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太陽能飛機——基于廣義能源的總體參數(shù)設(shè)計 版權(quán)信息
- ISBN：9787030708441
- 條形碼：9787030708441 ; 978-7-03-070844-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
太陽能飛機——基于廣義能源的總體參數(shù)設(shè)計 本書特色
適讀人群 ：高等院校飛行器設(shè)計專業(yè)高年級本科生和研究生,飛行器設(shè)計工作的科研人員,工程技術(shù)人員該書探索了長航時太陽能飛行器的建模方法和總體設(shè)計。
太陽能飛機——基于廣義能源的總體參數(shù)設(shè)計 內(nèi)容簡介
針對超長航時太陽能飛行器能源系統(tǒng)的核心地位及其制約總體設(shè)計參數(shù)的特殊性，建立了以能量為中心的太陽能飛行器總體設(shè)計模型。提出了廣義能量概念，通過能量的耦合關(guān)聯(lián)，統(tǒng)一了推阻平衡、升重平衡、能量平衡等表達關(guān)系，深刻揭示了太陽能飛行器總體設(shè)計的核心是實現(xiàn)能量的獲取、存儲和釋放過程；建立了以能量為中心的總體設(shè)計模型，得到了長航時太陽能飛行器設(shè)計域的解析表達式，將飛行高度和翼載荷表示為氣動、結(jié)構(gòu)、光伏、儲能四個學(xué)科參數(shù)的代數(shù)表達式形式；分析了各學(xué)科的單參數(shù)敏感度，得到了影響長航時飛行的關(guān)鍵學(xué)科；分析了參數(shù)間的耦合影響，得到了學(xué)科之間的等價性規(guī)律。
太陽能飛機——基于廣義能源的總體參數(shù)設(shè)計 目錄
目錄
叢書序
前言
第1章 緒論 1
1.1 太陽能飛行器概述 1
1.2 預(yù)期應(yīng)用前景 2
1.2.1 ISR和中繼通信 2
1.2.2 災(zāi)害預(yù)警救援和評估 5
1.2.3 農(nóng)業(yè)監(jiān)視和決策支持 6
1.2.4 行星大氣探測 8
1.3 型號研究進展 9
1.3.1 型號研究里程碑事件 9
1.3.2 型號研究*新進展 18
1.4 理論研究進展 19
第2章 太陽能飛行器面臨的挑戰(zhàn) 23
2.1 各子系統(tǒng)的挑戰(zhàn) 23
2.1.1 氣動系統(tǒng) 23
2.1.2 推進系統(tǒng) 26
2.1.3 結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 28
2.1.4 控制策略 30
2.1.5 能源系統(tǒng) 32
2.2 總體設(shè)計的挑戰(zhàn) 37
2.3 本章小結(jié) 39
第3章 以能量為中心的太陽能飛行器設(shè)計域 40
3.1 太陽能飛行器基本建模理論 40
3.1.1 太陽能建模方法40
3.1.2 氣動建模方法 42
3.1.3 結(jié)構(gòu)建模方法 43
3.2 以能量為中心的設(shè)計域分析 44
3.2.1 太陽能飛行器的設(shè)計約束 44
3.2.2 太陽能飛行器的能量平衡 45
3.2.3 *大飛行高度和對應(yīng)翼載荷 49
3.2.4 實際*大飛行高度和對應(yīng)翼載荷 52
3.3 夜間翼載荷邊界的物理意義分析 53
3.3.1 翼載荷的物理約束 53
3.3.2 翼載荷的解析描述 54
3.3.3 具有物理意義翼載荷的存在性分析 55
3.4 太陽能飛行器參數(shù)靈敏度分析 59
3.4.1 單參數(shù)靈敏度分析 59
