研究人員確認，和使用生化燃料動力源的平臺相比，使用液氫燃料電池的無人機效率更高，且污染小，非常適應作為海軍未來的情報、監(jiān)視與偵察平臺。

美國海軍研究局戰(zhàn)術電子戰(zhàn)分部負責“離子虎”無人機項目的航空工程師約瑟夫•麥克克雷爾(Joseph MacKrell)說：“海軍對情報、監(jiān)視與偵察的需求正在不斷增長，無人平臺在目標上空待的時間越長越好，這樣就能夠提供越多的情報、監(jiān)視與偵察服務。”

麥克克雷爾表示，嚴格來說“離子虎”無人機目前還只是一個試驗性項目，軍方還沒有任何的終端用戶。他在這個項目上與海軍研究局的研究化學家和主要的調查者史維德•里昂(Karen Swider-Lyons)合作發(fā)展這項技術，促成研究成果。

史維德•里昂擁有化學博士學位。他說：“我們的結論是液氫燃料電池技術是可以投入實用的，但還需要克服很多困難。”

實際上，液氫燃料電池概念問世已經有一個多世紀的時間，但是此次“離子虎”無人機的飛行試驗還只是這項技術從“嬰兒”階段邁入“學步兒童”階段的關鍵一步。液氫燃料電池第一個重大的現代支持者是阿爾•戈爾( Al Gore) ，他在20 世紀90 年代擔任美國副總統期間將此項技術視為減少對生化燃油依賴的重要手段。喬治•W•布什政府開始為這一技術相關的研究項目提供經費支持，2003 年編列了12美元的預算。私營企業(yè)(大部分是自動化企業(yè))已經為這項技術的發(fā)展投入了巨額經費，截止目前已經有100 億美元左右。

史維德•里昂和麥克克雷爾以現有技術為基礎，充分吸收自動化企業(yè)已經獲得的研究發(fā)展成果，為“離子虎”無人機研制出了動力裝置。他們的研究開始于10 年前。2007 年“離子虎”無人機項目啟動，2009 年使用氣態(tài)氫作為燃料進行了首飛。這些燃料進行了壓縮，每平方英寸約5000 磅，存儲在南瓜大小的油箱中。這種無人機在首飛時的續(xù)航時間達到了24 小時。

因為氫燃料電池運用的電氣化學原理，所以不必通過燒毀過程來產生轉換成推力的能量。燃料電池的氫原子中分離出來的電子為外部負載的移動提供能量，比如說“離子虎”無人機的推進器就是如此。燃料電池從氫氣中分離出電子后，剩下的氫質子在燃料電池的另一面同氧氣結合形成水，這些水最后以水蒸汽的形式蒸發(fā)排出。

史維德•里昂和麥克克雷爾認為，低溫的氫比氣態(tài)的氫更適合無人機長時間的飛行。不過實踐經驗表明，理論上的性能表現往往會和實際飛行中的性能表現有很大的差別。

2009 年研制團隊從無人機下拆下了原有的燃料箱，并研制出了一種可以裝入液氫的新型燃料箱，里面保持凱氏20 度(比華氏溫度低425 度以上)的低溫以保證氫的液化狀態(tài)。研究者們一開始總結認為，液態(tài)氫的密度要比氣態(tài)氫高出三倍，但事實并非如此。

麥克克雷爾說:“實際運用中，兩種氫的密度比達到不三倍。我們首次驗證的過程中，兩者的密度比達到兩倍。如果要考慮到燃料電池系統的復雜性，特別是電池組帶來的復雜情況，按照三倍理論研制電池組或者相應系統是不現實的。”

史維德•里昂和麥克克雷爾表示，盡管如此，液氫燃料電池和傳統燃料發(fā)動機的優(yōu)勢仍然非常明顯。麥克克雷爾說：“汽油燃料的問題在于續(xù)航能力不足，剛開始的時候，海軍陸戰(zhàn)隊員看到便攜式無人機能夠持續(xù)飛45 分鐘就非常高興了。”

目前“離子虎”無人機的發(fā)動機每公斤燃料能夠產生2000 瓦特時的能量。在氫燃料電池普遍運用于發(fā)動機領域之前，研制團隊仍然要解決很多問題。比如說， 氫燃料電池生產成本很高，而且對雜質十分敏感。

