新業(yè)態(tài)，新機(jī)遇
——無人機(jī)人工影響天氣作業(yè)蓄勢(shì)待發(fā)

陳兆鵬 夏欣

珠海中航通用航空有限公司

隨著技術(shù)積累與進(jìn)步，我國人工影響天氣的能力愈發(fā)成熟。現(xiàn)已開發(fā)出可用于人工影響天氣的無人機(jī)平臺(tái)，將與有人機(jī)互為補(bǔ)充，相得益彰，未來發(fā)展前景巨大。

2021年1月6日，用于人工影響天氣的大型無人機(jī)“甘霖-I”從甘肅省金昌市金川機(jī)場起飛，起飛后地面控制系統(tǒng)顯示，無人機(jī)防除冰、大氣探測(cè)、催化劑播撒等功能正常，系統(tǒng)穩(wěn)定，性能滿足項(xiàng)目要求，經(jīng)過30多分鐘飛行，平穩(wěn)著陸。

“甘霖-I”無人機(jī)的首飛圓滿成功，標(biāo)志著無人機(jī)開始實(shí)質(zhì)性進(jìn)入人工影響天氣業(yè)務(wù)領(lǐng)域，逐步與有人機(jī)互為補(bǔ)充，相得益彰，未來發(fā)展前景巨大，業(yè)務(wù)蓄勢(shì)待發(fā)。

中國人工影響天氣現(xiàn)狀

近年來，在全球氣候變化背景下，我國資源環(huán)境生態(tài)問題更加突顯，防災(zāi)減災(zāi)形勢(shì)更加嚴(yán)峻，農(nóng)業(yè)、生態(tài)、環(huán)境、交通等行業(yè)對(duì)干旱、冰雹、霧霾、高溫?zé)崂说葹?zāi)害的敏感性不斷增強(qiáng)。為避免或減輕氣象災(zāi)害，合理利用氣候資源，在適當(dāng)條件下通過科技手段對(duì)局部大氣的物理過程進(jìn)行人工影響，顯得愈發(fā)重要。

圖1 2021年1月6日，用于人工影響天氣的大型無人機(jī)“甘霖-I”在甘肅省金昌市金川機(jī)場首飛成功。

雖然我國水資源較為短缺，但空中云水資源豐富。60多年來，我國的人工影響天氣工作從艱難起步、探索發(fā)展、優(yōu)化調(diào)整到穩(wěn)步發(fā)展壯大—應(yīng)急抗旱防雹力保豐收，常態(tài)增雨作業(yè)守護(hù)生態(tài)，重大應(yīng)急保障盡責(zé)履職，將飛雹化為細(xì)雨，讓甘霖潤澤大地。經(jīng)過在人工影響天氣方面業(yè)務(wù)基礎(chǔ)的不斷夯實(shí)，高性能增雨飛機(jī)平臺(tái)、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、外場試驗(yàn)基地的建設(shè)不斷加快，初步構(gòu)成了天基-空基-地基有機(jī)結(jié)合的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，作業(yè)指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了省市縣業(yè)務(wù)全覆蓋。已有50多架作業(yè)飛機(jī)、6500余門高炮、8200余部火箭作業(yè)系統(tǒng)、5萬專兼職作業(yè)隊(duì)伍，形成了空地一體化協(xié)同作業(yè)體系，作業(yè)規(guī)模位居世界首位。

2016-2020年，我國共實(shí)施飛機(jī)人工增雨作業(yè)5474架次、飛行14917小時(shí)，地面高炮、火箭等地面作業(yè)23余萬次，年平均人工增雨（雪）作業(yè)區(qū)覆蓋面積達(dá)512余萬平方公里，累計(jì)增加降水約2100億立方米。

有人機(jī)人工影響天氣作業(yè)

飛機(jī)人工影響天氣作業(yè)能完成地面增雨設(shè)備不能完成的任務(wù)，具有空中尋找最強(qiáng)雨云、滯空時(shí)間長、播撒面積廣、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

圖2 我國已有50 多架作業(yè)飛機(jī)、6500 余門高炮、8200 余部火箭作業(yè)系統(tǒng)、5萬專兼職作業(yè)隊(duì)伍，形成了空地一體化協(xié)同作業(yè)體系。

圖3 運(yùn)-12 是我國最常見的人工增雨作業(yè)機(jī)型，適合低空作業(yè)。

我國從事有人機(jī)人工影響天氣作業(yè)的主要機(jī)型，為“空中國王”350、新舟60、運(yùn)-12、運(yùn)-7、安-26、夏延等飛機(jī)。國產(chǎn)運(yùn)-12是我國最常見的作業(yè)機(jī)型，適合低空作業(yè)，飛行高度在6500m以下，一般除了新飛機(jī)以外，帶有任務(wù)載荷時(shí)可以穩(wěn)定在5500m左右高度飛行，可以勝任對(duì)北方春季層狀云入云進(jìn)行播撤 (負(fù)溫播撒窗區(qū)在2300～4000m)，但是到了夏季和中國南方的大部分季節(jié)，零度層高度往往都高達(dá)5500 ～6000m，顯然負(fù)溫播撒已經(jīng)遠(yuǎn)在運(yùn)-12的能力之外，不能滿足這些地區(qū)和這些季節(jié)的人工作業(yè)需求。在實(shí)際作業(yè)中，有些任務(wù)甚至需要在7000 ～8000m的云中進(jìn)行，那么座艙增壓功能也必不可少，“空中國王”350和新舟60飛機(jī)是國內(nèi)主流高性能人工影響天氣機(jī)型。

