英国QinetiQ公司在2003年启动了西风无人机项目，并一直保持了在此领域的地位。西风系列无人机原型系统采用渐进式逐步增加系统的尺寸和能力，并在澳大利亚、欧洲和美国等地完成了飞行测试。其中，西风-5无人机在2005年完成的4小时、高达36,000英尺高度的测试飞行具有重要的标志性意义。

 

　　尽管在西风无人机之前已经有多个有人驾驶和无人驾驶的太阳能动力飞行项目，但西风无人机经过飞行测试已经展示其应用价值并获得了英国国防部的订单。

 

　　太阳能已经在多个技术领域应用，但在太阳能动力飞行中还存在诸多挑战，特别是像西风无人机一样在同温层持续飞行。

 

　　西风无人机将面对来自技术和环境的组合挑战。在同温层利用太阳能动力飞行，要求无人机轻巧高效，并且能够同时耐受高空极端低温和长达6小时的升空过程的气流扰动，并持续稳定飞行。

 

　　太阳能动力飞行的重要限制来自于夜间电池供电和飞行纬度约束，在高纬度地区飞行由于阳光入射角度较低可能导致无法满足电池充电要求。对比其他太阳能动力飞行器，西风无人机已经验证了其高度高纬度飞行能力。

 

　　西风项目创始人之一Paul Brooks在国际无人系统协会表示，太阳能动力飞行达到一定高度并不困难，具挑战性的是保持长航时飞行高度并能在夜间运行。

 

　　为了高效提供可靠的有效服务，高空太阳能动力飞行器必须保持在高于高速气流层的高度（约45,000~50,000英尺）飞行，以远离高速气流层及其以下的气流扰动。如果飞行器在夜间因诸如电池供电不足等原因无法保持飞行高度，其不得不下降至对流层顶（对流层和同温层过渡区域），由于该高度层的气流扰动较多，飞行器将无法维持高效飞行并提供载荷服务能力。

 

　　在高速气流层，低速飞行器将无法维持稳定的位置。西风-S无人机将在高于高速气流层以大于风速的速度飞行能力，这将使其具备定点航行和机动部署的能力。

 

　　Brooks还指出，由于在赤道附近日照充足且高速气流影响减弱，太阳能动力飞行器在赤道附近飞行更容易。由于高速气流在赤道附近速度较小且影响高度范围较低，无人机可以在更低的高度以更小的速度飞行。

 

　　西风系列无人机目前新构型为西风-S，其基于上一构型西风-8设计，“S”指该构型采用单尾布局，该型号未来将交付英国国防部使用。

 

　　西风无人机的碳纤维机身设计采用杆式机身的形式支撑机翼表面，它们的外部部分是二面体 - 鼻架式有效载荷短舱和T形尾部组件。 机翼和水平尾翼表面的上部由太阳能电池覆盖，每个机翼在其内侧翼部分的前缘上安装一个电动牵引推进器。机体上没有安装起落架，通过手动发射。

 

　　Brooks指出，飞机只有方向舵和升降舵两个控制舵面，并未安装如柔性翼或扰流板等复杂控制元件，而西风S将比西风7无人机性能提升112％，即当前纪录平台性能的两倍。

 

　　根据目前的配置，S型具有25米翼展（西风7翼展22.5米），续航时间至少为30天，机身全重62千克，其中约一半为电池，有效载荷为5千克。

 

　　通过综合减少飞机质量并提高功率效率提升性能。新款无人机比上一版减重约30％，电池质量增加50％，保温增加了20％。必须在保持机身的强度和完整性的同时，减少机身重量，已经在实验室对S型无人机完成2.5 g的加载试验。

 

　　飞机性能的核心是其动力技术。西风S使用Microlink Devices的外延提升式多结太阳能电池板，提供28％的效率，这些使用基于砷化镓的技术，可提供高达1500 W/kg。另一项关键设计是将太阳能电池板安装到机身上，由于其具有非常轻薄的结构，如聚酯薄膜，因此安装非常有难度。当前的太阳能电池技术已经足以支持满足目前和未来在纬度40度左右全年运行的飞行性能要求。

 

　　西风无人机于2013年3月被空中客车公司国防和空间部门收购，并形成了公司高空伪卫星（HAPS）概念的飞行器组件。

 

　　空中客车公司自2008年以来一直致力于高空伪卫星研究，通过跨部门项目开发此能力，并不认为HAPS将与卫星或传统的高空长航时（HALE）无人机竞争，而是形成独特的能力。例如，HAPS可以对某区域提供持续数月的季度性监测能力。遥感和类似卫星的通信已经被确定为HAPS的特定应用领域，许多有效载荷准备与西风无人机集成。

 

　　空中客车公司指出HAPS的卖点是能够提供重要的覆盖和卫星的长航时能力，同时提供典型燃料动力无人机或载人飞机的集中的本地化能力，并大大降低运营成本和投入。

 

　　该公司建议HAPS以与卫星相同的方式运行，对所需的操作进行直接控制和监督，并具备由单个操作员通过非连续通信控制多个平台的能力。

 

　　空中客车公司认为，尽管平台很轻，有效载荷能力很小，但其相对较低的运行高度可使其发挥类似卫星的功能，HAPS的高度为20公里，执行类似功能的卫星为600公里，HAPS上1千克的载荷可等效于在低地球轨道卫星上1吨的有效载荷。

 

　　HAPS的成本也非常有吸引力，空中客车公司预计，当生产率和运营需求达到确定水平时，飞行器的成本约为100万美元，每飞行小时的运营成本低至100美元。

 

　　英国国防部将成为评估该平台的名防务客户并订购了三架西风S平台，两架于2016年2月订购，总价值为1060万英镑（1360万美元），于8月份增加了第三架的采购，使合同总价值达到了1300万英镑，这些将成为运营概念演示（OCD）的一部分，由英国军方和其他政府部门评估西风的能力和潜力。

 

　　在有三架无人机的情况下，该计划将能够测试两架飞机同时运行，并展示运行交接，以表明作战能力可无限无间断持续。

 

　　OCD将于今年晚些时候开始，预计持续三个月。飞机交付英国国防部后，于2017年夏天运行交接演示。空中客车公司将负责该演示的运行保障工作。

 

　　在OCD计划期间将试验的一个功能是通过3G蜂窝系统及下一步4G系统数据链路传输实时图像和视频。2015年12月，Roke Manor 研究机构与英国国防部签订合同，开发能够在高空无人机上运行的数据链路，并与50公里外的地面设施进行通信。该解决方案被设定为利用商业现成的3G硬件结合定制的自适应波束成形技术，其通过将信号指向特定的蜂窝地面设施或军事基站来实现高空传输。

 

　　Roke Manor研究机构代表表示，解决方案将利用其Smartlink系统，预计将达到5-10Mb / s的传输速率，由于UAV具备转换能力可同时与军民地面设施配合使用。无人机下行单元在军用频段中用于基带信号处理，然后上行单元将其再次转换成正常的民用频段，以接入标准的民用蜂窝调制解调器。同时还考虑包括反干扰能力在内的军用因素。（航空工业发展研究中心 王乾）