不断电的翱翔济南16岁学生发明神器 破解无人机续航短难题

山东省实验中学高二（12）班学生史博元凭借他发明的“基于恒张力长行程有线供电平台的便携式无人机地面保障系统”，获得第34届全国青少年科技创新大赛全国总决赛二等奖、中国科学院大学科技创新奖和“十佳最受公众喜爱”展位奖第一名。从小就爱玩无人机的他，从放风筝和卷尺中获得灵感，破解了无人机滞空时间短、无法获取地面供电、遥控指挥失灵、数据有线传输等问题。记者王晓峰摄">山东省实验中学高二（12）班学生史博元凭借他发明的“基于恒张力长行程有线供电平台的便携式无人机地面保障系统”，获得第34届全国青少年科技创新大赛全国总决赛二等奖、中国科学院大学科技创新奖和“十佳最受公众喜爱”展位奖第一名。从小就爱玩无人机的他，从放风筝和卷尺中获得灵感，破解了无人机滞空时间短、无法获取地面供电、遥控指挥失灵、数据有线传输等问题。记者王晓峰摄史博元在介绍他的设计原理史博元在操作他改进的无人机今年7月，第34届全国青少年科技创新大赛在澳门举行。山东省实验中学高二（12）班学生史博元凭借他发明的“基于恒张力长行程有线供电平台的便携式无人机地面保障系统”，获得全国总决赛二等奖、中国科学院大学科技创新奖和“十佳最受公众喜爱”展位奖第一名，成为此次总决赛中获奖等级最高、奖项最多的山东学生。昨天，记者在学校见到了史博元，他兴奋地向记者介绍了他的专利发明。从小就爱玩无人机的他，从放风筝和卷尺中获得灵感，破解了无人机滞空时间短、无法获取地面供电、遥控指挥失灵、数据有线传输等问题。文/记者张雯雯图/记者王晓峰

从小喜欢无人机

屡次遭遇无人机没电的尴尬

今年7月，山东省实验中学高二（12）班学生史博元参加了第34届全国青少年科技创新大赛。比赛中，他发明的“基于恒张力长行程有线供电平台的便携式无人机地面保障系统”引发关注，并获得三项大奖。

史博元告诉记者，从小他就对无人机比较感兴趣，中考后的暑假，他在家看《国家地理》节目，发现很多镜头都是用无人机拍摄的。“因为很多镜头一看就是悬停在空中某个位置拍摄很久，当时我就想，如果无人机没电了，返航后更换电池，那太耽误事了。而且很多时候摄影师在野外，一个人不可能背太多的电池，所以这个问题他们是怎么解决的？”高一运动会时，学校摄影社团也用无人机拍摄运动会场景，但飞一会儿就没电了，就要返航换电池，在这期间很多画面就错过了。

史博元说：“我自己在家玩无人机时，也屡次遭遇无人机没电被迫返航的尴尬，所以我就想，能有什么好的办法让无人机不再受电量的困扰，可以长时间滞空飞行？”

从放风筝和卷尺中获得灵感

破解无人机滞空时间短难题

高中课业紧张，但史博元从来没有停止过对无人机的探索和思考。一有空闲时间，他就查找资料，并请教老师。后来，他从放风筝和收放卷尺中获得灵感，运用高中物理学的力学（重力、张紧力和弹力）、电学、磁学等原理，应用PLC控制、步进电机和集成DC-DC隔离电源模块等，最终用了一年多的时间，设计发明了包括供电、卷放线、检测和驱动四个子系统的无人机地面有线保障系统，实现无人机长行程供电。

“目前无人机无法长时间旋停或巡航，特别是在灾害及群体事件现场等应急状态以及野外科考、岗哨值守等场景下，无人机需长时间滞空，提供实时监控、通讯基站、航标塔信等服务。有了这个系统，就破解了无人机滞空时间短、无法获取地面供电、遥控指挥失灵、数据有线传输等问题。”史博元说。

测试无人机最长工作72小时

适合岗哨值守，已申请专利

史博元向记者介绍，这个发明看似很复杂，其实有点像放风筝的原理，他用一根线缆安装在无人机电池接口处，这跟线缆采用直流变压，且材质很轻，无人机达到100米以上，线缆重量可以控制在1.2千克左右。然后，运用简洁的扭簧机制、编码器反馈等技术实现高精度恒张力控制，根据飞行高度和距离实现自动收放线缆。“这种无人机适用于固定场景的拍摄，只要下面有电源，他就可以一直持续工作。”史博元说。最初，他利用锂电池作为电源测试无人机，在100米高空实现了72小时以上滞空，而且整个系统安装于小工具箱内，重量不足10kg，方便携带。

另外，该系统还可为爬壁、巡检机器人等需要长时间、高能耗作业的移动装置提供长行程供电及实时数据传输、失控目标招回等应急保障。这将极大地提升无人机及该系统在各个领域、各种环境中的应用价值。

据悉，目前，史博元的这项发明已申请并获得了专利证书，因为特别适合岗哨值守，所以有军队方面已和他取得联系，对他的这个发明产生了浓厚兴趣。

比赛中获三项大奖

现场讲解获点赞

记者了解到，第34届全国青少年科技创新大赛由中国科协、教育部、科技部等九部委和澳门特别行政区政府共同主办，是亚洲规模最大、参赛国别最多、影响最广的青少年科技竞赛活动，共1600余人参加了本次竞赛活动。本届大赛历时六个月，史博元的科技创新项目经过市赛省赛选拔、网上盲审、专家评选、封闭问辩、公众展示、网上公示等步骤，入围国赛。总决赛历时6天，这期间，史博元获得了全国总决赛二等奖、中国科学院大学科技创新奖和“十佳最受公众喜爱”展位奖第一名。成为此次总决赛中获奖等级最高、奖项最多的山东学生。

史博元告诉记者，公开展示期间，中国科协党组书记、常务副主席、书记处第一书记怀进鹏带领有关专家、学者来到展示现场。“当时怀书记走到我的展位前，停下了脚步，被我这个为无人机提供长行程电力保障的项目吸引住了。他向我提问了项目主要解决的问题、实现恒张力长行程的机械原理、技术特点以及未来的应用领域等，我逐一作了回答，并打开收纳箱向怀书记介绍了整个装置的构造和飞行试验等情况。”史博元笑着对记者说。现在想起当时的场景，史博元仍记忆犹新。

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