無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況與分析

何雨瑄，楊 濤

（1.成都外國(guó)語(yǔ)學(xué)校；2.成都大學(xué)，成都 610000）

無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況與分析

何雨瑄1，楊 濤2

（1.成都外國(guó)語(yǔ)學(xué)校；2.成都大學(xué)，成都 610000）

無(wú)人機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛，市場(chǎng)巨大，是航空航天制造業(yè)中高新技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步持續(xù)推動(dòng)無(wú)人機(jī)發(fā)展。文章簡(jiǎn)要回顧了無(wú)人機(jī)發(fā)展歷程，分析了無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，闡述無(wú)人機(jī)主要技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)從事無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、技術(shù)研究、產(chǎn)品制造有一定的參考意義。

無(wú)人機(jī)；發(fā)展簡(jiǎn)況；技術(shù)人點(diǎn)；應(yīng)用

0 前言

無(wú)人機(jī)是航空飛行器的一種，一般將可回收的無(wú)人駕駛飛行器簡(jiǎn)稱為無(wú)人機(jī)。有遙控飛行或程控飛行兩種模式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的遙控，操控指令上傳，任務(wù)執(zhí)行信息回傳。無(wú)人機(jī)一般由結(jié)構(gòu)本體、動(dòng)力系統(tǒng)、外掛載荷、管理與控制、網(wǎng)絡(luò)通信、發(fā)射平臺(tái)、回收平臺(tái)、綜合保障等組成。軍用無(wú)人機(jī)外掛載荷完成無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)要求的信息情報(bào)偵察獲取、電子對(duì)抗和火力打擊等任務(wù)。管理與控制系統(tǒng)完成作戰(zhàn)/任務(wù)計(jì)劃制定，任務(wù)信息加載，空中飛行狀態(tài)監(jiān)控，信息記錄，以及對(duì)目標(biāo)打擊效果實(shí)施評(píng)估等任務(wù)。發(fā)射平臺(tái)與回收平臺(tái)配套完成無(wú)人機(jī)發(fā)射和回收任務(wù)。綜合保障主要完成無(wú)人機(jī)的日常維護(hù)，綜合保障，及故障維修等任務(wù)。

無(wú)需人員參與，無(wú)人機(jī)可直接進(jìn)入生/化/核等特殊污染場(chǎng)所，執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)信息偵察和情報(bào)獲取等復(fù)雜任務(wù)。根據(jù)任務(wù)需要，無(wú)人機(jī)可長(zhǎng)時(shí)間飛行，不間斷執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，避免信息偵察盲區(qū)的產(chǎn)生或最佳打擊窗口錯(cuò)失。由于不需要考慮人員安全等因素，無(wú)人機(jī)可掛載更多的任務(wù)載荷，作戰(zhàn)效能比有人駕駛飛機(jī)高，或更多使用隱身材料，大幅度提升使其隱身性能。更為重要的一點(diǎn)是，在戰(zhàn)爭(zhēng)中不存在人員傷亡事件發(fā)生，降低政治和軍事風(fēng)險(xiǎn)。普遍認(rèn)為無(wú)人機(jī)攻擊能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)能力高、防護(hù)難度大、操控靈活、飛行時(shí)間長(zhǎng)、保障容易和無(wú)人員傷亡，具有較高的作戰(zhàn)效費(fèi)比和體系貢獻(xiàn)率。

在近20年的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，到處都有無(wú)人機(jī)的身影。美軍在多次戰(zhàn)爭(zhēng)中成功使用無(wú)人機(jī)，戰(zhàn)功顯赫，表現(xiàn)突出，引起了全球各國(guó)，尤其是軍事強(qiáng)國(guó)高度關(guān)注。裝備使用無(wú)人機(jī)成為新時(shí)期武器裝備的熱點(diǎn)，在信息情報(bào)、軍事斗爭(zhēng)和局部戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著無(wú)法替代的作用。

