美海軍無人機采液氫燃料電池進行續航能力測試

今年上半年
，美國海軍的研究者們在無人機發展上取得了重大的突破
，意味著有一天可以為戰鬥者提供新一代有效
、持續、低空的情報
、監視與偵察平台。海軍研究局的研究人員利用“離子虎（Ion Tiger）”wurenjijinxingleyeqingranliaodianchidedonglifeixingshiyan，jieguobiaomingzhexiangjishunenggoushiwurenjifeixinggenganjing，chixushijiangengchang。feixingshiyanshizaizhongdaxiyanghaiyujinxingde
，chuangzaolecileiwurenjixuhanglidexinjilu：4 月16 日至18 日共48 小時以上在空。

　　研究人員確認，和使用生化燃料動力源的平台相比，使用液氫燃料電池的無人機效率更高，且汙染小

，非常適應作為海軍未來的情報、監視與偵察平台。

　　美國海軍研究局戰術電子戰分部負責“離子虎”無人機項目的航空工程師約瑟夫•麥克克雷爾（Joseph MacKrell）說：“海軍對情報、監視與偵察的需求正在不斷增長，無人平台在目標上空待的時間越長越好

，這樣就能夠提供越多的情報、監視與偵察服務。”

　　麥克克雷爾表示，嚴格來說“離子虎”無人機目前還隻是一個試驗性項目
，軍方還沒有任何的終端用戶。他在這個項目上與海軍研究局的研究化學家和主要的調查者史維德•裏昂（Karen Swider-Lyons）合作發展這項技術，促成研究成果。

　　史維德•裏昂擁有化學博士學位。他說：“我們的結論是液氫燃料電池技術是可以投入實用的，但還需要克服很多困難。”

　　實際上，液氫燃料電池概念問世已經有一個多世紀的時間，但是此次“離子虎”無人機的飛行試驗還隻是這項技術從“嬰兒”階段邁入“學步兒童”階段的關鍵一步。液氫燃料電池第一個重大的現代支持者是阿爾•戈爾( Al Gore) ，他在20 世紀90 年代擔任美國副總統期間將此項技術視為減少對生化燃油依賴的重要手段。喬治•W•布什政府開始為這一技術相關的研究項目提供經費支持
，2003 年編列了12美元的預算。私營企業（大部分是自動化企業）已經為這項技術的發展投入了巨額經費，截止目前已經有100 億美元左右。

　　史維德•裏昂和麥克克雷爾以現有技術為基礎
，充分吸收自動化企業已經獲得的研究發展成果，為“離子虎”無人機研製出了動力裝置。他們的研究開始於10 年前。2007 年“離子虎”無人機項目啟動，2009 年使用氣態氫作為燃料進行了首飛。這些燃料進行了壓縮

，每平方英寸約5000 磅，存儲在南瓜大小的油箱中。這種無人機在首飛時的續航時間達到了24 小時。

　　因(yin)為(wei)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)運(yun)用(yong)的(de)電(dian)氣(qi)化(hua)學(xue)原(yuan)理(li)，所(suo)以(yi)不(bu)必(bi)通(tong)過(guo)燒(shao)毀(hui)過(guo)程(cheng)來(lai)產(chan)生(sheng)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)推(tui)力(li)的(de)能(neng)量(liang)。燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)氫(qing)原(yuan)子(zi)中(zhong)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)的(de)電(dian)子(zi)為(wei)外(wai)部(bu)負(fu)載(zai)的(de)移(yi)動(dong)提(ti)供(gong)能(neng)量(liang)，比(bi)如(ru)說(shuo)“離子虎”無wu人ren機ji的de推tui進jin器qi就jiu是shi如ru此ci。燃ran料liao電dian池chi從cong氫qing氣qi中zhong分fen離li出chu電dian子zi後hou
，剩sheng下xia的de氫qing質zhi子zi在zai燃ran料liao電dian池chi的de另ling一yi麵mian同tong氧yang氣qi結jie合he形xing成cheng水shui，這zhe些xie水shui最zui後hou以yi水shui蒸zheng汽qi的de形xing式shi蒸zheng發fa排pai出chu。

　　史維德•裏li昂ang和he麥mai克ke克ke雷lei爾er認ren為wei，低di溫wen的de氫qing比bi氣qi態tai的de氫qing更geng適shi合he無wu人ren機ji長chang時shi間jian的de飛fei行xing。不bu過guo實shi踐jian經jing驗yan表biao明ming，理li論lun上shang的de性xing能neng表biao現xian往wang往wang會hui和he實shi際ji飛fei行xing中zhong的de性xing能neng表biao現xian有you很hen大da的de差cha別bie。

　　2009 年研製團隊從無人機下拆下了原有的燃料箱

，並研製出了一種可以裝入液氫的新型燃料箱，裏麵保持凱氏20 度（比華氏溫度低425 度以上）的低溫以保證氫的液化狀態。研究者們一開始總結認為，液態氫的密度要比氣態氫高出三倍，但事實並非如此。

　　麥克克雷爾說:“實shi際ji運yun用yong中zhong，兩liang種zhong氫qing的de密mi度du比bi達da到dao不bu三san倍bei。我wo們men首shou次ci驗yan證zheng的de過guo程cheng中zhong，兩liang者zhe的de密mi度du比bi達da到dao兩liang倍bei。如ru果guo要yao考kao慮lv到dao燃ran料liao電dian池chi係xi統tong的de複fu雜za性xing，特te別bie是shi電dian池chi組zu帶dai來lai的de複fu雜za情qing況kuang
，按an照zhao三san倍bei理li論lun研yan製zhi電dian池chi組zu或huo者zhe相xiang應ying係xi統tong是shi不bu現xian實shi的de。”

