無人機(jī)的前世今生

無人機(jī)是在“有人機(jī)”的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動(dòng)無人機(jī)發(fā)展的基本動(dòng)力。早期的無人機(jī)重點(diǎn)并不在民用，而在軍用。從無人機(jī)的出現(xiàn)，發(fā)展到今天，已經(jīng)有了近百年的歷史。

無人機(jī)的起源和發(fā)展

無人機(jī)的起源和發(fā)展分為萌芽期、發(fā)展期、蓬勃期三個(gè)階段。

萌芽期

1903年，美國萊特兄弟研發(fā)了世界上第一架載人飛機(jī)“天空一號(hào)”，開啟了人類太空探索之旅。

隨著載人飛機(jī)的發(fā)展，萌發(fā)了無人機(jī)的設(shè)想。1914年，第一次世界大戰(zhàn)正進(jìn)行得如火如荼，英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍，向英國軍事航空學(xué)會(huì)提出了一項(xiàng)建議：研制一種不用人的駕駛技術(shù)，而用無線電操縱的小型飛機(jī)，使它能夠飛到敵方某一目標(biāo)區(qū)上空，將事先裝在小飛機(jī)上的炸彈投下去。

這種大膽的設(shè)想，立即得到當(dāng)時(shí)英國軍事航空學(xué)會(huì)理事長戴？亨德森爵士的賞識(shí)。他指定由A.M.洛教授率領(lǐng)一班人馬進(jìn)行研制，可惜的是，無人機(jī)的研發(fā)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，均以失敗而告終。

1917年，皮特？庫柏（Peter Cooper）和埃爾默？A？斯佩里（Elmer A.Sperry）發(fā)明了第一臺(tái)自動(dòng)陀螺穩(wěn)定器，這種裝置能夠使得飛機(jī)能夠保持平衡向前的飛行，無人飛行器自此誕生。這項(xiàng)技術(shù)成果將美國海軍寇蒂斯N-9型教練機(jī)成功改造為首架無線電控制的不載人飛行器，該飛行器能搭載300磅的炸彈飛行50英里，但不能自主地飛行和回收。

不可回收使得無人機(jī)更像導(dǎo)彈而不像飛機(jī)，且使用成本極高。因此，從可回收的角度出發(fā)，真正意義上的第一架無人機(jī)是英國德哈維蘭公司于 1934 年研制的“蜂后”無人機(jī)?！胺搴蟆睙o人機(jī)是一款無線電遙控全尺寸靶機(jī)，最高飛行高度達(dá)17000英尺，最大速度為100英里/小時(shí)，發(fā)射后能自主回收并重復(fù)利用，在1934至1943年間共生產(chǎn)了420架，在英國海軍和陸軍服役。

“蜂后”式無人機(jī)的問世才是無人機(jī)真正開始的時(shí)代，可以說是近現(xiàn)代無人機(jī)歷史上的“開山鼻祖”。隨后無人機(jī)被運(yùn)用于各大戰(zhàn)場，執(zhí)行偵察任務(wù)。然而由于當(dāng)時(shí)的科技比較落后，無法出色完成任務(wù)，發(fā)展比較緩慢。

一直到在20世紀(jì)80年代，無人機(jī)在戰(zhàn)爭中卓有成效地執(zhí)行了多種軍事任務(wù)，包括照相偵察、撒傳單、信號(hào)情報(bào)搜集、防空火力誘餌、防空陣地標(biāo)識(shí)、目標(biāo)指示和目標(biāo)毀傷評(píng)估的實(shí)時(shí)報(bào)告。至此，無人機(jī)已先后經(jīng)歷了無人靶機(jī)、預(yù)編程控制無人偵察機(jī)、指令遙控?zé)o人偵察機(jī)和復(fù)合控制的多用途無人機(jī)的發(fā)展過程。