麥克克雷爾：“碰上海霧沒有什么關系，但是如果氫燃料電池飛機吸入了海水，情況就糟了。雖然造成的破壞是可逆的，但是‘發(fā)動機檢查’的警示燈就會一直報警。大部分情況下， 發(fā)動機吸入了海水，就很難再繼續(xù)執(zhí)行任務。”

此外，盡管氫元素在地球上廣泛存在，但提取它做燃料并存儲起來并非易事。史維德•里昂說：“低溫氫非常昂貴，但使用價值很高?，F在生化燃料的供應站都不像充電器那樣普遍，更不用說液氫燃料的存儲和分配基礎設施了，氫燃料電池的運用還有很長一段路要走。”

不久的將來，從成本效益的角度來看，進行大規(guī)模的提取可能更有實際意義。4 月份，弗吉尼亞理工大學研究院(位于弗吉尼亞州布萊克斯伯格)的科學家和工程師們宣布了一種依靠普通的糖(被稱為“木糖”)來提取氫的成本較低的方法。

此外，目前燃料電池使用鉑金作為催化劑的方式極為昂貴，高等院校、企業(yè)和政府的研究者們都在研究減少使用或者替代的辦法。他們還希望弄清楚，為什么發(fā)動機內傳輸氧氣的過程會導致重大的電壓損失，從而影響到動力系統的性能。

史維德•里昂相信，上述問題最終會得到解決，成本會逐步降下來，所以氫燃料電池可能會成為飛機推進最有成本效益的方式。她說：“對軍方而言，如果你可以減少飛機起飛和降落的次數，就可以節(jié)約大量的費用，而失去1 架飛機就意味著重大的損失。”

史維德•里昂和麥克克雷爾指出，制造出一種足以勝任作戰(zhàn)需要的強大的動力系統最終還是要靠企業(yè)。波音、AeroVironment 等公司已經在發(fā)展專用的氫燃料電池動力飛機。2008 年波音公司宣布成功進行了1 架有人飛機的試飛， 2012 年6 月成功進行了“幻影眼(Phantom Eye)”高空無人機的試飛。AeroVironment 公司的“全球觀測者(Global Observer)”高空無人機2011 年曾進行過試飛，在加利福尼亞州愛德華空軍基地上空持續(xù)飛行了約5 個小時。

史維德•里昂指出，美軍正在持續(xù)加大對包括低溫氫存儲庫在內的基礎設施的建設力度，希望以國防部對傳統的JP-8 噴氣式燃料的方式為基礎打造全新的基礎設施。很顯然，低水平的氫燃料電池飛機的推廣，需要輻射面廣的基礎設施做支撐。

史維德•里昂說：“首先我們要有一個供無人機起飛的標準基地，在此基礎上，續(xù)航力的大幅提高意味著作戰(zhàn)樣式的改變。l 架飛機起飛后，可以在空停留幾個小時，需要時即可轉向調整。”

麥克克雷爾表示，未來海軍陸戰(zhàn)隊員、海軍艦員和陸軍士兵可能不再需要將小型無人機裝進背包帶入戰(zhàn)場了。他說：“無人機可以預先部署在后方基地。作戰(zhàn)人員到達作戰(zhàn)地點可能需要半天的時間，這半天里他們不需要攜帶無人機，需要時無人機就會出現。”

麥克克雷爾表示，或許軍用卡車就可以裝載必要時可以在戰(zhàn)場上生產氫燃料的裝置。他說：“只有有電和水，我們就可以生產氫并進行壓縮，達到每平方英寸5000 磅或者10000 磅的水平，可以是氣態(tài)氫，也可以是低溫氫。這個過程首先是水電解產生氫，然后是進行壓縮。”

史維德•里昂和麥克克雷爾表示，這些事最終都要五角大樓來做。

麥克克雷爾說：“我們所能做的只是技術層面，不是戰(zhàn)術和需求問題。”

史維德•里昂說：“我們已經向作戰(zhàn)部門傳遞了相關的信息，我們已經實現了由概念向驗證的跨越，這是一個巨大的進步。曾經很多人說我們可能堅持不了多久，但我們做到了。” 知遠/陳傳明