最大載重六千克、最大續航四小時、極寒環境正常飛行——全球首款百公里級氫動力多旋翼無人機進入量產階段

洪恒飛 吳啟帆 科技日報記者 江耘

連續飛行90分鐘后，一架軸距1.6米、起飛重量近25千克的無人機在北京航空航天大學杭州國際校園科研樓前的草坪上平穩降落。這是8月26日下午，“天目山一號”氫動力長航程多旋翼無人機（以下簡稱“天目山一號”）的測試場景。

天目山實驗室“高性能機載氫動力系統研制及應用”項目首席科學家、“天目山一號”總設計師徐偉強介紹，這是全球首款百公里級氫動力多旋翼無人機，目前已進入小批量生產階段，具有超長續航、超低溫環境適應性和零碳環保特性。

采用鋰電池供電的工業無人機，常溫下飛行時間普遍不到1小時，飛行半徑僅為幾公里，低溫環境下續航還要“打折扣”。

相較于鋰電池，氫燃料電池具有清潔、寬溫域、能量密度高等優勢。用氫燃料電池供電，被業內視為解決工業無人機行業痛點的有效方案。

天目山實驗室是浙江省人民政府批準設立的航空浙江省實驗室，是支撐浙江省高水平建設民航強省、打造低空經濟發展高地的創新策源地。自2022年立項研制“天目山一號”以來，徐偉強就帶領團隊開展高能量密度、高功率密度、高低溫適應性的機載氫動力系統技術攻關。

徐偉強介紹，“天目山一號”采用一體化成型輕質碳纖維機身，空機重量19千克，最大掛載重量6千克，最大續航4小時。它的長續航動力，來自團隊完全自研的氫動力系統。

“在材料配比工藝、輕量化設計等方面，團隊圍繞氫動力系統研發做了大量工作。”徐偉強表示，氫動力系統由氫燃料電池及儲氫裝置組成，其中采用的風冷燃料電池堆，能量密度最大可超過1000 Wh/kg，約為鋰電池的5到6倍，極大地提高了無人機的續航能力。

此前，“天目山一號”已經歷數次測試，比如今年1月在內蒙古根河零下40攝氏度的環境下連續飛行超100分鐘，8月在西藏林芝海拔4500米以上的高原完成低氧環境下的連續飛行測試。

值得一提的是，“天目山一號”也是全球首款集成降落傘設計的量產型氫動力無人機，當飛行過程中出現意外，會自動彈出降落傘，提升無人機的安全性和可靠性。

今年3月，“天目山一號”在陜北某地開展天然氣管線泄漏巡檢的示范作業。其間，“天目山一號”攜帶多載荷，在地勢起伏的黃土高原仿地飛行超兩小時，連續巡檢50公里，在個別點位測出隱患。

“巡檢時，無人機不能飛太高，也不能飛太快，需要仿地飛行。這種飛行模式對電池續航要求很高。”徐偉強說，按照傳統的巡檢方式，工人們需要驅車到山下，登山后分組分段巡檢，成本高且效率低。如今這項工作，只需操作一臺無人機即可完成。

針對工業無人機長距離、大面積的作業需求，無人機機巢應需而生。然而，單臺機巢覆蓋半徑通常為幾公里，需要提升建設密度來擴大作業范圍。

“天目山一號”具備一鍵自主起降、100公里超視距連續作業的技術能力，改變了傳統工業無人機的應用模式，已在油氣勘探、電力巡檢、應急救援、森林防護、水利監測等多場景獲得示范應用，尤其在連續長距離作業和北方高寒工況下，具有廣闊的市場推廣應用前景。

基于該成果，項目團隊已注冊公司，正與央企國企開展深度對接，將在浙江進一步推動該成果的產業化，已有產線可實現年產300臺“天目山一號”。