挑战飞行极限的“秃鹫”计划，秃鹫的飞行速度。
设计目标是惊人的。
“秃鹫”是“超高空、超续航、游荡型战区无人侦察分队”的英文缩写，旨在研制一种续航时间为5年的无人平台。外界通常称之为“无限续航”无人机。严格来说，这是一个技术探索计划，主要目的是研究无人机“无限续航”的可行性，努力推动关键技术的发展和成熟，尤其是飞机系统的可靠性技术。
该计划是DARPA近年来提出的“蓝天”计划之一，也是“集成传感器作为飞机结构”(“伊斯兰国”)计划的后续补充。2007年6月7日，当DARPA的战术技术办公室宣布这一计划时，强调了长航时在侦察、情报和监视(ISR)任务中具有巨大优势，可以为连续稳定的任务执行提供前所未有的能力。但DARPA并没有说明将续航时间设置为五年的原因，也没有具体定义无人机的任务或有效载荷类型，只是希望将无人机的飞行边界推向极限。
“神鹰”项目的出现，在飞机设计领域引起了极大的震动。人们的第一感觉就像“堂吉诃德在挑战风车”。就技术能力而言，目前大多数无人机的续航时间是以小时计算的，而“神鹰”计划则试图推动长航时无人机关键技术的发展，创造目前难以想象的飞行纪录，希望改变人们对飞机的固有观念。
出于潜在的军事目的，DARPA已初步将“神鹰”计划的目标定为:可携带450公斤的有效载荷，额定功率5千瓦；有足够的巡航速度；可在20000 ~ 27000米高空不间断飞行5年:可靠性达到99%，完成任务成功率高。经过初步论证，DARPA提出了三种基本的结构发展思路:一种是超可靠的独立系统，相当于卫星；一种是模块化飞机，每个部件都可以飞回基地维护维修；一种是无人机，可以在空中长时间服役，可以及时更换。
可以看出，“秃鹫”计划的目标本质上是研制一种像卫星一样工作的无人机，但它不会受到轨道参数的限制，不需要依赖外国基地。与绕地球运行的卫星相比，它可以长时间在战场上空近2万米的平流层飞行，这将有助于显著增加机载传感器的分辨率，它具有更大的灵活性，尤其是在军事冲突地区上空徘徊。
DARPA将“神鹰”项目分为三个阶段:一是概念定义阶段，通过优化概念来降低风险；第二阶段将建造1/6比例无人机，进行为期3个月的飞行试验；在第三阶段，将制造、组装和试飞一台全尺寸验证机，并要求它携带设计载荷进行长达一年的试飞。目前，各公司正在进行第一阶段的军事用途分析，制定各种作战概念，并详细定义目标系统。
关键技术亟待解决。
随着“秃鹫”项目的宣传，“无限续航”无人机概念面临的诸多技术挑战逐渐引起关注。这些挑战涉及环境能量获取、高密度储能、高效推进系统、增加系统可靠性、高效飞机结构设计、缓解平流层长期材料和系统老化等一系列问题。其中，能源系统和可靠性成为重中之重。
首先必须解决的是推进系统方案，其核心是能量获取和储存的方式。对于长航时的飞行器，目前有三种能量循环方案。一个是核电，但明确禁止考虑。二是空中加油，很大程度上依靠自主空中加油技术。然而，与活塞发电机和燃气涡轮发电机相比，燃料电池最令人感兴趣，因为它们具有更高的效率和更高的可靠性。第三种选择是太阳能。
相比之下，使用太阳能发电的无人机表现出了良好的发展前景，这似乎是一种相对安全的方式，但仍然局限在日照时间长的夏季使用。2007年，美国国家航空航天局宣布了一系列高空长航时无人机的概念。然而，这些概念都无法最终达到六个月耐力的目标。因此，如何更有效地利用太阳能，开发一种有效的储能技术，解决夜间提供足够电力的问题，成为超长续航无人机必须克服的技术障碍。
“无限续航”无人机的系统可靠性成为重点考虑的因素。DARPA称，“秃鹫”计划的可靠性目标是目前“全球观察者”无人机的200倍。目前除了卫星，没有人会考虑飞机连续飞行五年的可靠性。为此，DARPA强调“秃鹫”项目的设计必须按照航天工业的标准进行，而不是按照航空工业的标准，以满足苛刻的任务要求。
与卫星相比，无人机的工作环境明显不同。对于无人机来说，昼夜的周期更长。所以它在相当寒冷的环境中浸泡后，就进入了极热的环境。与在太空运行的卫星相比，无人机接受的辐射更少，但仍比地面接受更强的紫外线辐射，这就涉及到各种材料的老化问题。
同样，“无限续航力”无人机面临机翼结构设计过度扭曲的风险。为了长时间在平流层生存，无人机在设计上必须使用超大展弦比机翼来获取太阳能。但这种布局的一个特点是在气动载荷的作用下会产生很大的弹性变形~尤其是从地面起飞后，逐渐上升到平流层时，往往会遇到对流层的大气湍流。导致机翼过度扭曲，严重时甚至导致解体。因此，如何解决超长续航和超大高宽比布局的矛盾，成为“秃鹫”计划探索创新的重要方面。
“西风”方案初露端倪。
DARPA启动“秃鹫”计划的原因并非空穴来风，而是意在进一步推动高空长航时无人机的跨越式发展。此前，DARPA已经关注了高空长航时无人机的各种设计，比如以液氢燃料电池为动力的“全球观察者”无人机。然而，由于这些方案的电池寿命有限，DARPA转而对英国公司的“西风”太阳能无人机感兴趣。
