421克！全球最轻最小太阳能微型飞行器→

澎湃新闻记者 贺梨萍 实习生 施语非

我国科研团队成功研制出世界上最轻最小的纯自然光供能微型飞行器。这款太阳光驱动的超轻型微型飞行器CoulombFly重4.21克，比知了还要轻。

我国科学家研发的这款微型飞行器首次实现纯自然光供能下起飞的持续飞行。相关成果于近日在国际学术期刊《自然》（Nature）发表，并同时获得《自然》和《科学》(Science)官网的首页推荐。

阳光功能飞行测试。(00:26)

在本成果之前，微型飞行器领域的最高水平成果是哈佛大学2019年在Nature发表的Robobee飞行器，但仍需采用三倍太阳光的人工光源才能实现持续飞行，而本成果仅依靠自然光即可实现持续飞行，可极大拓展此类飞行器的使用范围，在微型飞行器的发展进程中具有里程碑意义。

微型飞行器（MAVS）因其小体积、轻质量、高机动等特点，能够在狭小空间执行拍照、探测和运输等特种任务，在国民经济领域拥有广泛应用前景。然而此类飞行器普遍存在飞行时间短的痛点问题，尤其当重量小于10克时，其飞行时间一般不超过10分钟。

续航痛点最主要是目前微型飞行器一般采用传统的电磁电机作为发动机的驱动部件，电磁电机在微型化后转速高、发热大，能量转化效率急剧下降，如果采用供电方便的自然太阳光作为能量来源，受限于太阳能电池的面积，很难满足飞行需求。

由北京航空航天大学漆明净和闫晓军领衔的科研团队研制的新型微型飞行器，解决了这一难题。

北航团队研发的超轻型微型飞行器主要由静电驱动推进系统（静电电机和螺旋桨）和超轻千伏动力系统（HVPC和太阳能电池）组成。

团队从微型发动机的原理方面寻求突破，提出一种新的静电驱动方案，研制在微小尺寸下转速低、发热小、效率高的微型静电电机。

静电发动机的核心是静电电机，它是一种依靠静子和转子间的库仑力（Coulomb force）来产生连续旋转运动的新型微型电机，具备结构简单和无需绕组的优势，其高电压（千伏级）、低电流（微安级）的工作特性也使其在工作过程中发热少且无明显红外特征。在小质量（5克以内）情况下，静电电机的能量转化效率可达传统电磁电机的10倍以上，产生相同升力所需功耗仅为电磁电机的1/10以内，相比传统电磁电机表现出颠覆式的效率和功耗特性。

静电电机的结构设计和效率特性。

静电电机仍需千伏级的高压电流来驱动，然而传统高压电源由于体积和重量过大，无法搭载在微型飞行器上。因此，团队还针对飞行应用场景，研制了千伏级超轻质高压电源，主要包括太阳能电池和升压电路两部分，其中升压电路可以在1.21克的重量下，将太阳能或锂电池输入的低压直流电，转换为4-9千伏的高压直流电，相比美国斯坦福大学研发的同类技术升压比提高了92%。这让高压电流在微小尺度下不再那么难以获取。

千伏级超轻质高压电源的构型与性能。

在微型静电电机和超轻质高压电源的助力下，CoulombFly的整机仅有巴掌大小（翼展20厘米），重量比一张A4纸还轻，尺寸和重量分别是此前世界最小、最轻太阳能飞行器的1/10和1/600。

现有太阳能飞行器参数对比和超微型静电飞行器构型。

更进一步，团队还提出一款翼展8毫米，质量9毫克的超微型静电飞行器，飞行功耗不到1毫瓦，展示了静电电机在飞行器进一步微型化中的巨大潜力。

来源： 澎湃新闻

公考常识积累：常用电池的类型

我们把能将化学能、内能、光能、原子能等形式的能直接转化为电能的装置叫做电池。电池在生活、生产、科研等领域应用非常广泛。

常用电池的类型

1、干电池

干电池是一种以糊状电解液来产生直流电的化学电池（湿电池则为使用液态电解液的化学电池），干电池是一次电池，是日常生活之中为普遍使用，以及轻便的电池。它可在实验室内自制的电池们可以使用于很多电器用品上。

常见的干电池为锌锰电池（或称碳锌电池）。干电池属于化学电源中的原电池，是一种一次性电池。

干电池不仅适用于手电筒、半导体收音机、收录机、照相机、电子钟、玩具等，而且也适用于国防、科研、电信、航海、航空、医学等国民经济中的各个领域，十分好用。

2、锂电池

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。

（1）优点

能量比较高。

使用寿命长，使用寿命可达到6年以上。

额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V）。

具备高功率承受力。

自放电率很低。

重量轻。

高低温适应性强。

绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。

生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。

（2）缺点

锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。

钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，价格昂贵，安全性较差。

锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。

生产要求条件高，成本高。

使用条件有限制，高低温使用危险大。

3、蓄电池

蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，也称二次电池。

它的工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的手机电池等。

蓄电池是世界上广泛使用的一种化学“电源”，具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富和回收再生利用率高等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池。

4、太阳能电池

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏，简称光伏。

由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。

刷题巩固

1、下列关于电池的说法错误的是（ ）

A.干电池利用液态电解液产生电流

B.自行放电是蓄电池不可避免的渐生故障

C.锂电池不会产生铅、汞等有害重金属物质

D.太阳能电池产生的电是直流电

【解析】本题考查科技常识。

A项错误，干电池是一种以糊状电解液来产生直流电的化学电池，湿电池为使用液态电解液的化学电池。

B项正确，蓄电池的自行放电和极板逐渐硫化是铅酸蓄电池不可避免的“渐生故障”，会使蓄电池的技术状态变差，工作能力逐渐削弱以至报废，因此需定期对蓄电池的技术状态进行检测。

C项正确，锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电

池。在上述两种锂电池的工作过程中，均不会产生铅、汞等有害重金属物质。

D项正确，太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，产生的电是直流电。若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。

本题为选非题，故正确答案为A。

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