3.4.2 多參數(shù)靈敏度分析 66
3.5 本章小結(jié) 72
第4章 太陽能飛行器的總體設(shè)計方法 73
4.1 基于*優(yōu)化的總體設(shè)計方法 73
4.1.1 設(shè)計方法描述 73
4.1.2 優(yōu)化問題定義 73
4.1.3 優(yōu)化算例 75
4.2 基于保守設(shè)計的總體設(shè)計方法 79
4.2.1 設(shè)計方法描述 79
4.2.2 設(shè)計算例 79
4.3 基于動態(tài)過程的總體設(shè)計方法 81
4.3.1 設(shè)計方法描述 81
4.3.2 設(shè)計方法建模 82
4.3.3 設(shè)計算例 84
4.4 太陽能飛行器型號項目技術(shù)特征和可行性分析 84
4.4.1 Zephyr7的技術(shù)特征 84
4.4.2 Vulture的可行性分析 87
4.5 本章小結(jié) 90
第5章 能量不閉環(huán)條件下的長航時飛行 92
5.1 飛行航時計算 92
5.2 某飛行器總體參數(shù) 93
5.3 長航時飛行參數(shù)設(shè)計 95
5.3.1 儲能電池質(zhì)量對飛行時間的影響 95
5.3.2 儲能電池能量密度對飛行時間的影響 97
5.3.3 太陽電池轉(zhuǎn)換效率對飛行時間的影響 98
5.3.4 太陽電池轉(zhuǎn)換效率/儲能電池質(zhì)量對飛行航時的影響 99
5.3.5 功率因子對飛行時間的影響 100
5.3.6 試驗日期對飛行時間的影響 100
5.3.7 試驗緯度對飛行時間的影響 101
5.3.8 飛行半徑對飛行圈數(shù)的影響 102
5.3.9 飛行半徑造成的功率增加 103
5.3.10 航跡傾角對爬升功耗和飛行時間的影響 104
5.3.11 利用重力勢能儲能延長飛行時間 106
5.4 某太陽能飛行器飛行試驗 107
5.4.1 試驗原始數(shù)據(jù) 108
5.4.2 試驗數(shù)據(jù)分析 109
5.4.3 試驗結(jié)論 112
5.5 本章小結(jié) 112
第6章 太陽能飛行器新概念和新思路 113
6.1 太陽能飛行器的極限飛行高度 113
6.1.1 氣動性能所致飛行高度邊界 113
6.1.2 平飛速度所致飛行高度邊界 114
6.1.3 翼載荷所致飛行高度邊界 117
6.2 逐日飛行太陽能飛行器 120
6.2.1 地球逐日飛行 120
6.2.2 金星逐日飛行 128
6.3 繞地滑翔飛行太陽能飛行器 139
6.3.1 繞地滑翔飛行運動學(xué)方程 140
6.3.2 繞地滑翔飛行太陽能飛行器算例 141
6.4 本章小結(jié) 144
第7章 總結(jié)與展望 146
參考文獻 151
叢書序
前言
第1章 緒論 1
1.1 太陽能飛行器概述 1
1.2 預(yù)期應(yīng)用前景 2
1.2.1 ISR和中繼通信 2
1.2.2 災(zāi)害預(yù)警救援和評估 5
1.2.3 農(nóng)業(yè)監(jiān)視和決策支持 6
1.2.4 行星大氣探測 8
1.3 型號研究進展 9
1.3.1 型號研究里程碑事件 9
1.3.2 型號研究*新進展 18
1.4 理論研究進展 19
第2章 太陽能飛行器面臨的挑戰(zhàn) 23
2.1 各子系統(tǒng)的挑戰(zhàn) 23
2.1.1 氣動系統(tǒng) 23
2.1.2 推進系統(tǒng) 26
2.1.3 結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 28
2.1.4 控制策略 30
2.1.5 能源系統(tǒng) 32
