我国首个纯太阳能无人机首飞成功｜DF创客周刊（第 7 期）

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封面图
猜猜眼前这个家伙，是个什么东西？



被网友戏称为“晾衣架成精”的它，其实是一款太阳能无人机。

就在这两天，它在陕西成功完成了全程26分钟的试飞——我国首款以太阳能为唯一动力的大型无人机也就此诞生。



这种无人机不需要任何其余燃料，就可以在天上一直飞（理论上），是军事等领域里的重要技术。
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值得注意的是，我国是第三个掌握该技术的国家。

这款无人机的名字叫“启明星50”，来自中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院（简称“航空工业一飞院”）。

除了“我国首款以太阳能为唯一动力能源”这个title，它也是：

• 首款采用双机身布局的大型无人机
• 首款超大展弦比高空低速无人机
  

其中，双机身布局好理解，这种设计最大的优点就是载重大、航程远，因为双机身可以带来更长的机翼。

就像本次的“启明星50”，翼展（机翼左右翼尖之间的距离）就有50米，跟普通民航飞机差不多（比如波音787为60.12米）。



据设计师介绍，“启明星50”还采用了模块化的设计，可以快速将单机拆为两架飞机，或增加一个机身模块。

接着，再来看超大展弦比。所谓“展弦比”，其计算方法是用翼展的平方除以翼面积。

所以越是外观细长的机翼，其展弦比越大，展弦比越大，飞行时间就更长。

（在动物界，很多需要进行长距离飞行或长时间翱翔的鸟类，如信天翁和鹰，通常也具有大展弦比的翅膀。）

目前，“启明星50”的设计目标是连续飞行7天。

据介绍，为提高光电转换效率以及避免大气剧烈扰动，“启明星50”这种太阳能无人机的飞行高度均为平流层，巡航高度可达20000米以上。

理论上来讲，它们可在空中停留长达数月乃至数年。

以上两个基本特点（超长留空时间、大飞行高度）就跟卫星一样，因此，太阳能无人机也被称作 “伪卫星” ，环保，成本更低。

当然，由于太阳能提供的功率所限，这种“伪卫星”的飞行速度只能达到100千米/小时左右（民航飞机的飞行速度为800千米/小时至1000千米/小时）。

所以我们也能看到“启明星50”的机翼上全部贴满了太阳能板。



这种无人机有何用处？

答案是：高空侦察、森林火情监测、大气环境监测、地理测绘、通信中继等等，它都行。

尤其是通信，被认为是最佳的落地场景：既可以充当空中基站增强已有通信服务，也可以补盲偏远地区，以及突发灾害时提供应急，再就是军事中的远程中继通信。

说起来，“启明星50”倒不是我国第一个太阳能无人机。

2017年，由中国航天科技集团公司第十一研究院研发的“彩虹”号太阳能无人机试飞成功。

我国也由此成为继美、英之后第三个掌握该技术的国家。

据悉，“彩虹”号的翼展为45米，留空时间大于24小时，升限超过20000米。



除了航空工业和航天科技，航天科工也在搞这项技术，他们代号为“飞云”的无人机在2019年取得首飞成功。

这次“启明星50”终于做到了真正的纯太阳能，不过有知乎网友指出（@大河豚），我国的太阳能无人机据领先还有差距。

目前，由美国军方和空客合作研发的Zephyr号，仍是世界上飞行时间最长的太阳能无人机，最高记录为64天。

据悉，Zephyr的翼展为25m，重量不到75kg，一个Zephyr的覆盖范围可相当于250个信号塔。



除此，Facebook为了推行全球连网计划也设计了一款太阳能无人机“Aquila”。

2017年，该机在第二次试飞中成功，飞行了1小时46分钟。



来源：量子位[1]

