临近空间太阳能无人机可以利用太阳能作为能量来源在白天巡航，并将剩余的能量储存在高密度储能电池中用于夜间巡航，因此理论上能够打破常规飞行器所无法实现的永久飞行瓶颈，由于其对地分辨率高、覆盖范围广的特点，在机载预警、高空中继通信等军用和民用领域都有很大的发展潜力。因此，高空长航时太阳能无人机以大中型无人机为平台主体，飞行于数千米以上中高空及临近空间,具有展弦比大、留空时间长、任务范围大、效用广、生存能力强的特点，已成为当前国际国内工程和学术领域的热门研究方向。但总体而言，一些关键技术难点还需要进一步突破和验证。例如，太阳能无人机具有展弦比大，机翼载荷小的特点，容易导致较大的挠度和变形，此外还存在可靠性低、载荷能力弱、机场起降条件严格等局限，亟需寻找新的研究方向。 

　　基于空气动力学、控制论、无线通信理论等多学科交叉，以集群无人机平台为结合点，融合高空长航时无人机两类平台的性能和任务优势，面向集群无人机创新发展，无人飞行器实验室研究一种结构新型的组合式无人机（图1），将高空长航时和集群智能化相结合，旨在发展面向多类空域融合运用的技术体系和装备平台。组合式柔性无人机以低成本、高可靠、易群组的中小型无人机为基本单元，数架单机之间通过柔性结构连接组成具有大展弦比无人机的协同整体，具有可拆分可重组特性，同时具有小型集群无人机和大型无人机的优势，可以实现模块化组合拆分，通过将多个小型太阳能无人机柔性组合成整体，形成超大展弦比组合太阳能无人机（图2）。在平台特性方面，柔性连接通过单机自稳互补从而增加抗风特性，穿越爬升至临近空间后可分散执行侦查、预警、测绘任务。夜间组合在一起滑行降高，白天分布式执行任务提高效率，从而保证任务和昼夜能量平衡。此外，通过拆分多个小型太阳能无人机，机场起降条件问题得到有效解决，可分别起飞，空中组合执行任务，返航降落时拆分降落，极大提高了大展弦比太阳能无人机的场地适应性。在任务特性方面，组合体太阳能无人机能够利用近距离组合优势，通过搭载分布式雷达收发组件，结合高速数据链、数据共享和分布式计算，组成远大于常规尺寸的传感器阵面，极大提高侦查探测能力，还可具备任务自组织和重构能力，极大提高效费比。 

　　基于上述背景，工程热物理研究所无人飞行器实验室针对组合式太阳能无人机的气动特性进行了研究与分析（图3），结合常规太阳能无人机的飞行策略，设计了以能源效用最大化为目标的组合式太阳能无人机飞行策略。通过设计组合式太阳能无人机的航迹规划算法，解决了组合式太阳能无人机以任务为导向的航迹规划问题（图4）。将研究结果与传统常规布局太阳能无人机路径优化结果进行比较，结果表明了组合式太阳能无人机在能量闭环的前提下能够具有更多的任务优势，并且通过协同航迹规划算法能够支持更复杂场景下的实际应用。目前实验室正在进行组合式缩比验证样机的总体设计及制造，下一阶段将开展组合式无人机的技术验证和试飞试验。 

　　图1 组合式无人机的基本形式  

　　图2 组合式太阳能无人机 

　　图3 组合式太阳能无人机气动性能分析 

　　图4 组合式太阳能无人机路径规划