2.2 總體設(shè)計的挑戰(zhàn) 37
2.3 本章小結(jié) 39
第3章 以能量為中心的太陽能飛行器設(shè)計域 40
3.1 太陽能飛行器基本建模理論 40
3.1.1 太陽能建模方法40
3.1.2 氣動建模方法 42
3.1.3 結(jié)構(gòu)建模方法 43
3.2 以能量為中心的設(shè)計域分析 44
3.2.1 太陽能飛行器的設(shè)計約束 44
3.2.2 太陽能飛行器的能量平衡 45
3.2.3 *大飛行高度和對應(yīng)翼載荷 49
3.2.4 實際*大飛行高度和對應(yīng)翼載荷 52
3.3 夜間翼載荷邊界的物理意義分析 53
3.3.1 翼載荷的物理約束 53
3.3.2 翼載荷的解析描述 54
3.3.3 具有物理意義翼載荷的存在性分析 55
3.4 太陽能飛行器參數(shù)靈敏度分析 59
3.4.1 單參數(shù)靈敏度分析 59
3.4.2 多參數(shù)靈敏度分析 66
3.5 本章小結(jié) 72
第4章 太陽能飛行器的總體設(shè)計方法 73
4.1 基于*優(yōu)化的總體設(shè)計方法 73
4.1.1 設(shè)計方法描述 73
4.1.2 優(yōu)化問題定義 73
4.1.3 優(yōu)化算例 75
4.2 基于保守設(shè)計的總體設(shè)計方法 79
4.2.1 設(shè)計方法描述 79
4.2.2 設(shè)計算例 79
4.3 基于動態(tài)過程的總體設(shè)計方法 81
4.3.1 設(shè)計方法描述 81
4.3.2 設(shè)計方法建模 82
4.3.3 設(shè)計算例 84
4.4 太陽能飛行器型號項目技術(shù)特征和可行性分析 84
4.4.1 Zephyr7的技術(shù)特征 84
4.4.2 Vulture的可行性分析 87
4.5 本章小結(jié) 90
第5章 能量不閉環(huán)條件下的長航時飛行 92
5.1 飛行航時計算 92
5.2 某飛行器總體參數(shù) 93
5.3 長航時飛行參數(shù)設(shè)計 95
5.3.1 儲能電池質(zhì)量對飛行時間的影響 95
5.3.2 儲能電池能量密度對飛行時間的影響 97
5.3.3 太陽電池轉(zhuǎn)換效率對飛行時間的影響 98
5.3.4 太陽電池轉(zhuǎn)換效率/儲能電池質(zhì)量對飛行航時的影響 99
5.3.5 功率因子對飛行時間的影響 100
5.3.6 試驗日期對飛行時間的影響 100
5.3.7 試驗緯度對飛行時間的影響 101
5.3.8 飛行半徑對飛行圈數(shù)的影響 102
5.3.9 飛行半徑造成的功率增加 103
5.3.10 航跡傾角對爬升功耗和飛行時間的影響 104
5.3.11 利用重力勢能儲能延長飛行時間 106
5.4 某太陽能飛行器飛行試驗 107
5.4.1 試驗原始數(shù)據(jù) 108
5.4.2 試驗數(shù)據(jù)分析 109
5.4.3 試驗結(jié)論 112
5.5 本章小結(jié) 112
第6章 太陽能飛行器新概念和新思路 113
6.1 太陽能飛行器的極限飛行高度 113
6.1.1 氣動性能所致飛行高度邊界 113
6.1.2 平飛速度所致飛行高度邊界 114
6.1.3 翼載荷所致飛行高度邊界 117
6.2 逐日飛行太陽能飛行器 120
6.2.1 地球逐日飛行 120
6.2.2 金星逐日飛行 128
6.3 繞地滑翔飛行太陽能飛行器 139
6.3.1 繞地滑翔飛行運動學(xué)方程 140
6.3.2 繞地滑翔飛行太陽能飛行器算例 141
6.4 本章小結(jié) 144
第7章 總結(jié)與展望 146
參考文獻 151
展開全部