發(fā)展期

1976 年，以色列將大量無人機(jī)用于對(duì)埃及的戰(zhàn)爭中，誘使埃及地面防空部隊(duì)開火，為之后轟炸機(jī)對(duì)埃及地面部隊(duì)轟炸提供了掩護(hù)。在黎巴嫩戰(zhàn)爭時(shí)期，偵察兵無人機(jī)系統(tǒng)曾經(jīng)在以色列陸軍和以色列空軍的服役中擔(dān)任重要戰(zhàn)斗角色。

隨后美國借鑒以色列的經(jīng)驗(yàn)，在海灣戰(zhàn)爭中先后動(dòng)用了“先鋒”“指針”無人機(jī)系統(tǒng)，在偵察、監(jiān)視、目標(biāo)管理和炮火支援等發(fā)面都發(fā)揮了重要作用。隨著電子信息技術(shù)和動(dòng)力裝備的進(jìn)步，無人機(jī)在戰(zhàn)場上的功能呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，從最初的自殺式投放炸彈，逐漸拓展為偵察、情報(bào)收集、跟蹤、通訊甚至自主攻擊。

由于無人機(jī)在戰(zhàn)爭中的出色表現(xiàn)，軍用無人機(jī)發(fā)展迎來了最迅猛的時(shí)期，并且呈現(xiàn)出察打一體化和高空長航時(shí)的趨勢。全世界共有30多個(gè)國家裝備了無人機(jī)系統(tǒng)，并在陸、海、空三軍中組建了無人機(jī)隊(duì)。

1986年12月，美國研發(fā)的“先鋒”系列無人機(jī)為戰(zhàn)術(shù)指揮官提供了特定目標(biāo)以及戰(zhàn)場的實(shí)時(shí)畫面，執(zhí)行了美國海軍“偵察、監(jiān)視并獲取目標(biāo)”等各種任務(wù)。這套無人定位系統(tǒng)的花銷很小，滿足了20世紀(jì)80年代美國在黎巴嫩，格林納達(dá)以及利比亞以低代價(jià)開展無人獲取目標(biāo)的要求，并首次投入實(shí)戰(zhàn)。

“先鋒”號(hào)現(xiàn)在仍在服役，通過火箭助力起飛，起飛重量416磅，航速每小時(shí)109英里。飛機(jī)能夠漂浮在水面，并且通過海面降落進(jìn)行回收。

“先鋒”RQ-7B幻影是無人機(jī)家族中最小的一個(gè)，被美國陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)用于伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場。這個(gè)系統(tǒng)能夠定位并識(shí)別戰(zhàn)術(shù)指揮中心125公里之外的目標(biāo)，讓指揮官的觀察、指揮、行動(dòng)都更加敏捷。

蓬勃期

隨著1993年美國啟動(dòng)了蒂爾無人機(jī)發(fā)展計(jì)劃，無人機(jī)步入了高空長航時(shí)時(shí)代，美國的全球鷹以及以色列的蒼鷺無人機(jī)是這方面的代表。其中全球鷹航程為26000km，續(xù)航時(shí)間42小時(shí)，可從美國本土起飛到達(dá)全球任何地點(diǎn)進(jìn)行偵察，并在21世紀(jì)初的阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭中為美軍提供了大量的目標(biāo)圖像情報(bào)，發(fā)揮了重要的偵察作用。

1994年，美國通用原子公司研制出捕食者無人機(jī)。與只能進(jìn)行偵察的無人機(jī)相比，捕食者具有察打一體的功能，這使其在此后的多次戰(zhàn)爭中都扮演了重要角色。

21世紀(jì)初，由于原來的無人機(jī)個(gè)頭較大，目標(biāo)明顯且不易于攜帶，所以研制出了迷你無人機(jī)，機(jī)型更加小巧、性能更加穩(wěn)定，一個(gè)背包就可搞定。同時(shí)無人機(jī)更加優(yōu)秀的技能，催發(fā)了民用無人機(jī)的誕生。