1 無(wú)人機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)況

1915年人類首先出現(xiàn)無(wú)人飛行，當(dāng)時(shí)泰思勒設(shè)想，如果無(wú)人飛行器裝載相應(yīng)情報(bào)偵察、火力打擊等設(shè)備，可以達(dá)到保衛(wèi)美國(guó)的目的。1919年，埃默斯佩里使用無(wú)人機(jī)擊沉了一艘被德國(guó)戰(zhàn)艦，驗(yàn)證了陀螺導(dǎo)航技術(shù)。1953年，美國(guó)在亞利桑那州華楚卡堡建設(shè)陸軍測(cè)試、試驗(yàn)和驗(yàn)證無(wú)人機(jī)的專門基地。到1979年，美國(guó)陸軍首次實(shí)施無(wú)人機(jī)采購(gòu)計(jì)劃“天鷹座項(xiàng)目”。1985年，美國(guó)防部首次采購(gòu)了攻擊型無(wú)人機(jī)“先鋒”系統(tǒng)。1987年，開展了105次“天鷹座項(xiàng)目”作戰(zhàn)測(cè)試試驗(yàn)，其中7次實(shí)驗(yàn)滿足初始任務(wù)要求。

上世紀(jì)90年代開始，無(wú)人機(jī)在戰(zhàn)爭(zhēng)中取得了大量的成功應(yīng)用案例。1991年沙漠風(fēng)暴戰(zhàn)爭(zhēng)中，“敢死蜂”、“先鋒”、“指針”等無(wú)人機(jī)執(zhí)行了300多次戰(zhàn)斗任務(wù)，用于打擊飛毛腿導(dǎo)彈和高價(jià)值目標(biāo)。1995年科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，“捕食者”、“先鋒”、“獵人”、“紅隼”、“不死鳥”等無(wú)人機(jī)參加戰(zhàn)爭(zhēng)。2001年阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)和2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)多次成功使用“捕食者”、“全球鷹”、“獵人”等明星無(wú)人機(jī)，激發(fā)了人們對(duì)于無(wú)人機(jī)的興趣，掀起了無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展高潮。

美國(guó)一直占據(jù)無(wú)人機(jī)裝備與技術(shù)發(fā)展制高點(diǎn)，是無(wú)人機(jī)發(fā)展速度最快、水平最高的國(guó)家，引領(lǐng)著無(wú)人機(jī)技術(shù)與裝備發(fā)展方向。先后研制出上百種無(wú)人機(jī)，形成一個(gè)大/中/小體積、高/中/低空、遠(yuǎn)/ 中/近程、地基/車載/艦載無(wú)人機(jī)裝備發(fā)展體系，用于執(zhí)行各種復(fù)雜條件下戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略需要的多梯次多層面戰(zhàn)爭(zhēng)任務(wù)。開展無(wú)人機(jī)研制的主要廠商有波音公司、通用原子航空系統(tǒng)公司、諾-格公司以及洛-馬公司等。代表性產(chǎn)品主要有“影子-200”、“龍眼”、“敢死蜂”“探路者-大烏鴉”、“捕食者”、“指針”、“掃描鷹”、“全球鷹”、“火力偵察兵”等各型偵察/打擊無(wú)人機(jī)，以及正在測(cè)試的X－47B無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)、X-51高超音速無(wú)人機(jī)等。

以色列是無(wú)人機(jī)裝備與技術(shù)最大的輸出國(guó)之一，研制水平緊隨美國(guó)。產(chǎn)品覆蓋了所有大小、速度和任務(wù)需求，典型無(wú)人機(jī)有“偵察兵”、“先鋒”、“赫爾墨斯450”、“搜索者”、“獵人”、“蒼鷺”等。俄羅斯對(duì)發(fā)展無(wú)人機(jī)相當(dāng)重視，中小型戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)代表有“R-90”、“圖-141”，“卡-137”等。車臣反恐戰(zhàn)中，“蜜蜂”－1T、圖－243等無(wú)人機(jī)發(fā)揮了重要作用。近年來(lái)，加大了發(fā)展長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)、電子戰(zhàn)類無(wú)人機(jī)的力度。