太陽能飛機——基于廣義能源的總體參數(shù)設(shè)計 節(jié)選
第1章 緒論 本章緒論首先概述介紹太陽能飛行器，即太陽能飛行器的概念、主要特點等；并探討了太陽能飛行器的預(yù)期應(yīng)用前景；隨后介紹國內(nèi)外太陽能飛行器的研究進展，分為原型演示驗證機的研究進展和理論研究進展；*后介紹本書的框架結(jié)構(gòu)和主要創(chuàng)新點。 1.1 太陽能飛行器概述 光伏太陽能技術(shù)即通過太陽能光伏電池吸收太陽輻照，并將其轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。從20世紀(jì)70年代起，光伏太陽能技術(shù)被認為是人類獲得可替代能源的一項革命性途徑。然而，隨著上一次能源危機逐漸離我們遠去，人類對太陽能的興趣驟然下降[1]。步入21世紀(jì)，隨著社會的進步，人類對減少對化石能源的依賴，以及減少溫室氣體排放的呼聲越來越高。由于太陽能飛行器以可再生的太陽能作為能源，因此再一次吸引了航空航天領(lǐng)域研究人員以及公眾的廣泛興趣。從1974年，人類歷史上**架太陽能飛行器Sunrise I完成了首航，針對太陽能飛行器的研究就不斷的進行著。與傳統(tǒng)的飛行器不同，太陽能飛行器通過覆蓋在機翼表面上的太陽電池，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，所獲得的能量用于滿足飛行器白天飛行的能量需求，并將剩余的能量儲存在二次儲能電池中，當(dāng)夜間到來時，儲能電池將提供飛行器飛行所需的能量。太陽能所具有的環(huán)境友好和能量取之不盡、用之不竭的優(yōu)點，正符合了當(dāng)前全球化的環(huán)境主義精神即零排放和零污染等需求，因此太陽能飛行器在可預(yù)見的未來將會獲得巨大發(fā)展[2]。 由于太陽能是取之不盡的能源，太陽能飛行器在高空長航時(HighA ltitude and Long Endurance，HALE)飛行領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。太陽能飛行器可以設(shè)計飛行在臨近空間，即高于傳統(tǒng)的航空飛行器飛行空域且低于航天飛行器的飛行區(qū)域(20～100km)。此外，太陽能飛行器可以不間斷的飛行在臨近空間歷時數(shù)月甚至數(shù)年，飛行時間將取決于飛行器系統(tǒng)的可靠性和太陽光輻照條件[3，4]。如此長的飛行時間，對傳統(tǒng)的采用化石燃料的航空飛行器而言顯然是不可行的。太陽能飛行器可以作為低軌道衛(wèi)星的補充(即大氣層內(nèi)衛(wèi)星，Pseudo Satellite)，且具有如下優(yōu)點：飛行高度低、自由方便的部署調(diào)度、更高的對地空間分辨率、更高的對地觀察時間分辨率(重復(fù)覆蓋時間間隔短)，以及更低的研發(fā)、制造和使用成本[5]。太陽能飛行器亦可以作為高空氣球，臨近空間飛艇的替代品或補充，并具有如下優(yōu)點：較高的機動能力、較強適應(yīng)各種天氣的能力，以及可以方便的部署和回收。與傳統(tǒng)的低高度飛行的航空飛行器相比，太陽能飛行器具有如下優(yōu)點：具有較高的飛行高度和較大的覆蓋范圍。上述比較表明，太陽能飛行器可以完成多樣化的任務(wù)，在軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如：可以作為中繼通信平臺(Relay Communication)，情報/監(jiān)視/偵察平臺(Intelligence，Surveillance and Reconnaissance，ISR)，森林火災(zāi)早期預(yù)警(Wildfire Warning)，現(xiàn)代精密農(nóng)業(yè)輔助(Precision Agriculture)，油氣管道監(jiān)視(PipeLine Monitoring)，陸地和海洋邊界巡邏(Border Patrol)，環(huán)境污染和放射性災(zāi)害觀察等。