2003年3月，“捕食者”攜帶兩枚AGM-114K“地獄火Ⅱ”激光制導(dǎo)反坦克導(dǎo)彈，執(zhí)行摧毀伊拉克的ZSU-23-4自行高射炮的任務(wù)；在2006年的伊拉克軍事行動(dòng)中，“捕食者”無人機(jī)發(fā)現(xiàn)三名武裝分子企圖用迫擊炮襲擊美軍后，發(fā)射了一枚空對(duì)地導(dǎo)彈，成功擊斃了三名武裝分子。同年，影響世界民用無人機(jī)格局的大疆無人機(jī)公司成立，先后推出的phantom系列無人機(jī)，在世界范圍內(nèi)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，幫助汪峰成功搶到頭條就是大疆公司的產(chǎn)品，研制的phantom2vision+還在2014年入選《時(shí)代》雜志。

2009年，美國加州3DRobotics無人機(jī)公司成立，這是一家最初主要制造和銷售DIY類遙控飛行器（UAV）的相關(guān)零部件的公司，在2014年推出X8+四軸飛行器后而名聲大噪，目前已經(jīng)成長為與中國大疆相媲美的無人機(jī)公司。

2014年，一款用于自拍的無人機(jī)Zano誕生，曾經(jīng)被稱為無人機(jī)市場上的iPhone。該機(jī)在眾籌平臺(tái)上籌款340萬美元，獲得超過15000人的支持，大家都對(duì)該款產(chǎn)品充滿期待，由于無法解決無人機(jī)量產(chǎn)而引發(fā)的軟硬件調(diào)校誤差，該研發(fā)公司于2015年破產(chǎn)，Zano只能活在大家的記憶中。即便如此，無人機(jī)應(yīng)用在自拍領(lǐng)域的研究從未停息。

2015年，是無人機(jī)飛速發(fā)展的一年，各大運(yùn)營產(chǎn)商融資成功，為無人機(jī)的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件，還上線了第一個(gè)無人機(jī)在線社區(qū)飛獸社區(qū)。同年美國Qualcomm公司相繼推出自己的無人機(jī)開發(fā)平臺(tái)，作為該公司布局IOT生態(tài)圈的重要一環(huán)。

國內(nèi)研發(fā)歷程

中國從五十年代就開始運(yùn)用無人機(jī)，但無人機(jī)研究起步較晚，20世紀(jì)60年代，才開始自主研制無人偵察機(jī)，80年代初裝備部隊(duì)。

1966年底，我國才開始研發(fā)無人機(jī)，以蘇聯(lián)不成熟無人機(jī)拉17為起點(diǎn)。后來因?yàn)檎卧颍K聯(lián)撤走技術(shù)力量，于是中國依靠自身力量研發(fā)無人機(jī)。在拉17的基礎(chǔ)上，中國研制出長空一號(hào)無人機(jī)，定性是無人靶機(jī)。

越戰(zhàn)時(shí)期，美空軍在越南戰(zhàn)場損失慘重，開始運(yùn)用“火蜂”無人機(jī)代替有人機(jī)作偵察活動(dòng)。該機(jī)在偵察越戰(zhàn)時(shí)，試圖順道偵察中國。在偵察中國時(shí)，“火蜂”無人機(jī)被擊落，機(jī)體保存良好，這邊便拿來研究，到了78年仿制成功，叫長虹一號(hào)，又叫無偵-5。

1980年，國家批準(zhǔn)無偵-5設(shè)計(jì)定型。1981年起開始裝備部隊(duì)，在部隊(duì)訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)偵察中發(fā)揮了作用，是中國在無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域里的一次飛躍。從無偵-5這個(gè)名字就可以看出，這是款專業(yè)無人機(jī)。

改革開放以后，在民用領(lǐng)域中探索可行性，中國航空事業(yè)經(jīng)過60多年的辛酸歷程，從無到有逐步成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱。我國從事無人機(jī)行業(yè)的單位有300多家，形成了配套齊全的研發(fā)、制造、銷售和服務(wù)體系的有160家左右。研制投入使用的無人機(jī)型多達(dá)百余種，小型無人機(jī)技術(shù)已逐步完善，戰(zhàn)略無人機(jī)已成功試飛，攻擊無人機(jī)也已試射空地導(dǎo)彈多次成功。

