系留懸停無人機是一種由蜻蜓影業 (DPI) 開發的軍用/工業級無人多旋翼空中中繼 (UMAR) 無人機，可以跟蹤海上和陸基平臺，如船舶、船只、卡車和其他除了作為海軍通信基站的經典用途之外，還可以使用車輛。

雖然電池供電的多旋翼無人機需要每 20 分鐘快速充電或更換一次電池，但系留無人機通過連接到基站的電纜接收電力，使其能夠在海拔 500 英尺的地方運行 400 多個小時——多虧了通過系繩的持續能量流動。

新型垂直起飛無人機防風雨，可長時間在空中停留，并使用柔性電纜作為永久物理鏈接，提供動力和通信以及機械支持。

系留無人機

對遠程通信和情報、監視和偵察 (ISR) 需求的增加推動了對無人機的興趣；然而，前幾代無人機遇到了技術困難和限制，特別是在飛行控制方面。用于物流應用的高速飛行的固定翼無人機不具備機載監視和通信功能。無繩無人機在強風和大雨等惡劣條件下會遇到穩定性問題。為了克服這些困難，Dragonfly 開發了一種新型無人機，即系留懸停無人機。

與經典無人機相比，這些無人機具有垂直起降能力。不需要跑道、發射或回收設備。它們還在湍流天氣、雨、雪、灰塵和高溫下提供良好的性能，并針對咸水海洋環境進行了優化。系繩消除了電子干擾的危險，因此使系統不受 GPS 和無線電頻率的影響。

DPI 的系留無人機目前符合美國海軍在海洋/海上環境中用于 ISR、通信和視頻應用的資格。

無人機通常提供高達數百米的操作高度，限制因素是無人機支撐系繩重量的能力。系繩可以由芳綸或其他輕質合成材料制成以提供強度，銅或鍍銅用于能量傳導，光纖用于數據和通信。該系統可以是基于地面的或基于車輛的。

懸停在船舶上方數百英尺的系留無人機克服了船舶通信系統的挑戰，這些系統受到地球曲率的限制，只能在與地平線的視線內進行通信。系留無人機系統 (UAS) 可以提供視線之外的連續通信。系繩為無人機系統提供持續的動力和指揮/控制，從而大大增加了任務的持續時間。連接的 UAS 系統減少了操作員的工作量和任務規劃，允許主艦和船外資源進行更長時間的通信。

DPI 運營副總裁 Joe Pawelczyk 表示：“UMAR 可以托管各種傳感器，包括攝像頭、雷達和天氣數據，這些數據可以在高海拔地區長時間收集?！?“DPI 已經在 45 英尺長的美國海岸警衛隊船只、美國海軍艦艇和美國陸軍地面平臺的各種船只上測試了其系留無人機系統?！?/p>

圖1：無人多旋翼空中接力（UMAR）（來源：Dragonfly）

電源挑戰

系留架構的設計挑戰主要針對電源系統。電源必須以非常高的電壓和低電流從主艦輸送到多旋翼無人機，以允許使用更薄、更輕的硬件資源，從而使無人機具有更大的機動性和更高的空中有效載荷。

系繩的重量、尺寸和電氣特性直接影響系繩無人機的性能。反過來，電力輸送網絡對系繩設計有直接影響。為了實現更薄更輕的系繩，必須以非常高的電壓和低電流從主艦向無人機輸送電力。這允許更大的機動性和更重的飛機有效載荷，從而改善通信和監視

功率水平在 8 到 10 kW 之間；在這些條件下，UMAR 無人機極其強大和堅固，可以在影響主艦定位的湍流條件下保持持久的靜止定位。

在多旋翼無人機內部，高壓轉換必須以盡可能小的占地面積和減少空間和熱效應的外形尺寸來完成。

為了應對這些嚴峻的電源挑戰，DPI 在其 UMAR 中采用了薄型 Vicor 高壓 BCM VIA 模塊，以實現高效率 (98%) 轉換，而從 800 V 到 50 V 的損耗和熱量只有 2%。

為了為八個獨立的無人機旋翼供電，DPI 使用了八個 Vicor 高壓 BCM4414 固定比率 DC/DC 轉換器。這些模塊本質上具有低 EMI，高頻諧波很少。Vicor BCM 中的集成 EMI 濾波通過增加比傳統 DC/DC 轉換器更小的尺寸和重量來幫助最大限度地減少 EMI 噪聲。

“使用 Vicor 電源模塊，我們能夠減輕無人機上所有組件的重量，以增加高度和空速，同時攜帶所需的任務有效載荷，”Pawelczyk 說。

圖 2：八個 Vicor HV BCM 為八個獨立的 UMAR DPI 轉子供電。（來源：Vicor）

UMAR 可能是在國防和商業運營期間與無人水面艦艇進行通信的有用工具。UMAR 也可以作為電信的備份，作為海上移動通信的回程方法。它的潛在應用包括用于海上石油和天然氣以及可再生能源運營中的通信基站。對于更長的距離，可以使用多個菊花鏈無人機。

審核編輯 黃昊宇