上述的應(yīng)用任務(wù)中，許多工作環(huán)境是昏暗、骯臟、危險(Dull，Dirtyor Dangerous，DDD)[6]，這些工作往往是高風(fēng)險和高成本的。 雖然太陽能飛行器有誘人的應(yīng)用前景，太陽能飛行器是目前*尖端、*前沿的科學(xué)研究，且太陽能飛行器的可行設(shè)計域往往比較狹小。研究能在更高高度巡航且飛行時間更長的太陽能飛行器是該研究領(lǐng)域永恒追求的目標(biāo)。其中*核心的問題和困難是，高高度空大氣密度十分低，飛行功率需求高，而可獲得的太陽能卻并沒有顯著增加[7]。如20km高度的大氣密度僅為海平面大氣密度的十分之一[7]，因此用于支撐飛行器飛行的動壓顯著減小；*重要的是太陽能輻照的功率密度，以及儲能電池的能量密度都遠低于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機和化石燃料。上述約束導(dǎo)致了太陽能飛行器只有十分狹小的設(shè)計空間。總而言之，太陽能飛行器較傳統(tǒng)的航空飛行器是有較大技術(shù)難點的，主要集中在較小的翼載荷、較小的功率載荷，以及從始至終都緊缺的能源。因此從總體上看，太陽能飛行器需綜合考慮大型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、太陽電池轉(zhuǎn)換效率、儲能電池能量密度，以及推進系統(tǒng)等，使之能實現(xiàn)能量閉環(huán)且獲得更長時間飛行的能力。除此之外，我們應(yīng)該考慮多學(xué)科因素，如能源、結(jié)構(gòu)、氣動系統(tǒng)等。上述這些學(xué)科往往是相互耦合的。為得到一個較優(yōu)的設(shè)計，需要分析上述學(xué)科的敏感度和耦合關(guān)系，并采用多學(xué)科集成優(yōu)化的思路和方法。 1.2 預(yù)期應(yīng)用前景 1.2.1 ISR和中繼通信 基于氣體動力學(xué)的航空飛行器和基于軌道力學(xué)的航天飛行器，均會面臨永恒的矛盾和權(quán)衡：即對地觀測分辨率和瞬時覆蓋面積的矛盾，一般地，飛行高度越高，對地分辨率越低，然而瞬時覆蓋面積越大。臨近空間(通常定義為20～100km高度的空域)飛行器，根據(jù)其范疇一般飛行在高于航空飛行器且低于航天飛行器的空域，因此彌補了航空飛行器飛行高度太低和航天飛行器飛行高度太高的不足，且進一步豐富了信息支援平臺的選擇范圍[8]。太陽能飛行器是臨近空間飛行器中*具發(fā)展前景的飛行器。由于采用取之不盡、用之不竭的太陽能，太陽能飛行器的理論續(xù)航時間是無限的，因此可以作為大氣層內(nèi)的衛(wèi)星，在空中服役數(shù)年直至*后機械設(shè)備故障發(fā)生為止。傳統(tǒng)航空飛行器中，全球鷹(Global Hawk)無人飛行器，能在18.2km的高空連續(xù)飛行數(shù)天，首次驗證了HALE飛行和HALE飛行器的特點和優(yōu)點。而太陽能飛行器Zephyr7在2010年14天的連續(xù)飛行，充分展示了太陽能飛行器的優(yōu)勢，并進一步點燃了人類永恒飛行的夢想。美國國防部高級研究計劃局(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)的禿鷹(Vulture)計劃，提出了能在空中實現(xiàn)長達5年飛行的太陽能飛行器，此續(xù)航時間幾乎是大多現(xiàn)役衛(wèi)星的設(shè)計壽命。