20世紀(jì)末，中國無人機(jī)發(fā)展提速，到了2009年閱兵儀式上，破天荒地出現(xiàn)了無人機(jī)方隊(duì)。

2012年，大疆無人機(jī)發(fā)布消費(fèi)級(jí)無人機(jī)引爆民用無人機(jī)市場。此后，中國無人機(jī)行業(yè)呈爆發(fā)式發(fā)展。

2014年，我國在無人機(jī)銷售量2萬架左右，50%以上的增長在未來幾年將持續(xù)保持，在2014年我國民用無人機(jī)銷售規(guī)模已經(jīng)達(dá)到40億元，國內(nèi)與無人機(jī)相關(guān)的專利申請(qǐng)15245件。

2017年，由中國航天科技集團(tuán)研制的“彩虹”太陽能無人機(jī)，開展了高空飛行驗(yàn)證，在臨近空間高度成功試飛。這標(biāo)志著我國成為繼美、英之后第三個(gè)掌握臨近空間太陽能無人機(jī)技術(shù)的國家。

國外發(fā)展過程

20世紀(jì)40年代，二戰(zhàn)中的無人靶機(jī)用于訓(xùn)練防空炮手。

1945年，第二次世界大戰(zhàn)之后將多余或者是退役的飛機(jī)改裝成為特殊研究或者是靶機(jī)，成為近代無人機(jī)使用趨勢的先河。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，無人機(jī)在擔(dān)任偵查任務(wù)的角色上開始展露他的彈性與重要性。

美國最早于1939年開始研制無人靶機(jī)，先后研制出“火蜂（Firebee）”系列和“Chukar”系列靶機(jī)。從20世紀(jì)50、60年代開始，美國相繼研制成功“火蜂”“先鋒”“獵人”“捕食者”和“全球鷹”等戰(zhàn)術(shù)或戰(zhàn)略無人偵察機(jī)，以及“捕食者”改進(jìn)型無人偵察作戰(zhàn)飛機(jī)。

20世紀(jì)60、70年代，在越南戰(zhàn)爭、海灣戰(zhàn)爭乃至北約空襲南斯拉夫的過程中，無人機(jī)都被頻繁地用于執(zhí)行軍事任務(wù)。

1982年，以色列航空工業(yè)公司（IAI）首創(chuàng)以無人機(jī)擔(dān)任其他角色的軍事任務(wù)。在加利利和平行動(dòng)（黎巴嫩戰(zhàn)爭）時(shí)期，偵察者無人機(jī)系統(tǒng)曾經(jīng)在以色列陸軍和以色列空軍的服役中擔(dān)任重要戰(zhàn)斗角色。以色列國防軍主要用無人機(jī)進(jìn)行偵察，情報(bào)收集，跟蹤和通訊。

1991年的沙漠風(fēng)暴作戰(zhàn)當(dāng)中，美軍曾經(jīng)發(fā)射專門設(shè)計(jì)欺騙雷達(dá)系統(tǒng)的小型無人機(jī)作為誘餌，這種誘餌也成為其他國家效彷的對(duì)象。

1996年3月，美國國家航空航天局研制出兩架試驗(yàn)機(jī)：X-36試驗(yàn)型無尾無人戰(zhàn)斗機(jī)。該型長5.7米，重88公斤，其大小相當(dāng)于普通戰(zhàn)斗機(jī)的28%。該型使用的分列副翼和轉(zhuǎn)向推力系統(tǒng)比常規(guī)戰(zhàn)斗機(jī)更具有靈活性。水平垂直的尾翼既減輕了重量和拉力，也縮小了雷達(dá)反射截面。無人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)將執(zhí)行的理想任務(wù)是壓制敵防空、遮斷、戰(zhàn)斗損失評(píng)估、戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御以及超高空攻擊，特別適合在政治敏感區(qū)執(zhí)行任務(wù)。

