如果自然灾害造成大范围的电话和互联网系统中断，无人驾驶飞机可能会在受影响地区上空盘旋，携带通信有效载荷，为有需要的人提供临时通信覆盖。
然而，这种无人驾驶飞行器(uav)的操作成本通常很高，而且只能在空中停留一两天，美国空军的大多数自主侦察机也是如此。提供足够和持久的覆盖将需要多架飞机的接驳、降落和加油，每辆车每小时的操作费用为数千美元。
现在，麻省理工学院(MIT)的一个工程师团队提出了一种便宜得多的无人机设计，这种无人机可以盘旋更长的时间，提供广泛的通信支持。研究人员设计、制造并测试了一架无人机，它类似于一个翼展24英尺的薄滑翔机。该飞行器可以携带10到20磅的通讯设备，在15000英尺的高空飞行。研究人员称，这款飞行器重量不足150磅，由5马力的汽油发动机提供动力，可以在空中飞行5天以上，比任何汽油驱动的自动飞行器飞行的时间都长。
这个团队本周在科罗拉多州丹佛市举行的美国航空航天学会会议上展示了他们的研究成果。该团队由R. John Hansman领导，他是T. Wilson航空航天教授;以及波音航空航天助理教授沃伦·霍伯格。Hansman和Hoburg是麻省理工学院海狸工程项目的联合导师，该项目是麻省理工学院和林肯实验室之间的学生研究合作项目。
一个太阳能的
Hansman和Hoburg与麻省理工学院的学生一起设计了一种长时间使用的无人机，这是Beaver Works的一个顶点项目的一部分——通常是一个两到三个学期的课程，允许麻省理工学院的学生设计一种飞行器，满足特定的任务规格，并建造和测试他们的设计。
2016年春天，美国空军与Beaver Works合作，提出了设计一种由太阳能供电的长时间无人机的想法。当时的想法是，一架以太阳为燃料的飞机，有可能无限期地飞行下去。其他公司，包括谷歌，已经对这一概念进行了试验，设计了太阳能驱动的高空飞机，为非洲的农村和偏远地区提供持续的互联网接入。
但当研究小组深入研究这个想法并从多个工程角度分析问题时，他们发现太阳能发电——至少用于长期应急响应——不是解决问题的办法。
“(太阳能汽车)在夏季可以很好地工作，但在冬季，尤其是在远离赤道的地方，夜晚更长，而且白天没有那么多阳光。所以你必须携带更多电池，这增加了重量，使飞机更大，”Hansman说。“对于救灾任务来说，它只能应对夏季低纬度地区发生的灾害。这根本行不通。”
研究人员在使用GPkit对问题进行建模后得出了他们的结论。GPkit是由Hoburg开发的一种软件工具，允许工程师在给定特定限制条件或任务要求的情况下，确定车辆的最佳设计决策或尺寸。
在最初的飞机设计工具中，这种方法并不是唯一的，但与这些工具不同的是，这些工具只考虑几个主要的约束条件，Hoburg的方法允许团队同时考虑大约200个约束条件和物理模型，并将它们组合在一起，以创建最优的飞机设计。
汉斯曼说:“这给了你绘制飞机所需的所有信息。”“它还说，对于这数百个参数中的每一个，如果你改变其中一个，会对飞机的性能产生多大影响?”如果你稍微改变一下引擎，就会有很大的不同。如果你改变翼展，会有效果吗?”
框架为起飞
通过他们的软件评估，确定太阳能驱动的无人机不可行，至少在世界上任何地方长期使用是不可行的，之后团队对汽油驱动的飞机进行了相同的建模。他们提出了一种设计，预计可以在任何纬度、15000英尺的高度、94%的风速下飞行5天以上。
2016年秋天，该团队根据学生使用Hoburg的软件工具确定的尺寸建造了一架无人机原型机。为了保持飞行器的轻量化，他们使用了一些材料，比如机翼和机身用的是碳纤维，尾部和鼻锥用的是凯夫拉尔纤维。研究人员设计的无人机易于拆卸，并储存在联邦快递的盒子里，可以运送到任何灾区，并迅速重新组装。
今年春天，学生们改进了原型，并开发了一个发射系统，制作了一个简单的金属框架，以适合典型的汽车车顶机架。无人机位于框架顶部，作为一个驾驶员加速运载火箭(汽车或卡车)到旋转速度-无人机的最佳起飞速度。在那一点上，遥控飞行员将无人机朝向天空，自动释放一个扣件，让无人机起飞。
5月初，该团队在马萨诸塞州纽伯里港的梅岛机场进行了飞行测试，对无人机进行了测试。在最初的飞行测试中，学生们修改了车辆，以符合美国联邦航空局(FAA)对小型无人驾驶飞机的规定，该规定允许无人机在低空飞行，重量低于55磅。为了将无人机的重量从150磅减到55磅以下，研究人员简单地给它装载了更小的压舱物和更少的汽油。
在最初的测试中，无人机成功起飞、飞行并安全着陆。霍伯格说，要想在多天内测试飞机，还需要考虑一些特殊的因素，比如让足够多的人在很长一段时间内监控飞机。
“连续飞行五天有几个方面，”霍伯格说。“但我们非常有信心，我们有合适的燃料消耗率和合适的引擎，我们可以飞行5天。”
“这些车辆不仅可以用于救灾，还可以用于其他任务，如环境监测。你可能想要监视野火或河流的流出，”汉斯曼补充道。“我认为，很明显，在几年内，有人会制造出一辆仿冒这款车的汽车。”
这项研究得到了麻省理工学院林肯实验室的部分支持。
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