太陽能飛行器所謂的高空飛行特性，是與傳統(tǒng)的航空飛行器相比而言的。傳統(tǒng)航空飛行器的典型飛行高度在10km以下，而太陽能飛行器則可以連續(xù)飛行在30km高度甚至更高。 太陽能飛行器的HALE飛行特性，吸引了尤其來自軍方的廣泛興趣，它的首要應(yīng)用需求就是用于情報/監(jiān)視/偵察上述使用包括將太陽能飛行器嵌入C4ISR(Command，Control，Communications，Computers，ISR)系統(tǒng)中作為一個信息支援節(jié)點。當(dāng)前已經(jīng)有長航時航空飛行器(如GlobalHawk)用于ISR任務(wù)，盡管這些飛行器只能留空數(shù)小時或數(shù)十小時，并且消耗數(shù)以噸計的燃料。某些軍用衛(wèi)星平臺，如美國的KH-11和KH-12[9]也已經(jīng)廣泛用于ISR任務(wù)中去。然而這些衛(wèi)星平臺都受限于基本固定的工作軌道，并只能提供斷續(xù)的信息支援服務(wù)。要實現(xiàn)對同一個熱點地區(qū)的連續(xù)觀測，需要數(shù)顆衛(wèi)星協(xié)同工作。此外，衛(wèi)星的軌道可以簡單的預(yù)測，而實現(xiàn)軌道轉(zhuǎn)移尤其是異面軌道的轉(zhuǎn)移將消耗大量的寶貴燃料。 上述的這些因素，導(dǎo)致衛(wèi)星極容易受到非合作勢力的攻擊。近年來，基于輕于空氣理論的浮空飛行器如高空飛艇(HAA)等也被寄予希望用于ISR任務(wù)，如洛克希德馬丁(Lockheed Martin)公司的HAA飛艇等[10]。然而上述浮空飛行器通常具有十分龐大的體積，以致難以應(yīng)付平流層的橫風(fēng)。此外浮空飛行器需要面臨上升和下降過程中的體積變化等問題[11]。與之相反的是，太陽能飛行器能自由機動到指定的熱點地區(qū)，緩慢的盤旋在當(dāng)?shù)厣峡眨峁┻B續(xù)不間斷的ISR信息，并且能以一個相對較高的對地分辨率，長時間覆蓋一個相對較大的區(qū)域。圖1.1展示了Heliplat飛行器飛行在20km的高空，能為直徑約為300km的圓形地面區(qū)域提供信息支援服務(wù)；而為實現(xiàn)相同的效果，需要有5架中高空長航時無人飛行器協(xié)同工作，并且將要花費約是Heliplat飛行器4倍的成本。圖1.2展示了7～8架Heliplat飛行器就足以覆蓋整個南地中海，從西班牙至土耳其的廣大區(qū)域[12，13]。太陽能飛行器同樣受到來自民用部門的廣泛興趣，因為此類飛行器可以直接用于空中中繼通信平臺，如微波通信，高頻通信和甚高頻通信，此外還可以為蜂窩電話提供空中平臺。相比傳統(tǒng)的地面中繼通信系統(tǒng)，太陽能飛行器可以覆蓋更大的 圖1.1 高高度飛行的優(yōu)勢[12] 圖1.2 Heliplat為南地中海提供信息支援服務(wù)[13] 區(qū)域，而相比傳統(tǒng)的衛(wèi)星中繼通信，太陽能飛行器可以更方便地部署展開。在2002年夏威夷的考艾島(KauaiIsland，Hawaii)，美國航空航天局(NASA)開展了基于空中平臺的無線電中繼通信試驗。將一套通信設(shè)備International Mobile Telecommunication 2000安裝到太陽能飛行器Pathfinder Plus上，Pathfinder Plus飛行至20km的高空，該空中中繼通信平臺可以為超過200km半徑的地面區(qū)域提供移動通信服務(wù)[14]。理論上，太陽能飛行器飛行至20km高空時可以為地面水平距離為500km的區(qū)域提供信息服務(wù)，而飛行至30km高度時，該服務(wù)區(qū)域可以擴大至600km[15]。 