澎湃新闻(wen)记者 贺梨萍 实(shi)习生 施语非
我国科研团队成(cheng)功研制出世界上最轻最小的纯自然(ran)光供能微型飞行器。这款太阳光驱(qu)动(dong)的超轻型微型飞行器CoulombFly重4.21克，比知了还要(yao)轻。
我国科学家研发的这款微型飞行器首次(ci)实(shi)现纯自然(ran)光供能下起飞的持续(xu)飞行。相关成(cheng)果于近(jin)日在国际学术期刊《自然(ran)》（Nature）发表，并同时获得《自然(ran)》和《科学》(Science)官网的首页推荐。
阳光功能飞行测试。(00:26)
在本成(cheng)果之(zhi)前，微型飞行器领域的最高水平成(cheng)果是哈(ha)佛大学2019年在Nature发表的Robobee飞行器，但仍需采用三倍太阳光的人工(gong)光源才(cai)能实(shi)现持续(xu)飞行，而本成(cheng)果仅依靠自然(ran)光即可(ke)实(shi)现持续(xu)飞行，可(ke)极大拓展此类飞行器的使用范围(wei)，在微型飞行器的发展进程中具有里程碑(bei)意义。
微型飞行器（MAVS）因其小体积、轻质量、高机动(dong)等(deng)特点，能够在狭小空间执行拍照、探测和运输等(deng)特种任务，在国民经济领域拥有广泛应(ying)用前景。然(ran)而此类飞行器普遍存在飞行时间短的痛点问题，尤其当重量小于10克时，其飞行时间一般不超过10分钟。
续(xu)航痛点最主要(yao)是目(mu)前微型飞行器一般采用传统的电磁(ci)电机作为(wei)发动(dong)机的驱(qu)动(dong)部件，电磁(ci)电机在微型化后转速(su)高、发热(re)大，能量转化效率急剧下降(jiang)，如果采用供电方便的自然(ran)太阳光作为(wei)能量来源，受限于太阳能电池(shi)的面积，很难满足飞行需求。
由北京航空航天(tian)大学漆明净和闫(yan)晓(xiao)军领衔的科研团队研制的新型微型飞行器，解决了这一难题。
北航团队研发的超轻型微型飞行器主要(yao)由静电驱(qu)动(dong)推进系(xi)统（静电电机和螺旋桨）和超轻千伏动(dong)力(li)系(xi)统（HVPC和太阳能电池(shi)）组成(cheng)。
团队从微型发动(dong)机的原理方面寻求突破，提出一种新的静电驱(qu)动(dong)方案，研制在微小尺寸(cun)下转速(su)低、发热(re)小、效率高的微型静电电机。
静电发动(dong)机的核心是静电电机，它是一种依靠静子(zi)和转子(zi)间的库仑力(li)（Coulomb force）来产生连续(xu)旋转运动(dong)的新型微型电机，具备结构简单和无需绕组的优势，其高电压（千伏级）、低电流（微安级）的工(gong)作特性也使其在工(gong)作过程中发热(re)少且无明显红外特征(zheng)。在小质量（5克以内）情况下，静电电机的能量转化效率可(ke)达(da)传统电磁(ci)电机的10倍以上，产生相同升力(li)所需功耗仅为(wei)电磁(ci)电机的1/10以内，相比传统电磁(ci)电机表现出颠覆式的效率和功耗特性。
静电电机的结构设计和效率特性。
静电电机仍需千伏级的高压电流来驱(qu)动(dong)，然(ran)而传统高压电源由于体积和重量过大，无法搭载在微型飞行器上。因此，团队还针对飞行应(ying)用场景，研制了千伏级超轻质高压电源，主要(yao)包括太阳能电池(shi)和升压电路两(liang)部分，其中升压电路可(ke)以在1.21克的重量下，将太阳能或锂电池(shi)输入的低压直流电，转换为(wei)4-9千伏的高压直流电，相比美国斯坦福大学研发的同类技术升压比提高了92%。这让高压电流在微小尺度下不再那么难以获取。
千伏级超轻质高压电源的构型与(yu)性能。
在微型静电电机和超轻质高压电源的助力(li)下，CoulombFly的整机仅有巴掌大小（翼展20厘米），重量比一张(zhang)A4纸还轻，尺寸(cun)和重量分别是此前世界最小、最轻太阳能飞行器的1/10和1/600。
现有太阳能飞行器参数对比和超微型静电飞行器构型。
更进一步，团队还提出一款翼展8毫(hao)米，质量9毫(hao)克的超微型静电飞行器，飞行功耗不到1毫(hao)瓦，展示了静电电机在飞行器进一步微型化中的巨大潜力(li)。
来源：澎湃新闻(wen)