近期，空客的“西风”在肯尼亚莱基皮亚县的专用设施中完成了首次平流层飞行测试。

　　高空平台站（HAPS），可在大气层中停留很长时间，并提供通信和观测服务。

　　BAE系统公司的Phasa-35 HAPS于2020年完成首飞，并于去年在美国新墨西哥州进行了测试。航柯　　研发新型飞行器总是充满挑战。但如果飞行器需要在平流层飞行数月，那就完全是另一回事了。　　对于致力于将高空平台站（HAPS）投入使用的公司来说，并没有现成的方案。HAPS被誉为在世界难以到达的地区进行高分辨率监视、通信和环境监测的优雅解决方案，并已被世界经济论坛认定为一项关键的新兴技术。　　但测试HAPS飞行器与测试传统飞行器甚至卫星截然不同。这些飞行器面临着极端的环境条件、低空气密度以及在大气层中人们不太了解的区域完全不同的空气动力学特性。　　尽管HAPS带来了巨大的挑战，但也蕴藏着巨大的机遇，因此一些公司正在努力开发解决方案。虽然技术和监管问题仍需克服，但太阳能、人工智能驱动的飞行管理和轻量化材料的进步正推动HAPS更接近大规模部署。地面测试　　当然，任何HAPS飞行器在投入生产之前都会经过常规的模拟、结构建模。一旦设计确定，工程师必须确保飞行器及其部件的每个部件都能承受平流层运行。　　热真空室用来模拟HAPS将要经历的极端条件。这些真空室在航空工业中广泛使用，允许在模拟平流层的环境中测试飞机部件。　　英国宇航系统公司（BAE Systems）子公司Prismatic正在开发PHASA-35 HAPS，公司首席技术官Graham Holland表示：“这是我们工作中必不可少的设备，我们不能只去普通的测试场所，因为标准的航空航天测试室无法达到我们需要的低温和高海拔。”　　PHASA-35飞行测试首席工程师Ed Townshend解释道：“我们可以在这些设施中测试飞机的某些部件，也可以运行整个子系统。可以对部件进行长时间测试，并循环测试压力和温度变化，以完全模拟飞机将要承受的环境。”　　一些飞行前测试更为常见，例如应力测试，在传统飞机中，这种测试已经多次出现机翼断裂的情况。对于HAPS系统，由于没有铆钉且采用粘合结构，因此测试其完整性至关重要。　　空客旗下负责“西风”（Zephyr）HAPS项目的子公司Aalto的首席技术官Pierre Antoine Aubourg解释说：“每个机身部件都经过测试，并承受超过2g的载荷，以验证质量，尤其是粘合质量。我们会一直这样做，直到我们完全确信供应链的成熟度。”　　但是，有没有机翼断裂的情况呢？答案是当然有。当试图突破可能的极限时，会进行极限负载测试，然后进一步了解失效机制，因为这对产品安全至关重要。气象观察员　　HAPS升空前，必须具备合适的气象条件。超过20至30节（30~55千米/时）的风速或低云都可能导致试飞失败。这意味着必须了解测试场地和飞行路径沿途的气象条件。　　Aubourg说：“我们成立了专门的团队，负责查看天气预报，并根据具体需求解读所有数据。我们会关注从测试地点到全球天气模式的所有信息，以确保我们能够安全无虞地进入平流层。”　　Prismatic团队与英国气象局合作进行天气报告，并拥有一支专业的气象团队进行解读。此外，他们还使用霍尼韦尔的高海拔激光雷达大气传感系统（HALAS），结合该系统和其他气象模型的数据，以获得最准确的天气状况预测。　　由于需要非常高效的爬升，PHASA-35于2023年首次进行平流层飞行时采用了低速飞行。这意味着它更容易受到风的影响，并且在飞行过程中被大幅后推，在第一次飞行试验中，平台向后飞行了大约70千米。　　但由于拥有丰富的气象数据，这并不会造成意外，而且在飞行平台离地前就已经计划好了。设计人员一直在验证模型，以便能够预测性能、气象条件、位置和后退。他们确切地知道将后退多远，并且对将要发生的事情有非常好的预测。