新玩家的涌現讓高空太陽能無人機市場蓬勃發展

梁劍

在平流層高度觀測地球、收集數據等活動背后所蘊藏的巨大商業價值，使越來越多的企業開始涉足高空偽衛星領域。截至目前，僅英國國內從事該項業務的企業至少已經達到四家。當然，高回報需要高投入的支撐，高空偽衛星平臺的研制盡管已經取得了不小的進步，但是包括高性能的電池、控制系統與控制器等在內的許多關鍵設備性能仍然達不到商業運營的需求，而這也將是高空偽衛星領域未來一段時間內的攻關重點。

今年2月底，據來自英國國內的一則消息稱，成立于2014年的Astigan公司作為新玩家，已經做好準備進入競爭日趨激烈的高空偽衛星（High-altitude Pseudo-Sate…teHAPS）市場。Astigan也成為繼空客、Ascenta、Prismatic之后，英國第四家從事該項業務的公司

Astigan公司在201 4年成立之后不久，英國地形測量局（ Ordnance Survey，英國官方的測繪機構）即宣布向該公司投資，并成為公司的大股東。作為英國國家級的測繪機構，英國地形測量局近年來一直在尋求降低獲取測繪數據的成本，而HAPS在這方面具有極大潛力。

Astigan公司在參與奎尼蒂克公司“西風”（ Zephyr）太陽能無人機（該無人機最初由奎尼蒂克公司負責研制，空客集團于2013年收購了該項目，并將其歸入空客集團所屬防務與航天事業部）項目期間，積累了大量技術和工程方面的經驗。其實在上述四家公司中，除了Astigan，Prismatic公司也曾參與過“西風”無人機項目。20世紀90年代末，奎尼蒂克公司組建了一個規模很小的技術團隊，啟動了“西風”太陽能無人機的研制。作為Astigan公司現任CEO，布萊恩·瓊斯曾于2003年加入奎尼蒂克公司的這個技術團隊，該團隊的目標是使他們研制的太陽能無人機能夠打破此前由高空氣球創造的40km高空續航紀錄。而這項紀錄正是由布萊恩·瓊斯和高空熱氣球運動員波特蘭·皮卡德于1999年創造的，當時他們駕駛“百年靈軌道飛行器”3號熱氣球用了22天完成環球連續不間斷飛行。

空客集團在收購了“西風”無人機項目之后，對項目的定位進行了調整，主要面向防務和安全領域的客戶，而Prismatic和Astigan公司的產品，則主要面向商業領域的客戶，英國地形測量局將成為后者的第一個客戶。布萊恩·瓊斯曾經對媒體表示：“對于英國地形測量局來說，要保持測繪領域領先優勢，選擇HAPS無人機具有戰略必要性，我堅信我們的項目一定能成功。我們有出色的技術團隊，同時英國地形測量局對我們的項目100%地支持，我堅信我們的項目一定能成功。”在Astigan公司的計劃中，除了英國地形測量局，未來還會有更多的潛在客戶，比如包括大學在內的一些科研機構，他們需要對自己研制的各種傳感器設備進行測試，但是又不能加載在衛星上，我們的平臺就是很合適的選擇。

“西風”無人機項目作為歐洲最早的HAPS項目，被空客集團收購之后，得益于后者強大的資金實力與研發實力，項目進展一度非常迅速。2018年7-8月，“西風”無人機的最新改進型——“西風”S在澳大利亞西部地區創下了連續飛行26天的高空續航紀錄。

截至目前，Astigan公司已經制造了4架用于技術驗證的Astigan A型雙尾撐太陽能無人機，該機翼展28m，并且已經在英國和西班牙完成了多個架次的飛行測試。按照Astigan公司的計劃，AstiganA將在今年晚些時候進行高空飛行測試，但是測試地點還沒有對外公布。

除了用于技術驗證的Astigan A之外，該公司還在制造外形尺寸更大的Astigan B，后者的定位是商用平臺。AstiganB的翼展達到38m，最大起飛重量149kg，這些數據已經超過了空客集團的“西風”S。作為CEO，布萊恩·瓊斯對他們的產品滿懷信心，“我們的目標是讓Astigan B的有效載荷達到25kg。與空客集團的‘西風’相比，這個數字要超出很多，但是我們有信息實現目標，因為我們的飛機質量更大。”

布萊恩·瓊斯去年底的時候曾經向媒體透露，Astigan B無人機計劃于2020年進行首飛，并將于2020-2021年間正式投放市場。

Astigan B無人機的制造工作由位于英國布里奇沃特（ Bridgwater）的艾森塔工廠（ Ascenta）負責。艾森塔工廠此前主要負責社交巨頭Facebook公司的Aquila太陽能無人機的制造，Facebook公司希望用該無人機向偏遠地區提供價格更低的網絡服務，從而增加自己的客戶量，促進企業應收。但是2018年6月，Facebook公司宣布取消自己的Aquila無人機項目，轉而專注于HAPS平臺控制技術和高密度電池技術，以及數據高速下載技術方面的研究。Aquila無人機項目被取消之后，艾森塔工廠也隨之關閉。

Astigan B采用車輛拖拽的發射架發射升空，離地速度為11.5km/h，采用泡沫墊降落回收。

相對于其他技術而言，電池技術是HAPS這類平臺所面臨的最大挑戰，包括電池的能量密度、續航時間、制造成本等。用布萊恩·瓊斯的話說，雖然電池技術在最近幾年取得了諸多進步，但是仍遠低于預期。與其他公司的產品相比，Astigan公司將研制中的Astigan B無人機的續航時間定在了90天，這也是出于電池技術考慮作出的決定。“截至目前，即使是市場最好的太陽能電池一蓄電池組合，在完成100個左右的充放電循環之后，其性能也會明顯下降。所以，將續航能力定在90天，是處于性能最優化以及安全方面的考慮。”

除了電池之外，HAPS無人機的另一大技術挑戰就是控制器的研發，控制器主要用于控制無人機在各個階段的螺旋槳轉速，也就是說既要保證螺旋槳在無人機起飛和爬升過程中的高轉速，也要能夠實現無人機在一定高度進行巡航的低轉速（螺旋槳在低轉速狀態下，還具備調整無人機偏航的功能）。而在高空飛行時，如何解決低溫對電池工作效率的影響，也是一個棘手的問題。

隨著越來越多的公司開始注意到在平流層高度觀測地球、收集數據等活動所蘊藏的巨大商業價值，HAPS平臺在高空飛行的安全性已經成為一個繞不過去的話題。所以，布萊恩·瓊斯建議所有的HAPS市場的進入者，都要自覺地和歐洲航空安全局（ EASA）、國際民航組織（ ICAO）等國際組織或者管理機構開展合作，以完善該領域的法規和制度.保障HAPS的運行安全。不過，國際組織要制定關于HAPS完整的適航法規，前后估計需要近10年的十年，與此同時，HAPS每個架次的飛行，都要基于安全法規單獨審批。