突破續航瓶頸，三大技術如何拓展無人機飛行極限？

文/紙不語

近期，美國PowerLight技術企業對外公布，其全新研發的無人機激光無線供電裝置已完成全部研發與測試工作。該裝置可在無人機飛行過程中通過激光束實現電能補充，此項技術攻關隸屬于美軍旨在拓展無人機滯空時長的專項計劃。

從早期聚焦電池容量提升，到現階段探索空中動態補能模式，續航能力不足始終是限制無人機應用場景拓展的核心瓶頸。當前，消費級無人機單次飛行時長普遍為20至40分鐘，工業級機型續航時長多在1至2小時，難以滿足電力巡檢、物流投送、生態監測等場景的長時作業需求。

為攻克這一核心問題，該公司科研團隊與企業持續開展技術研發，推動續航技術形成了從機身儲能革新、地面補給升級到空中無線續能的演進路徑，多技術協同發展為低空經濟的穩健推進提供了動力支撐。

美國PowerLight技術公司完成一種新型無線電力系統的研發和測試。圖源：中國航空報

結構儲能革新：碳纖維“變身”電池提升30%續航

回溯無人機續航技術發展初期，提升電池能量密度與減輕機身重量是兩大核心研發方向，但這兩條傳統技術路徑很快遭遇發展瓶頸。

當前主流無人機普遍采用航空級碳纖維復合材料，該材料密度僅為鋼材的四分之一，強度可達鋼材的七倍，可有效降低機身自重。但配套的獨立電池系統成為制約性能提升的關鍵因素，以設計載重5公斤的物流無人機為例，配套電池重量占比達3公斤，同時需額外加裝0.5公斤配重維持飛行平衡，形成“續航提升與載重保障的矛盾關系”。部分企業為延長5公里飛行距離，需削減1公斤貨物裝載量，這種性能取舍成為行業普遍面臨的困境。

針對傳統技術的局限性，科研團隊轉向“結構儲能一體化”技術研發，通過使無人機機身構件兼具儲能功能，從根源上破解續航與載重的矛盾。據《現代快報》報道，南京航空航天大學研發的新型碳纖維結構超級電容器，成為該技術方向的重要突破，相關研究成果已刊發于行業期刊《Advanced Materials》。

新型碳纖維結構超級電容器讓無人機“機身即電池”成為可能。圖源：現代快報

該團隊核心創新點在于整合碳纖維電極與環氧樹脂基固體電解質，讓無人機機翼、機身等承重部件兼具電能存儲功能。研發過程中，該團隊優化電解質配比，初期曾因配料比例偏差、實驗室濕度影響，導致樣品儲能容量下降30%。最終采用一步高溫混合水熱法制備關鍵材料，按特定比例調配電解質，在穩定溫濕度環境中完成器件制作。

該新型復合材料性能表現達到預期指標。其中，還原氧化石墨烯保障電子高效傳輸，釩氧化物提升電能存儲容量，僅通過碳纖維表面的功能涂層，即可實現儲能容量的數倍增長。這一材料具備三大核心特性：一是耐壓性，當承受無人機機翼常規應力時，儲能容量保持率達80%以上，且受壓狀態下內部結構致密性提升，電子傳輸效率同步提高；二是抗損性，經刀片劃割、鉆頭鉆孔等損傷測試后，仍可正常工作且無短路故障，可保障無人機應急迫降過程中的能量供應；三是可拓展性，儲能器件支持串并聯組合，可根據需求靈活調整輸出電壓與儲能容量。

模擬測試數據顯示，該技術可使載重5公斤、續航20公里的無人機，在配套電池重量從3公斤降至2公斤的同時，將有效載重提升至7公斤，續航里程延長至30公里，可提升單架無人機作業效率。該團隊表示，這一技術未來可拓展應用于衛星太陽能電池板支架、飛機機艙內壁等部件；若能實現零下三十多攝氏度低溫環境下80%以上的性能保持率，其應用范圍將進一步擴大。

地面補給網絡：磁吸充電機巢支撐無人機24小時作業

結構儲能技術解決了無人機自身儲能的核心問題，但在長時、大范圍作業場景中，仍需外部補給保障持續運行。人工頻繁更換電池不僅增加運營成本，還降低作業效率，制約無人機自動化水平提升。

在此背景下，以無人機機巢為核心的地面自動化補給系統逐步發展，通過自主起降、自動充電等技術，構建起自動化能量補給網絡，成為破解續航瓶頸的重要技術支撐。

目前主流的無人機機巢主要分為兩類：一類是由巡檢車輛改裝而成的移動式機巢，另一類是固定安裝在桿塔頂部的固定式機巢。其中移動式機巢技術相對成熟，已在全國多個地區試點運行；固定式機巢則聚焦線路巡檢等特定場景，正在持續突破技術難關。

無人機按照設定航線執行巡檢任務。圖源：長江日報

行業巡檢長期面臨依賴專業飛手、人工整理數據工作量大、突發情況響應滯后等痛點，地面機巢又存在覆蓋范圍有限的問題。為此，固定式機巢形成“機巢上塔”的研發方向，依托輸電鐵塔沿線分布特性，實現全線無人機自主巡視。

該方向集成多項技術創新：充電方案上，摒棄高精度、高成本的機械臂換電模式，采用磁吸接觸充電，通過帶彈簧的停機坪引導無人機滑入對接，30分鐘即可完成充電，大幅簡化流程；結構設計上，采用CD碟片式停機坪，安裝于鐵塔內部，使用時側開、閑置時收回，規避撞塔風險與重心不穩問題；功能上集成數據基站，支持遠程操控，無人機可自主完成巡視、返航充電、數據回傳與隱患告警。

