中國科學家製造了他們聲稱的最小、最輕的太陽能飛行器。它足夠小，可以放在人的手掌上，重量不到美國鎳幣，並且可以在陽光下無限期地飛行。

微型飛行器 (MAV) 是昆蟲和鳥類大小的飛機，可能對偵察和其他可能的應用有用。然而，MAV目前面臨的一個主要問題是其飛行時間有限，通常約30分鐘。超輕型微型飛行器（重量小於 10 克）通常只能在空中停留不到 10 分鐘。

保持微型飛行器飛行時間更長的潛在方法是使用穩定的能源（例如陽光）為其提供動力。現在，在一項新的研究中，研究人員開發了他們所說的第一款能夠持續飛行的太陽能微型飛行器。

全新超輕微型飛行器 CoulombFly 僅重 4.21 克，翼展 20 公分。它的體積大約是之前最小的太陽能飛機的 10 倍，重量大約是之前最小的太陽能飛機的 600 倍。 四軸飛行器 它寬 2 米，重 2.6 公斤。

陽光動力飛行測試自然

北京航空航天大學能源與動力工程學院教授齊明鏡表示：“我的最終目標是製造一種超微型飛行器，其大小和重量與蚊子相當，翼展不到 1 厘米。” Qi 和建造 CoulombFly 的科學家開發了這種飛機的原型，寬度為 8 毫米，質量為 9 毫克，「但它還不能依靠自己的動力飛行。我相信，隨著微電路技術的不斷發展，我們能夠實現這一目標。

以前的陽光驅動飛行器通常依賴 電磁馬達，它使用電磁體產生運動。然而，太陽能飛機越小，收集陽光的表面積就越小，從而減少了其產生的能量。此外，隨著車輛尺寸的縮小，電磁馬達的效率急劇下降。較小的電磁馬達比較大的電磁電機會經歷更大的摩擦，並且由於其組件的電阻而導致更大的能量損失。齊和他的同事解釋說，這導致升力效率低。

CoulombFly 採用靜電電機，利用靜電場產生運動。靜電馬達通常用作微機電系統中的感測器（微機電系統），不適用於空中推進。儘管如此，科學家使用的靜電馬達質量僅為 1.52 克，其升力效率是其他 MAV 馬達的兩到三倍。

靜電馬達有兩個嵌套環。內環是一個旋轉轉子，擁有 64 個板條，每個板條均由覆蓋鋁箔的碳纖維板製成。它類似於彎曲成圓形的木柵欄，柵欄的柱子之間有間隙。外環配備了八對交替的正負極板，每個電極板也由粘合到鋁箔的碳纖維片製成。每塊板的邊緣還配有一個鋁製刷子，可接觸內環的板條。

CoulombFly 的靜電馬達上方是 20 公分寬的螺旋槳，與轉子相連。馬達下方是兩塊高功率密度薄膜砷化鎵太陽能電池，每塊尺寸為4×6厘米，質量為0.48克，能量轉換效率超過30%。

陽光使 CoulombFly 的外環帶電，其 16 個極板產生電場。外環板上的電刷接觸內環，為轉子板條充電。外環板的電場對帶電的轉子板條施加力，使內環和螺旋槳旋轉。

在自然陽光條件下（每平方米約 920 瓦光）的測試中，CoulombFly 在 1 秒內成功起飛，並持續飛行一個小時，性能沒有任何下降。研究人員表示，太陽能微型飛行器的潛在應用可能包括長距離和長時間的空中偵察。

懸停操作長期測試自然

CoulombFly 的推進系統可產生高達 5.8 克的升力。 Qi 表示，這意味著它可以支援大約 1.59 g 的額外有效載荷，“足以容納最小的可用感測器、控制器、攝影機等”，以支援未來的自主操作。 「目前，馬達、螺旋槳和電路等方面仍有很大的改進空間，因此我們認為未來可以將額外的有效載荷提高到 4 克。如果我們需要更多的有效載荷，我們可以改用四軸飛行器或固定翼設計，最多可承載 30 克。

Qi 補充道，“車輛應該可以攜帶微型鋰離子電池。”這意味著它可以儲存太陽能電池板的能量，即使在太陽沒有出來的情況下也能飛行，從而有可能實現 24 小時運行。

未來，「我們計劃在不同類型的飛行器中使用這種推進系統，例如固定翼和旋翼飛機，」齊說。

科學家詳細介紹了 他們的發現 7 月 17 日線上期刊 自然。

本文出現在 2024 年 9 月印刷版中，標題為「微型太陽能無人機永遠飛行*」。