飛行時間有限是限制微型飛行器（MAVs）廣泛應(yīng)用的一個重要障礙，尤其是對于重量不到10克的超輕型MAVs，通常它們的飛行續(xù)航時間不超過10分鐘。

太陽能是提高超輕型MAVs續(xù)航能力的潛在替代方案，但由于飛行器的有效載荷能力有限，以及傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)的升力-功率效率較低，以前的研究尚未實(shí)現(xiàn)完全由自然陽光驅(qū)動的MAVs的無限制持續(xù)飛行。

2024年7月17日，北京航空航天大學(xué)閆曉軍教授和漆明凈副教授在國際頂級期刊Nature發(fā)表題為《Sunlight-powered sustained flight of an ultralight micro aerial vehicle》的研究論文。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)推出了CoulombFly，一種由靜電驅(qū)動推進(jìn)系統(tǒng)組成的靜電飛行器。

集成飛行器及其由陽光驅(qū)動的持續(xù)飛行操作。

其升力-功率效率高達(dá)30.7 g W^?1，以及一個超輕型千伏電力系統(tǒng)，其功耗低至0.568 W，以實(shí)現(xiàn)在自然陽光條件下（920 W m^?2）的MAVs的太陽能持續(xù)飛行。

該飛行器的總重量僅為4.21克，是現(xiàn)有最輕的太陽能飛行器的1/600。

飛行器的尺寸比較和小型化

通過系統(tǒng)級設(shè)計(jì)探索，研究人員集成了靜電驅(qū)動推進(jìn)系統(tǒng)、超輕HVPC和高功率密度太陽能電池，讓陽光驅(qū)動4.21克超輕飛行器持續(xù)飛行。

當(dāng)前系統(tǒng)在 8.5kV 電壓下測得的最大升力為 5.8g，額外有效負(fù)載能力約為 1.59g，可攜帶額外的輕型執(zhí)行器、傳感器和控制電子設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)未來的自主操作。

這次由陽光驅(qū)動的持續(xù)飛行演示是開發(fā)長飛行時間微型飛行器的一個重要里程碑。利用靜電驅(qū)動推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行飛行是微型飛行器和納米飛行器中一種創(chuàng)新且有效的方法，為飛行器設(shè)計(jì)提供了另一種選擇。該系統(tǒng)可以大幅提高微型飛行器的續(xù)航能力，從而擴(kuò)大其未來的潛在應(yīng)用，例如遠(yuǎn)距離、長時間的空中偵察。

該研究獲得Nature/Science頂級期刊的同時封面推薦！

文獻(xiàn)信息：Shen, W., Peng, J., Ma, R. et al. Sunlight-powered sustained flight of an ultralight micro aerial vehicle. Nature 631, 537–543 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07609-4