“西风”是一种轻型太阳能无人机，翼展16米，重量只有27公斤。覆盖在上翼的太阳能电池在白天为飞机提供电力，同时将能量储存在电池组中，以便在夜间继续提供充足的电力。它的设计目标是在海拔15240米连续飞行几个月。2006年7月，一架“西风”无人机飞行18小时，其中夜间飞行7小时。在一系列飞行试验中，西凤不仅确认了预期的飞行性能，还进行了有效载荷飞行试验。不仅首次成功演示了通信中继，实现了山地地形下的超视距通信，还搭载了不同的光电/红外传感器，成功获取了光电/红外混合图像。
在DARPA发布了“秃鹰”项目的设计目标后，波音公司与Quinetique公司合作，借助经过多年测试的“西风”无人机，为“秃鹰”项目提供了经过验证的技术，尤其是专注于储能的要求。
2007年，奎奈蒂克公司对“西风”进行了重新设计，将其翼展增加到18m，重30kg，并增加了定制的自动驾驶仪，使其更接近实战系统。最关键的改进是采用了由Solar Effect公司开发的新型非晶硅太阳能电池，这种电池仅相当于几张纸，可以在白天高效吸收太阳能。同时更换了一套锂硫电池和SION power公司研发的全新充电器，显著提高了动力系统的存储效率。9月10日，该机携带监测载荷，完成了54小时连续飞行，飞行高度17 780米，创造了新的连续飞行纪录。
时隔不到一年，“西风”再次打破了连续飞行时间的纪录。今年7月28日，飞机在美国亚利桑那州尤马试验场起飞，直到31才返回地面，不间断飞行了82小时37分钟，大大超过了目前“全球鹰”保持的30小时24分钟的飞行纪录。按照计划，公司将进一步优化“西风”的关键技术，力争两年内实现飞天数月的设计目标。
与“西风”不同的是，波音公司提出的“无限续航”无人机翼展成倍增长，采用超大展弦比设计，电驱动螺旋桨也相应增加。特别值得注意的是，设计者没有采用原来的单尾支撑+垂尾+平尾的布局，而是采用了双尾支撑+倒V型尾翼，试图通过控制翼面来增强机动性，以避免曾经出现在“太阳神”无人机上的俯仰振荡。
但是超大展弦比的设计仍然存在机翼过度扭转的潜在危险。为了及时探测到前方的湍流，在左翼、右翼和尾翼上分别安装了大气湍流探测系统。一旦无人机飞入湍流，前向探头会首先测量出湍流的相关数据，机载控制系统会立即发出相关指令，及时调整飞行状态，避免陷入过度扭曲的状态。为了解决这一问题，波音公司正试图采用更有效的复合材料，并进一步优化现有的结构设计，以便最终提交一份令人满意的方案。
奥德修斯浮出水面。
与“西风”项目相比，极光飞行科学公司大胆突破传统设计理念，提出了出人意料的“奥德修斯”项目，成为“秃鹫”项目的有力竞争者。从获取能量的方式来看，极光仍然使用太阳能，仍然面临太阳能无人机所具有的各种问题。但“奥德修斯”无人机的新颖之处在于其模块化设计，可能很好地解决了结构扭曲、能量获取、可靠性等方面的技术难题。
从设计方案中可以看出，奥德修斯无人机的独特之处在于它是由三个相同的模块化飞行器铰接成一个整体。模块化飞机有一个扁平的机翼，翼展50米，重量65，438+0，350公斤。三个螺旋桨安装在前缘，由太阳能电池驱动。同时采用十字尾翼，可以绕尾翼支撑轴旋转，独立控制模块化飞行器的姿态变化，改变无人机飞行中的整体构型。
从使用角度来看，每个模块可以依次从地面起飞，飞到预定的高空对接点，然后借助自动对接技术进行集成，从而形成翼展150米的超大展弦比无人机。“奥德修斯”的模块化设计有利于克服超大展弦比布局在起飞和上升阶段面临的问题，明显增强了抵抗对流层湍流的能力，从而避免了机翼过度扭曲可能带来的结构损伤。
奥德修斯的模块化设计也有效提高了太阳能吸收效率。根据飞行和能量获取的需要，可以改变三个模块的总体配置。在白天飞行时，随着阳光角度的变化，无人机可以通过十字尾翼调节三个模块化飞机的倾斜角度，将超高展弦比机翼改造成折叠机翼。
这样，无人机的至少两个模块的机翼上表面可以最大限度地接收太阳光，使太阳能电池获取能量的效率比机翼平直状态下提高4-5倍，更好地保证了太阳能无人机一年四季都能正常飞行。到了1的夜晚，奥德修斯可以重新拉伸成超大展弦比的扁平机翼，从而以最小阻力的形状继续飞行，有效节省了储存在飞行器中的电能。
鉴于“秃鹫”计划要求的工作可靠性，极光飞行科学公司没有墨守成规，而是充分利用模块化结构的优势，在保持无人机完好率的前提下，可以随时更换模块化飞机。目前，日益成熟的自动空中加油技术已经为模块化飞机的对接和分离提供了技术可行性。如果任何一架模块化飞机在任务飞行中出现故障，都可以从无人机上拆下来，单独返回基地维修。即使无人机整体没有明显故障，极光也打算在飞行1 ~ 2年后，轮流将各个模块飞行器从无人机上分离，返回基地进行日常维护。在此期间，它将在与新模块对接后继续执行任务。
到目前为止，洛克希德公司谁参与了“秃鹰”计划？马丁还没有公开自己的无人机方案，承担设计任务的幽灵工厂很可能会提出一个出人意料的概念设计，非常值得关注。毫无疑问，随着“秃鹫”计划的不断推进，DARPA将在飞机设计理念上迈出前所未有的一步。
编辑秦震