图片&视频


树木监测仪


这其实是一个低成本的数字测径仪，具有无线数据传输功能。简单来说，它是测量、记录和可以无线报告线性位移变化的设备。用最常见的电子元件制作而成，技术也不太复杂。

树木或者水果的直径其实每天其实都会发生变化，对这些日常直径变化的比较可以帮助预测它们对水的需求。数周甚至数月内收集的直径测量数据可以显示植物生长的速度和幅度。来源[2]


四足昆虫机器人




一个带有IMU和ToF激光雷达传感器的四足昆虫机器人，可以用于测绘和导航。来源[3]

逗猫装置


▲ 来源：Instagram @tpc_insta

有了这个，家里的猫猫可以玩很久 :)


带MPU6050的Arduino控制伺服系统

▲ 来源：Instagram @fahriatlay

MPU-6000（6050）为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。当连接到三轴磁强计时，MPU-60X0提供完整的9轴运动融合输出到其主I2C或SPI端口(SPI仅在MPU-6000上可用)。

想想可以有什么好的应用。


螺丝"钢琴"

▲ 来源：Instagram @pablosantemusica

非常有意思。

基于MEMS的自制“空调”








看起来效果不错的样子。来源[4]


新闻

RISC-V要上天了


RISC-V，真的要上天了！

因为美国知名的RISC-V芯片设计厂商SiFive宣布：

NASA选中RISC-V，作为下一代高性能航天计算 (HPSC) 提供核心CPU。



SiFive声称，该处理器将提供至少100倍于当前航天计算机的算力，且将适用于从行星探索到月球和火星表面任务的所有类型的未来太空任务。

消息一传出，有网友表示惊讶：还以为NASA会选择一个已被检验过的CPU，没想到选了RISC-V。



那么这一选择背后的考量是怎样呢？

首先，让我们认识一下RISC-V芯片的载体——HPSC。

HPSC，是NASA正在打造的下一代高性能航天计算，其目标是取代老化的基于PowerPC的BAE系统的RAD750单板计算机。



美国宇航局高级航空电子设备首席技术专家Wesley Powell对此表示：

我们目前的航天计算机是近30年前开发的，虽然它们在过去的任务中表现出色，但未来的NASA任务需要显着提高机载计算能力和可靠性。

新的计算处理器将提供性能、容错性和灵活性所需的进步，以满足这些未来的任务需求。



正是基于此，符合这些条件的RISC-V也就顺势而出了。

据SiFive官网介绍，除了4个通用的SiFive RISC-V内核，HPSC还将使用8核的SiFive X280 RISC-V矢量核。

X280，是一个多核、多集群能力的 RISC-V处理器，提供了对RISC-V矢量扩展标准和SiFive智能扩展的全面支持，并针对边缘的AI/ML计算进行了优化。

这也意味着，X280在拥有比标准RISC-V内核高六倍的性能时，还能保持平台的低功耗。



除此之外，在纯粹的性能外，用于外太空的芯片还必须可以应对恶劣的操作条件，而新的容错处理器正是X280的特点之一。

最后，也可能是最重要的，是RISC-V的开源属性。

根据SiFive业务发展高级副总裁Jack Kang的说法，RISC-V架构是最有可能在10年、15年甚至20年后拥有大量开发人员基础的架构之一，因此选择RISC-V将是NASA的一个安全赌注。

综上所述，高性能、低功耗、容错属性和长使用寿命，RISC-V能荣升宇航级应用也就不奇怪了。来源[5]


参考资料
[1]我国首个纯太阳能无人机首飞成功！飞行高度可达2万米，相当于一颗“伪卫星”: https://mp.weixin.qq.com/s/bF39fBX7hmyE8lJ_0z1CYg
[2]树木监测仪: https://hackaday.io/project/185224-opendendrometer
[3]四足昆虫机器人: https://hackaday.io/project/183661-twerk-lidar-robot
[4]基于MEMS的自制空调: https://hackaday.io/project/180609-personal-air-conditioning-with-mems
[5]RISC-V要上天！NASA选它做下一代航天计算芯片: https://mp.weixin.qq.com/s/nPBRV68W7-GnTYQV8zWKXg

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