飞行测试　　作为首批广泛探索平流层的公司之一，HAPS公司正在收集大量环境数据。凭借在高层大气中超过5000小时的飞行经验，Aalto公司已经开始取得一些有趣的发现。　　取得的飞行数据可以表征平流层的重力波，并实现了像冲浪者利用波浪前进一样利用它们。这意味着可以优化现有的飞行轨迹和在平流层的飞行状态。　　虽然对高层大气的深入了解仍在进行中，但在这些极端高度生存并非难事，平流层非常温和，风力也很低。研究人员认为穿越不同的大气层是最困难的部分。这是所有飞行中风险最高的部分。　　就其性质而言，HAPS是一种非常轻型的飞机。“西风”的最大起飞重量约为75千克，有效载荷为5千克。PHASA-35更重，最大起飞重量为150千克，但有效载荷为15千克。　　两者主要由碳纤维复合材料制成，大部分重量来自锂离子电池，这使得飞机在对流层中面临抖振和结构损坏的风险。　　研究人员表示，HAPS投入大规模运营的最大挑战是确保进入平流层和恢复过程中的生存能力。过去他们有过几次经验教训，遇到过一些由于热空气和湍流而提前终止飞行的情况。为此，Aalto公司对“西风”的飞行控制规则进行了彻底的重新设计，使其能够适应飞行平台的弹性，并在湍流条件下提供更好的控制。2023年进行了为期半天的测试，验证了新的配置，“西风”在约6000英尺（1828米）的低空实现成功控制。因此，“西风”能够显著扩展飞行范围，并在过去可能损失飞机的情况下生存下来。　　试飞是更好地了解HAPS的绝佳机会，Aalto“西风”的最新飞行已配备加速度计、压力传感器和其他设备。这些设备帮助设计人员了解飞机的载荷分布和飞行行为，并能够验证相关设计的模型。　　HAPS飞机的奇妙之处在于，它的任务时间比商用飞机的试飞时间长得多，由于飞行时间很长，设计人员可以收集大量的数据。运营准备　　2025年初，Aalto公司使用“西风”进行了一次13天具有里程碑意义的飞行，该飞行平台配备了在范堡罗工厂内部开发的直接到设备（D2D）4/5G连接有效载荷。除了测试这项技术外，此次飞行还验证了其对飞行包线的改进，并检验了新的节能策略。　　但“西风”HAPS 2025年首次飞行中最引人注目的是它的发射地点。它不是从亚利桑那州起飞，而是从肯尼亚莱基皮亚县的阿尔托港　　起飞，这是该公司自建的世界上第一个专门建造的HAPS设施。这是一个可以支持7到8个月平流层飞行时间的基地，也是HAPS向前迈出的重要一步。　　过去的一年，Aalto公司提升了飞机的成熟度和应对恶劣条件的能力，现在拥有了更多的试飞机会。总而言之，空客在商业运营的准备工作方面取得了巨大进展。　　对于Prismatic公司而言，PHASA-35正处于迈向运营准备的关键过渡阶段。近期飞行测试的是其Block10飞机，该飞机配备了有限的太阳能电池阵列。2025年即将推出的Block20飞机将从头到尾覆盖太阳能电池板，并配备下一代电力系统。新型号的机载太阳能发电和储能容量是现有型号的两倍多。Prismatic公司希望在今年的多次飞行中验证下一代系统。　　由于这些飞机没有明确的认证途径，像Aalto和Prismatic这样的公司每次起飞都必须获得许可。获得HAPS认证将消除这一障碍，使飞行安排更加便捷。没有认证，就无法进行商业运营，Aalto公司正在与英国民航局合作，确定认证途径，并希望在明年完成。　　在肯尼亚进行了为期13天的首航后，Aalto公司的下一个项目计划进一步突破续航极限。最终，该公司的目标是实现超过100天的完全自主连续运行。这将打破一项纪录，此前“西风”已于2022年创造了64天的飞行纪录。但Aalto公司坚称，他们并非仅仅追逐荣誉，未来的飞行将专注于向未来客户展示完整的端到端能力。　　这些突破性飞机迄今为止取得的所有成就都是基于现有电池技术实现的。随着技术的发展，HAPS 最终将拥有更强大的性能。