较大,而涡喷发动机则燃油消耗较高。相比之下,油电混合动力技术结合了两者的优点,但仍然难以满足未来无人机所需的超远航程需求。因此,人们开始将目光投向更加先进的动力技术——太阳能。

据报道,中国的高空太阳能无人机正在进行测试,采用了光伏电池供电,并使用了超轻质复合材料结构。这款无人机的翼展与波音777飞机相近。早在2016年7月,脸书的太阳能无人机Aquila也完成了首次成功试飞,飞行时间超过一个半小时。太阳能无人机因其几乎无限的航程而具有广阔的市场前景,不过它们也存在一些局限性。为了最大化利用太阳能,太阳能无人机通常需要较大的翼展以安装太阳能电池板,并且为了减轻重量,这类无人机搭载的储能电池容量有限。此外,太阳能无人机一般在20公里以上的高空飞行,以避开云层遮挡和气流干扰,因此,目前太阳能无人机技术主要应用于大型高空机型,在中、小型无人机上的应用较为困难。

面对太阳能无人机的局限性,人们开始探索新的解决方案。一个有效的办法是将太阳能与氢燃料电池结合。在中国的一次国际防务展览会上,一款名为HYDrone-1800的六旋翼垂直起降无人机引起了广泛关注。这款无人机以其卓越的续航能力著称,曾在一次飞行中创造了连续飞行273分钟的世界纪录。它的优势在于配备了先进的氢电混合动力系统,这一系统的核心技术之一便是氢燃料电池,由一家位于武汉的企业生产。

那么,如何实现太阳能与氢燃料电池的结合呢?当无人机在高空飞行时,可以利用太阳能为飞行提供动力,同时通过机身上安装的冷凝装置收集空气中的水分,并利用太阳能电池板供电进行电解水制氢。所产生的氢气将被储存在复合碳纤维材料制成的储氢罐中,或更先进的碳纳米管中。当无人机遇到阴天、夜晚等无法获得充足阳光的情况时,氢燃料电池将启动,为无人机提供必要的动力,直至其再次进入阳光充足的高空环境。这种结合太阳能和氢燃料电池的方式不仅使无人机具备了长时间甚至近乎无限的续航能力,还能有效应对不同天气条件的影响,避免因温度变化导致电池性能下降的问题。此外,这种混合动力无人机还可以作为空中制氢站,为其他无人机提供氢燃料补给,类似于空中加油。

除了太阳能和氢燃料电池,还有一些其他技术可以为无人机提供超长续航能力。例如,放射性同位素核电池是一个可行的选择。早在上世纪60年代,前苏联就已经在卫星上使用了这种技术,其原理是利用放射性同位素衰变产生的热能或电位差来发电。随着技术进步,核电池的安全性和实用性得到了显著提升。据报道,俄罗斯科学家正在研发一种使用寿命可达100年的核电池,采用了多孔碳化硅结构来保护放射性物质,从而在保证安全的前提下延长电池的工作寿命。这种新型电池使用的放射源是碳14,具有较长的半衰期(5700年)且毒性较低、成本低廉。碳14的辐射可以通过一张纸屏蔽,因此具有较高的安全性。核电池的发展方向是提高能量转换效率、减小体积和增强安全性,使其能够适应各种尺寸无人机的长期续航需求。此外,核电池还可以与氢燃料电池结合,进一步提升无人机的动力性能。因此,核电池有望成为未来无人机动力技术的重要组成部分。

关于未来无人机动力技术的研究,还有许多令人期待的技术方案,比如利用微生物发电等创新技术,这些都需要我们继续在基础科学领域进行深入研究和试验。

    本文来源:图灵汇
责任编辑: : 央宗
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