進(jìn)入21世紀(jì)，法、英、德、 瑞、意等歐洲國(guó)家先后啟動(dòng)了多項(xiàng)無(wú)人機(jī)研究項(xiàng)目。最具代表性的有無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)“神經(jīng)元”、“歐洲鷹”、“梭魚”、“大烏鴉”、“守望者”、“高度先進(jìn)研究布局”（SHARC）攻擊型無(wú)人機(jī)、“天空-X”等無(wú)人機(jī)。

以日本為代表的亞洲各國(guó)也不甘落后，在近/短程、中/低空、低速無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域取得了大量的技術(shù)突破，并不斷加大投資力度，發(fā)展高技術(shù)水平的高空/高速/長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)。如日本利用其先進(jìn)的傳感器技術(shù)和雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，研制發(fā)展飛行高度超過(guò)20，000m的長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，擬趕超美國(guó)的“全球鷹”。同時(shí)，日本、印度、印度尼西亞、韓國(guó)等策劃成立一個(gè)購(gòu)買和使用“全球鷹”無(wú)人機(jī)的區(qū)域財(cái)團(tuán)聯(lián)合體。

2 無(wú)人機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

隨著新技術(shù)快速發(fā)展，尤其是新材料、隱身技術(shù)、信息技術(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，并在無(wú)人機(jī)上的廣泛應(yīng)用，無(wú)人機(jī)的概念內(nèi)涵、任務(wù)使命和技術(shù)需求較過(guò)去發(fā)生了根本性的變化。無(wú)人機(jī)的概念內(nèi)涵，從近地低速無(wú)人飛行器擴(kuò)展到臨近空間高速無(wú)人飛行器；無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的任務(wù)使命，從功能單一的偵察監(jiān)視或充當(dāng)誘餌領(lǐng)域進(jìn)入到戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)實(shí)時(shí)獲取、通信中繼、電子干擾、電磁徉動(dòng)、精確火力打擊、制空作戰(zhàn)、作戰(zhàn)效能評(píng)估等諸多領(lǐng)域；無(wú)人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)一步向智能化、自主化、網(wǎng)絡(luò)化、高安全、高可靠、低成本大眾化等方向發(fā)展。

2.1 以技術(shù)作推動(dòng)，突出任務(wù)使命

從每?jī)赡曜笥揖桶l(fā)布一次的美國(guó)無(wú)人機(jī)路線圖可以，無(wú)人機(jī)任務(wù)使命在不斷擴(kuò)展變化，以滿足市場(chǎng)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步的需要。2005版無(wú)人機(jī)路線圖中，擴(kuò)展了電子干擾、通信截聽、隱含電磁頻譜圖像生成、弱信號(hào)偵測(cè)等領(lǐng)域任務(wù)使命；提出無(wú)人機(jī)需裝備射頻/定向能武器，執(zhí)行侵入、竊聽、接管控制或攻擊敵方網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。2007版無(wú)人機(jī)路線圖要求重點(diǎn)發(fā)展和完善探測(cè)水下魚雷、探測(cè)生化/放射性/核武器威脅目標(biāo)的任務(wù)使命。2010版無(wú)人機(jī)路線圖把“通用性”和“開放性”體系結(jié)構(gòu)作為無(wú)人機(jī)戰(zhàn)略的兩個(gè)關(guān)鍵性任務(wù)；要求無(wú)人機(jī)具備向地面指揮人員提供可重新分配資源、支援全面行動(dòng)的功能。2013版無(wú)人機(jī)路線圖提出的新任務(wù)是：不斷開發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)試、培訓(xùn)、作戰(zhàn)和維護(hù)；發(fā)展無(wú)人水下載荷和地面載荷；要求達(dá)到滿足未來(lái)作戰(zhàn)要求所需的有效性、效率、低價(jià)、共用性、互用性、一體化和其他關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步明確了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)所需提供的偵察、監(jiān)視、警戒、攻擊、輸送、執(zhí)行通用任務(wù)、指揮和控制等8類能力或能力綜合。