1.2.2 災(zāi)害預(yù)警救援和評估 自然災(zāi)害如森林火災(zāi)、洪水、地震、火山噴發(fā)、海嘯、颶風(fēng)等每年都在發(fā)生，并且影響和破壞人類的正常生活。2004年的印尼海底地震引發(fā)的海嘯，奪去了來自14個國家230000人的生命。2008年的發(fā)生在中國四川的汶川大地震，奪去了69195人的生命。2013年11月，臺風(fēng)“海燕”襲擊了菲律賓，根據(jù)國際紅十字會(International Federation of Red Crossand Red Crescent Societies)統(tǒng)計，此次災(zāi)害共造成6183失去生命，318270個家庭流離失所。類似的大規(guī)模的災(zāi)害卻年復(fù)一年的發(fā)生。 盡管我們不能阻止某些自然災(zāi)害的發(fā)生，但通過有效的提前預(yù)測并發(fā)出警告，可以大幅度減小上述自然災(zāi)害帶來的損失。當(dāng)前對自然災(zāi)害建模和仿真(如天氣預(yù)報等)是廣泛使用的災(zāi)害預(yù)測方法。然而上述自然災(zāi)害系統(tǒng)是多維非線性等十分復(fù)雜的系統(tǒng)，以致準(zhǔn)確建模十分困難，甚至某些情況所建立的模型是不可信的。而原始直觀的對災(zāi)害進行感知(如深入當(dāng)?shù)剡M行圖像觀測)仍然是極為重要的，且可信度比建模和仿真更高[16]。通過抵近觀察獲得災(zāi)害發(fā)生的信號，能產(chǎn)生早期預(yù)警，并以近乎實時的速度將其傳遞至地面控制人員。太陽能飛行器具有HALE飛行的能力，是用于上述早期預(yù)警的理想平臺。通過在太陽能飛行器上安裝光學(xué)/紅外/雷達/多光譜等成像傳感器，并將其部署在敏感區(qū)域。同時太陽能飛行器可以在空中自由機動到其他敏感地區(qū)。通過水平掃描獲得關(guān)鍵的成像信息，進而獲得敏感地區(qū)的完整觀測報告。通過太陽能飛行器這個平臺，當(dāng)森林火災(zāi)發(fā)生時可以提供實時警報；當(dāng)火山噴發(fā)或海嘯發(fā)生時，可以跟蹤其發(fā)展擴散的軌跡；當(dāng)洪水發(fā)生時可以提供洪水蔓延的實時圖像。近年來，科學(xué)家和工程師已經(jīng)嘗試使用高空飛行平臺用于自然災(zāi)害的早期預(yù)警。例如在2007年，美國的DFRC和美國森林服務(wù)機構(gòu)(US Forest Service)合作啟動了Ikhana項目，目的在于使用MQ-9高空無人飛行器系統(tǒng)，用于監(jiān)視西部各州的森林火災(zāi)[17]。圖1.3展示了在上述任務(wù)中一次Castle Rock森林火災(zāi)的2D和3D視圖。 在自然災(zāi)害發(fā)生的地區(qū)，通常都會伴隨電力的中斷。此外，當(dāng)前的通信系統(tǒng)一般都是基于地面基站的蜂窩移動通信系統(tǒng)，上述系統(tǒng)在自然災(zāi)害發(fā)生時很容易被摧毀。對災(zāi)害發(fā)生地區(qū)的居民，通信和電力的中斷往往是噩夢，并會進一步阻礙救援行動的展開。例如，在2008年汶川地震中，在8名空降兵著陸到重災(zāi)區(qū)映秀鎮(zhèn)之前，人們還不知道那里發(fā)生了什么。未來，太陽能飛行器可以作為空中中繼通信平臺，可以向外界提供受災(zāi)地區(qū)的關(guān)鍵信息。在災(zāi)害救援的過程中，尋找幸存者，
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