2022年底，武漢易巡科技有限公司研發的“智巡魔方”機巢在南方電網超高壓柳州局500千伏沙柳線投入應用，成為國內首條實現無人機自主巡視的超高壓輸電線路。該機型已在福建、海南、河南、廣西等多地電網巡線場景落地。

地面補給技術已在多領域落地應用。宇稱時空推出的無人機專用自動充電設備，是集精準引導、高效電能傳輸、智能運維管理于一體的系統。無人機通過視覺導航或RTK技術實現自主降落，系統搭載的定位補償技術可兼容厘米級降落偏差，保障與充電模塊的精準對接。

依托磁共振耦合技術，該設備電能傳輸效率最高可達90%以上，與有線充電速度相當，且無外露金屬觸點，可規避雨淋、沙塵、金屬氧化引發的短路及接觸不良問題。該設備防護等級達IP67級，可在農田濕地、冰雪天氣、鹽霧腐蝕等復雜環境中穩定運行，支撐無人機7×24小時不間斷作業。該技術應用場景廣泛，電力巡檢領域沿線布設充電樁可大幅壓縮巡檢周期，智慧農業領域能實現植保無人機“短時充電、長時作業”循環，安防巡邏領域可保障無人機低電量自動返航充電、持續值守。

據Research Nester統計，2025年全球無人機充電設施市場規模突破5.25億美元，預計2035年將攀升至10.3億美元以上，2026至2035年期間年復合增長率保持在7%以上。中國占據全球民用無人機市場約70%的份額，作為核心制造樞紐，在充電基礎設施領域的持續投入進一步拓展了市場增長空間。

空中無線補能：激光供電測試實現千米外動態續能

地面機巢補給雖然提升了無人機作業連續性，但受部署范圍限制，難以適配偏遠區域、長距離飛行等場景。空中無線傳能技術通過模擬有人機空中加油模式，實現無人機飛行狀態下動態補能，有望擺脫對傳統電池與地面充電設施的依賴，激光傳能、射頻傳能等多條技術路線正從實驗室原型邁向實測驗證階段。

美國PowerLight企業研發的激光無線供電裝置取得重要突破，該技術依托“激光向無人機供電”項目推進，核心是高功率激光發射設備與輕量化機載接收終端，可向數英里外無人機輸送千瓦級電能。

激光無線輸電技術為無人機輸電示意圖。圖源：中國國防報

經過測試，該發射設備具備精準追蹤目標、機動部署等能力，供電有效高度覆蓋1500米空域，系統搭載多重防護機制，可與現役無人機操控系統兼容。其緊湊型機載接收器重約2.72千克，能將激光轉化為電能，還可回傳遙測數據。目前該企業正與Kraus Hamdani Aerospace公司合作，推進系統與K1000 ULE長航時無人機的集成適配，籌備2026年初全系統集成飛行測試，目標實現受控環境下無限續航。

空中無線傳能技術呈現多路線并行發展態勢。2025年1月，美國GuRu公司推出模塊化射頻無線電力傳輸系統，通過24GHz頻段傳輸電力，最遠傳輸距離9米，最優條件下可支持無人機連續懸停96小時，但存在戶外環境干擾導致性能衰減的短板。

國內科研團隊同樣成果顯著，九峰山實驗室2025年3月發布自主研發的氮化鎵芯片與器件，完成全球首次8英寸硅基氮極性氮化鎵晶圓制備，產品功率密度較傳統材料提升2至3倍、成本降低30%以上，可支持無人機20米范圍內動態無線補能，同期發布的100納米硅基氮化鎵商用PDK，為下游廠商提供設計支撐。

自適應無線傳能技術是重要突破方向，西安電子科技大學與東南大學聯合研發的相關技術，以雙頻超表面與卷積神經網絡為核心，實現動態終端厘米級定位與跟蹤式隔空輸能。該技術構建的自適應無線傳能網絡，可同步完成目標感知定位、波束調控與能量傳輸，超表面采用雙頻共口徑設計，利用二階諧波實現3厘米分辨率近場定位，電磁超表面可實時調整電磁波參數，支持無人機運動狀態下穩定非接觸充電，理論上可拓展至多目標同步供電。

空中無線傳能技術已歷經長期研發積累，2005年美國NASA首次實現激光傳能無人機持續飛行，后續日美機構陸續開展光纖、激光傳能實驗。國內北理工、山東航天電子等機構的激光傳能實驗驗證了技術可行性，最高激光-電能轉換效率達48%。未來隨著技術迭代，空中無線傳能有望實現多目標同步供電，拓展至多機集群應用，為物流配送、農業植保等領域提供新型補給方案，推動無人機續航向無限續航方向發展。

[引用]

①　美國PowerLight技術公司宣布完成激光為無人機充電測試將開始實機飛行.中國航空報.2025-12-30.

②　激光無線輸電技術——讓無人機告別“續航焦慮”.中國國防報.2025-12-18.

③　無人機機身能當電池用？南航00后科研成果登國際頂刊.現代快報.2025-11-07.

④　告別“續航焦慮”！宇稱時空無人機自動充電樁，為低空經濟插上無限翅膀.宇稱時空.2025-11-27.

⑤　為無人機配備“機巢”解決續航焦慮.長江日報.2024-04-15.

⑥　“邊飛邊充電”，無人機咋實現？.人民日報.2025-04-12.

⑦　新技術為隔空充電提供更多可能.科技日報.2025-01-16.

⑧　九峰山實驗室發布全新“黑科技”.湖北日報.2025-03-26.

⑨　初創公司 GuRu 為無人機推出空中無線充電技術，9 米距離內為懸停飛行器提供 96 小時續航.IT之家.2025-01-14.