　　史維德•裏昂和麥克克雷爾表示，盡管如此，液氫燃料電池和傳統燃料發動機的優勢仍然非常明顯。麥克克雷爾說：“汽油燃料的問題在於續航能力不足，剛開始的時候，海軍陸戰隊員看到便攜式無人機能夠持續飛45 分鍾就非常高興了。”

　　目前“離子虎”無人機的發動機每公斤燃料能夠產生2000 瓦特時的能量。在氫燃料電池普遍運用於發動機領域之前

，研製團隊仍然要解決很多問題。比如說
， 氫燃料電池生產成本很高，而且對雜質十分敏感。

　　麥克克雷爾：“碰上海霧沒有什麼關係，但是如果氫燃料電池飛機吸入了海水，情況就糟了。雖然造成的破壞是可逆的，但是‘發動機檢查’的警示燈就會一直報警。大部分情況下
， 發動機吸入了海水，就很難再繼續執行任務。”

　　此外，盡管氫元素在地球上廣泛存在，但提取它做燃料並存儲起來並非易事。史維德•裏昂說：“低(di)溫(wen)氫(qing)非(fei)常(chang)昂(ang)貴(gui)，但(dan)使(shi)用(yong)價(jia)值(zhi)很(hen)高(gao)。現(xian)在(zai)生(sheng)化(hua)燃(ran)料(liao)的(de)供(gong)應(ying)站(zhan)都(dou)不(bu)像(xiang)充(chong)電(dian)器(qi)那(na)樣(yang)普(pu)遍(bian)，更(geng)不(bu)用(yong)說(shuo)液(ye)氫(qing)燃(ran)料(liao)的(de)存(cun)儲(chu)和(he)分(fen)配(pei)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)了(le)，氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)運(yun)用(yong)還(hai)有(you)很(hen)長(chang)一(yi)段(duan)路(lu)要(yao)走(zou)。”

　　不久的將來，從成本效益的角度來看，進行大規模的提取可能更有實際意義。4 月份
，弗吉尼亞理工大學研究院（位於弗吉尼亞州布萊克斯伯格）的科學家和工程師們宣布了一種依靠普通的糖（被稱為“木糖”）來提取氫的成本較低的方法。

　　此外
，目前燃料電池使用鉑金作為催化劑的方式極為昂貴
，高等院校、企qi業ye和he政zheng府fu的de研yan究jiu者zhe們men都dou在zai研yan究jiu減jian少shao使shi用yong或huo者zhe替ti代dai的de辦ban法fa。他ta們men還hai希xi望wang弄nong清qing楚chu

，為wei什shen麼me發fa動dong機ji內nei傳chuan輸shu氧yang氣qi的de過guo程cheng會hui導dao致zhi重zhong大da的de電dian壓ya損sun失shi
，從cong而er影ying響xiang到dao動dong力li係xi統tong的de性xing能neng。

　　史維德•裏昂相信，上述問題最終會得到解決，成本會逐步降下來
，所以氫燃料電池可能會成為飛機推進最有成本效益的方式。她說：“對軍方而言，如果你可以減少飛機起飛和降落的次數
，就可以節約大量的費用

，而失去1 架飛機就意味著重大的損失。”

　　史維德•裏昂和麥克克雷爾指出
，製造出一種足以勝任作戰需要的強大的動力係統最終還是要靠企業。波音
、AeroVironment 等公司已經在發展專用的氫燃料電池動力飛機。2008 年波音公司宣布成功進行了1 架有人飛機的試飛， 2012 年6 月成功進行了“幻影眼（Phantom Eye）”高空無人機的試飛。AeroVironment 公司的“全球觀測者(Global Observer)”高空無人機2011 年曾進行過試飛
，在加利福尼亞州愛德華空軍基地上空持續飛行了約5 個小時。

　　史維德•裏昂指出，美軍正在持續加大對包括低溫氫存儲庫在內的基礎設施的建設力度
，希望以國防部對傳統的JP-8 噴氣式燃料的方式為基礎打造全新的基礎設施。很顯然，低水平的氫燃料電池飛機的推廣，需要輻射麵廣的基礎設施做支撐。

　　史維德•裏昂說：“首先我們要有一個供無人機起飛的標準基地，在此基礎上，續航力的大幅提高意味著作戰樣式的改變。l 架飛機起飛後，可以在空停留幾個小時，需要時即可轉向調整。”

　　麥克克雷爾表示，未來海軍陸戰隊員、海軍艦員和陸軍士兵可能不再需要將小型無人機裝進背包帶入戰場了。他說：“無wu人ren機ji可ke以yi預yu先xian部bu署shu在zai後hou方fang基ji地di。作zuo戰zhan人ren員yuan到dao達da作zuo戰zhan地di點dian可ke能neng需xu要yao半ban天tian的de時shi間jian，這zhe半ban天tian裏li他ta們men不bu需xu要yao攜xie帶dai無wu人ren機ji
，需xu要yao時shi無wu人ren機ji就jiu會hui出chu現xian。”

　　麥克克雷爾表示，或許軍用卡車就可以裝載必要時可以在戰場上生產氫燃料的裝置。他說：“隻有有電和水，我們就可以生產氫並進行壓縮，達到每平方英寸5000 磅或者10000 磅的水平，可以是氣態氫，也可以是低溫氫。這個過程首先是水電解產生氫，然後是進行壓縮。”