20世紀(jì)晚期，美國軍方在無人機(jī)飛行器上的興趣不斷增長，因?yàn)樗麄兲峁┝顺杀镜土瑯O富任務(wù)彈性的戰(zhàn)斗機(jī)器，這些戰(zhàn)斗機(jī)器可以被使用而不存在飛行員死亡的風(fēng)險(xiǎn)。海灣戰(zhàn)爭后，無人機(jī)開始飛速發(fā)展和廣泛運(yùn)用。美國軍隊(duì)曾經(jīng)購買和自制先鋒無人機(jī)在對(duì)伊拉克的第二次和第三次海灣戰(zhàn)爭中作為可靠的系統(tǒng)。

20世紀(jì)90年代后，西方國家充分認(rèn)識(shí)到無人機(jī)在戰(zhàn)爭中的作用，競相把高新技術(shù)應(yīng)用到無人機(jī)的研制與發(fā)展上。新翼型和輕型材料大大增加了無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間，采用先進(jìn)的信號(hào)處理與通信技術(shù)提高了無人機(jī)的圖像傳遞速度和數(shù)字化傳輸速度。先進(jìn)的自動(dòng)駕駛儀使無人機(jī)不再需要陸基電視屏幕領(lǐng)航，而是按程序飛往盤旋點(diǎn)，改變高度和飛往下一個(gè)目標(biāo)。

無人機(jī)未來發(fā)展的趨勢

隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)將為各個(gè)行業(yè)提供更高效、便捷的服務(wù)。未來無人機(jī)發(fā)展大致呈現(xiàn)出小型化、安全化、智能化、速度可控化、集群化發(fā)展趨勢。

小型化

未來無人機(jī)多應(yīng)用于搜索和營救等場景，如果一個(gè)無人機(jī)體積太大，那么將極不利于其對(duì)環(huán)境的勘探。面對(duì)未知的環(huán)境，小型無人機(jī)應(yīng)具備更強(qiáng)的自主性。

但無人機(jī)一旦小型化，諸如縮小到厘米級(jí)的直徑，幾十克的重量，荷載將受到極大限制，用途也將受限。

安全化

由于無人機(jī)傷人事件逐漸增多，未來的無人機(jī)應(yīng)變得更為安全可靠，這樣才能在各種環(huán)境中進(jìn)行飛行控制。由于機(jī)器體積變小，其慣性也會(huì)減小，一旦發(fā)生撞擊，迅速自我調(diào)整平衡。

智能化

無人機(jī)的避障能力亟需提升。在躲避障礙物過程中，無人機(jī)應(yīng)通過傳感器、云端控制、攝像頭等技術(shù)方式形成閉環(huán)，依靠計(jì)算機(jī)視覺對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測，分析周圍環(huán)境的特征，實(shí)現(xiàn)自我規(guī)劃路徑。

速度可控化

無人機(jī)在飛行過程中不僅需要可以判斷其速度和位置，還需要加以控制，避免走入障礙區(qū)，這就需要地圖的識(shí)別技術(shù)了。

在螺旋儀和加速儀的配合下，無人機(jī)知道如何根據(jù)環(huán)境特征進(jìn)行移動(dòng)。通過每秒做數(shù)百次的運(yùn)算，計(jì)算出最可行的方位和速度。感器不同的等級(jí)、各種不同的不確定性因素，都可以通過概率學(xué)的方法把系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合在一起，通過一個(gè)等式來把它歸納成一個(gè)位置和速度的估算。

集群化

單一無人機(jī)很難出色完成任務(wù)，集群化發(fā)展將是未來發(fā)展的趨勢。無人機(jī)的集群技術(shù)的靈感來源于自然，正如魚群、鳥群、蜂群、蟻群一樣，無人機(jī)集群中的每個(gè)個(gè)體的能力或遵循的行為規(guī)則非常簡單，且控制是分布式的，不存在中心控制，但個(gè)體通過集群效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的功能。

無人機(jī)還應(yīng)能夠開展獨(dú)立行動(dòng)，無需提前預(yù)判，就知道周邊最新信息，與此同時(shí)，群組內(nèi)的無人機(jī)無個(gè)性特征的行為。