2.2 平臺(tái)向高空/長(zhǎng)航時(shí)/大型和微小型/靈巧兩方向發(fā)展

高空/高速/長(zhǎng)航時(shí)/大型無(wú)人機(jī)方面，向技術(shù)更先進(jìn)、覆蓋范圍更寬、作戰(zhàn)效費(fèi)比更高、安全性更強(qiáng)的高空/高速/長(zhǎng)航時(shí)大型無(wú)人機(jī)方向發(fā)展，兼具查打一體、電子對(duì)抗能力。微小型/靈巧無(wú)人機(jī)方面，充分利用微小型無(wú)人機(jī)操作方便靈活、機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)和低空飛行不易被探測(cè)的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展微小型、使用靈活的無(wú)人機(jī)，滿足各種反恐維穩(wěn)和特種任務(wù)需要。

2.3 飛行高度向臨近空間發(fā)展

臨近空間是航空與航天的空間接合部，也是通信導(dǎo)航、無(wú)人機(jī)飛行安全性高的重要區(qū)域，是航空與航天技術(shù)的交叉，受到世界各國(guó)的關(guān)注。臨近空間飛行器在對(duì)特定區(qū)域目標(biāo)持續(xù)偵察監(jiān)視、電子對(duì)抗、導(dǎo)彈防御等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，是海、陸、空、天、網(wǎng)等現(xiàn)有裝備的重要補(bǔ)充，發(fā)展臨近空間無(wú)人機(jī)技術(shù)意義重大。

3 主要技術(shù)熱點(diǎn)

無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)不斷與其它領(lǐng)域的高新技術(shù)融合和互動(dòng)，促進(jìn)了無(wú)人機(jī)技術(shù)蓬勃發(fā)展。目前，先進(jìn)人工智能、一體化飛行控制、微型導(dǎo)航控制集成、全電飛機(jī)、射頻/光電綜合、納米材料、智能材料、特殊外形氣動(dòng)布局、高超聲速推進(jìn)與飛行、高效特種動(dòng)力裝置等前沿技術(shù)和核心關(guān)鍵技術(shù)正不斷取得重大突破，無(wú)人機(jī)發(fā)展速度必然更加迅猛。

未來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)將集中在新型動(dòng)力、隱身、信息、組網(wǎng)、自主、模塊化設(shè)計(jì)以及防護(hù)技術(shù)等方面。進(jìn)一步解決無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、遙控操作系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的技術(shù)成熟度和可靠性，降低無(wú)人機(jī)故障率，提升無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的可靠性和生存能力。

3.1 動(dòng)力技術(shù)

目前，無(wú)人機(jī)主要采用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。具有低油耗、大過(guò)載、自適應(yīng)控制等特點(diǎn)的渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸成熟，在高超聲速無(wú)人機(jī)上將得到應(yīng)用。而微/小型無(wú)人機(jī)要求特殊的微/小型動(dòng)力裝置；高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)要求體積重量小、油耗低、可靠性高的發(fā)動(dòng)機(jī)。新型太陽(yáng)能發(fā)動(dòng)力、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)、槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)等新概念動(dòng)力技術(shù)將成為發(fā)展熱點(diǎn)。

3.2 隱身技術(shù)

隱身技術(shù)主要包括雷達(dá)隱身、紅外隱身、可見光隱身、激光隱身和聲波隱身等技術(shù)。通過(guò)綜合應(yīng)用各種新材料、新工藝、結(jié)構(gòu)隱身設(shè)計(jì)等技術(shù)，降低無(wú)人機(jī)雷達(dá)反射面積、紅外輻射特征以及其它聲/光/電探測(cè)的顯著可探測(cè)特征，從而降低無(wú)人機(jī)被發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤、干擾和打擊的概率和無(wú)人機(jī)的失事概率。

應(yīng)用先進(jìn)的隱身材料可提高無(wú)人機(jī)的隱身性能。如石墨合成材料可以吸收多種波長(zhǎng)的微波，降低無(wú)人機(jī)被雷達(dá)探測(cè)的能力；采用等離子體等隱身材料，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光電、微波等多種綜合傳感器的隱身；在無(wú)人機(jī)表面涂上吸收特定波長(zhǎng)紅外光的涂層，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料中注入防紅外輻射制劑，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)紅外隱身，降低被紅外探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率。

3.3 信息、網(wǎng)絡(luò)與自主控制技術(shù)

