重量仅4.21克！我国科研团队研发出太阳能动力微型无人机：在纯自然光下持续飞行【附无人机技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

续航能力关乎无人机的“生命力”，太阳能供能是实现无人机长时续航的重要路径之一。北京航空航天大学科研团队利用自主开发的新型静电电机，成功研制出仅重4.21克的太阳能动力微型无人机，实现纯自然光供能下的持续飞行。相关成果7月18日在国际学术期刊《自然》发表。

太阳能驱动大型无人机飞行已不是新鲜事，然而如何借太阳能驱动微型无人机一直是业界难题。北航能源与动力工程学院教授漆明净说，“关键是动力系统。”首要考虑让动力系统减少热量损耗，使太阳能电池片产生的电能高效转化为动能。团队创新性提出一种新型静电驱动方案，研制出转速低、发热少、效率高的微型静电电机，实现微型飞行器在纯自然光供能下的起飞和持续飞行。

漆明净介绍，静电电机之所以能减少发热，是因为静电具有高电压、低电流的特性，电流越小，发热越少。“跟冬天穿衣服时的静电原理一致。衣服上静电的电压能达到上千伏甚至上万伏，但由于电荷少、电流小，产生的电功率小，对人体几乎无影响。”他说，团队专门研制出仅重1.13克的超轻质高压电能变换器，将太阳能电池片产生的电压从4.5伏左右提高至9000伏，打造出静电系统。

北航能源与动力工程学院教授闫晓军说，“太阳能微型无人机可实现长航时飞行，未来进一步开发后，有望在应急救援、狭窄空间检测等场景中应用。”



图片来源：摄图网

技术价值观察

无人机产业链上游为无人机设计研发及关键原材料的生产，其中关键原材料有金属材料和复合材料两大类，包括钛合金、铝合金、陶瓷基等特殊材料。

中游无人机整机制造包括飞行系统、地面系统、任务载荷系统三个方面，是无人机制造的核心部分，飞行系统包含动力系统、导航系统、飞控系统、通信系统和机体制造等，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统。

无人机产业链下游是无人机的应用场景，无人机可应用于军用侦察、军用攻击、航空拍摄、灯光表演、农林植保、灾难救援、物流运输、电力巡检等领域。

我国科研团队利用自主开发的新型静电电机，成功研制出仅重4.21克的太阳能动力微型无人机，实现纯自然光供能下的持续飞行。因此，从无人机产业链上看，该技术处于产业链的中游环节。



宏观市场观察

——全球无人机技术处于快速发展期

2010-2020年，全球无人机行业专利申请人数量及专利申请量均呈现持续增长态势，且两大指标数量较多。整体来看，全球无人机技术处于快速发展期。



——全球无人机应用市场结构

无人机按照其应用领域的不同可以分为军用无人机与民用无人机。早发展早期，无人机行业的应用基本在军用领域，2015年以来，随着民用无人机技术的不断完善，其在农林植保、电力巡检、地理测绘、航拍等方面的应用越来越常态化，无人机行业中民用无人机市场的占比份额也逐年上升。

根据Drone Industry Insights机构发布的数据显示，2019年全球军用无人机市场规模为117.45亿美元，占比约为65.25%，民用无人机市场规模为62.55亿美元，占比约34.75%，前瞻初步统计2020年，全球军用无人机市场规模约占65%，民用无人机市场规模约占35%。



——中国正迎头追赶西方第一梯队

虽然世界各国都极其重视无人机技术的研发，并且均投入了大量资源，但总体来看，世界无人机技术的发展并不均衡。Drone Industry Insights在《2020年无人机市场报告》表示，2019年，美国和中国的商用无人机市场规模占全球商用无人机市场规模的三分之二以上。此外，根据Markets Research Report公布的2019年全球军用无人机市场份额来看，当今在军事无人机领域的世界领先者为美国和以色列，分别占45%和24%的份额。

从20世纪80年代后期起，尤其是海湾战争以后，许多国家都把无人机置于优先发展的地位，竞相研制和装备无人机系统。特别是近几年来，参与研制和装备无人机的国家呈现大幅度增长的趋势。全世界装备无人机的国家和地区已由30多个增加到80个。

目前，世界无人机技术最为先进的是美国、以色列和欧洲，处于第一梯队;而中国、俄罗斯等处于第二梯队。近10年中国相继研发出各款尖端无人机，目前己拥有美国所有类型的尖端无人机，追赶势头强劲。技术水平决定市场份额，从全球各国无人机制造商的市场份额来看，世界无人机的主要制造商集中在美国，以色列和欧洲。



——中国民用无人机注册数量

随着我国人均消费水平以及无人机技术水平的提高，公众对智能生活的需求增大，带动民用无人机行业发展，注册数量快速增长。根据中国民用航空局公布的数据，2023年，全国民用无人机注册数量达120万架，同比增长25%。



——中国民用无人机市场规模

无人机在社会发展和经济建设发展中起到了重要的作用，近年来我国民用无人机市场蓬勃发展，2021年中国民用无人机市场规模达869.12亿元，较2020年增加了270.08亿元，同比增长45.09%。



——中国无人机应用情况

按照应用领域，民用无人机可分为消费级无人机和工业级/专业级无人机。自2015年以来，我国工业级无人机在民用无人机整体市场份额占比逐年上升，从2015年的19%增长至2020年的40%以上，预计2021年国内工业级民用无人机市场规模占比进一步增长至48%左右。



——中国无人机企业区域分布

从无人机细分市场来看，大疆创新、中航无人机、航天彩虹等是中国无人机行业领先企业。其中，中航无人机、航天彩虹以军用无人机布局为主，大疆创新在民用无人机市场发展较快。从区域分布来看，领先企业在广东、北京、四川等地较为集中，具体如下：



——中国无人机行业发展前景及趋势预测

根据当前无人机发展政策、时代发展背景，以及无人机市场需求情况来看，中国无人机将可能往智能化、因深化、微型化发展，同时农业场景对无人机需求较为显著。



从民用无人来看，农业植保、航空遥感、灾情监报、矿藏勘探、数字中国建设等都需要大批量地使用无人机，目前行业级无人机的普及应用步伐加快。同时随着民营企业的加入，国内消费级无人机应用逐渐开始推广，消费级无人机市场潜力巨大。根据前瞻产业研究院初步预测，2027年中国无人机行业市场规模或将超过2500亿元。



中国无人机技术赛道热力图



根据前瞻产业热力图显示，与无人机关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和华中地区，并且以广深为重点发展区域，未来布局无人机技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南、华中地区优先导入，其中可重点关注广东省广州市天河区、广东省深圳市福田区、宝安区、龙华区及湖南省长沙市开福区所处的无人机相关企业，以及该地方对于无人机产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国无人机行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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