未來(lái)無(wú)人機(jī)不管是軍事應(yīng)用還是民用，不會(huì)局限于單平臺(tái)或單個(gè)系統(tǒng)，可能由兩個(gè)或兩個(gè)以上的多型號(hào)種類的無(wú)人機(jī)組成體系和集群，協(xié)同工作，這需要依靠信息、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)。加大數(shù)據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸寬帶和信號(hào)發(fā)射功率，可保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和有效傳輸距離，但將帶來(lái)設(shè)備體積重量和功耗的增加。因此，在傳輸之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效編碼壓縮技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)全覆蓋和信號(hào)定向發(fā)射技術(shù)，激光通信技術(shù)，通信鏈路安全加密技術(shù)等都將得到發(fā)展和應(yīng)用。

按照美國(guó)公布的多版無(wú)人機(jī)發(fā)展路線圖，無(wú)人機(jī)自主控制程度可分為十個(gè)等級(jí)。從低至高分別是遠(yuǎn)程引導(dǎo)、實(shí)時(shí)故障診斷、對(duì)故障和飛行條件的適應(yīng)、自主航線規(guī)劃、集群配合、集群戰(zhàn)術(shù)再規(guī)劃、集群戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)制定、分布式控制、集群戰(zhàn)略目標(biāo)制定和完全自主集群。

3.4 防護(hù)對(duì)抗技術(shù)

有效利用電子對(duì)抗、光電干擾、電磁徉動(dòng)、信息欺騙等措施可使無(wú)人機(jī)的生存性能得到提高。常用的電子對(duì)抗設(shè)備包括聲光電告警、干擾和信息欺騙等。目前在一些高空長(zhǎng)航時(shí)偵察/打擊無(wú)人機(jī)裝備了不同類型的對(duì)抗設(shè)備。

4 主要應(yīng)用方向

無(wú)人機(jī)在軍事和民用應(yīng)用前景廣泛。在軍事應(yīng)用上，偵察監(jiān)視、預(yù)警探測(cè)、通信中繼、信息組網(wǎng)等無(wú)人機(jī)可完成信息支援、戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)獲取與分發(fā)、打擊效果評(píng)估等任務(wù)；電子對(duì)抗無(wú)人機(jī)，網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)無(wú)人機(jī)，誘餌/欺騙無(wú)人機(jī)等主要完成信息對(duì)抗、電子干擾等任務(wù)；對(duì)地攻擊無(wú)人機(jī)，制空作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)，反潛/反艦無(wú)人機(jī)，反水雷、防空反導(dǎo)無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)靈活，攻擊能力強(qiáng)，主要完成對(duì)目標(biāo)的火力打擊任務(wù)。

在民用方面，無(wú)人機(jī)可用于完成海洋遙測(cè)，地質(zhì)遙感遙測(cè)，地形測(cè)繪，礦藏勘測(cè)等遙感遙測(cè)和地理繪制任務(wù)；氣象監(jiān)測(cè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，火災(zāi)、水災(zāi)、地震等自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)，重大設(shè)施巡視等監(jiān)測(cè)巡視、情報(bào)獲取任務(wù)；用于公安、海關(guān)、邊防等巡邏、反恐維穩(wěn)等任務(wù)，并具備對(duì)特定目標(biāo)執(zhí)行打擊能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)是航空航天制造業(yè)中高新技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，在軍事和民用領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛，市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步將加速無(wú)人機(jī)發(fā)展。隨著大量核心關(guān)鍵技術(shù)的突破，以及新技術(shù)在無(wú)人機(jī)上的運(yùn)用，無(wú)人機(jī)性能會(huì)越來(lái)越好、功能越來(lái)越強(qiáng)、應(yīng)用越來(lái)越廣、安全性越來(lái)越高。同時(shí)，無(wú)人機(jī)技術(shù)的進(jìn)步也將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。

［1］Unmanned Systems Integrated Roadmap FY2013-2038.Department Of Defense，United States of America，2013.

［2］呂信明.軍用無(wú)人機(jī)的發(fā)展及對(duì)策［J］.國(guó)防科技，2013（01）.

［3］李文正.無(wú)人機(jī)發(fā)展芻議［J］.航空科學(xué)技術(shù)，2012（04）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.250