在無人機(jī)人工影響天氣方面，無人機(jī)技術(shù)具有成本低廉、經(jīng)濟(jì)易用，尤其便于氣象部門自己控制掌握。目前，按照氣象部門自己的拓寬服務(wù)領(lǐng)域、定位服務(wù)社會(huì)的理念，氣象無人機(jī)技術(shù)也可以成為省級(jí)及以下氣象部門進(jìn)行包括人工影響天氣作業(yè)在內(nèi)的、遙感、探測(cè)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)的綜合平臺(tái)，為人工影響天氣作業(yè)航空器的選擇提供了更多選項(xiàng)。

無人機(jī)人工影響天氣作業(yè)

《中國制造2025》規(guī)劃要求推進(jìn)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展。我國民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)起步晚，進(jìn)步快。近年來，隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈配套的成熟，以及無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展成熟，我國從單純的生產(chǎn)加工制造轉(zhuǎn)向自主研發(fā)，在民用無人機(jī)制造方面處于世界前列。民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)、制造和應(yīng)用是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。

“十三五”期間，我國無人機(jī)市場平均增長率約為50%。“十四五”期間，隨著政策紅利、技術(shù)迭代、資本投入的“共振”，我國無人機(jī)將迎來快速擴(kuò)張。

根據(jù)《工業(yè)和信息化部關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范民用無人機(jī)制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出：到2020年，民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)值達(dá)到600億元，年均增速40%以上。到2025年，民用無人機(jī)產(chǎn)值達(dá)到1800億元，年均增速25%以上。產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、企業(yè)實(shí)力持續(xù)保持國際領(lǐng)先勢(shì)頭，建立健全民用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)認(rèn)證體系及產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)民用無人機(jī)安全可控和良性健康發(fā)展。民航局在2020年批準(zhǔn)了13個(gè)無人機(jī)試驗(yàn)區(qū)，通過試點(diǎn)促進(jìn)無人機(jī)行業(yè)與社會(huì)管理深度融合。

2020年8月，搭載毫米波云雷達(dá)、探空儀的翼龍-10無人機(jī)，在中國氣象局指揮下完成國內(nèi)首次高空大型無人機(jī)臺(tái)風(fēng)綜合觀測(cè)試驗(yàn)，開創(chuàng)了CT式臺(tái)風(fēng)掃描的先河。

2019年3月，為解決祁連山生態(tài)修復(fù)問題，甘肅省率先探索啟動(dòng)大型無人機(jī)人工影響天氣作業(yè)，與中國氣象局、中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司等密切合作，大力攻關(guān)，歷經(jīng)一年多的項(xiàng)目研制，人工影響天氣無人機(jī)“甘霖-I”所有參數(shù)、指標(biāo)均達(dá)到項(xiàng)目要求，并最終通過技術(shù)鑒定，進(jìn)入作業(yè)效果評(píng)估和標(biāo)準(zhǔn)制定階段。2021年1月6日，大型人工影響天氣無人機(jī)“甘霖-I”首飛成功，無人機(jī)防除冰、大氣探測(cè)、催化劑播撒等功能正常，系統(tǒng)穩(wěn)定，性能滿足項(xiàng)目要求。

圖4 2020年8月，翼龍-10 無人機(jī)完成國內(nèi)首次高空大型無人機(jī)臺(tái)風(fēng)綜合觀測(cè)試驗(yàn)。

圖5 “甘霖-I”無人機(jī)首飛成功，無人機(jī)防除冰、大氣探測(cè)、催化劑播撒等功能正常，系統(tǒng)穩(wěn)定，性能滿足項(xiàng)目要求。

人工影響天氣無人機(jī)用于復(fù)雜天氣下作業(yè)，是可控和可回收探測(cè)器和播撒器。在降水云系出現(xiàn)時(shí)，根據(jù)雷達(dá)測(cè)得的降水云系的位置，設(shè)計(jì)飛行航線。無人機(jī)自動(dòng)飛向作業(yè)位置，并且工作人員可以根據(jù)天氣雷達(dá)探測(cè)的降水云系實(shí)況，操控?zé)o人機(jī)修正航線，無人機(jī)到達(dá)作業(yè)區(qū)或接近作業(yè)區(qū)時(shí)，通過無人機(jī)自身的氣象探測(cè)儀器探測(cè)到的溫度、濕度等氣象參數(shù)，工作人員可以進(jìn)一步選擇作業(yè)點(diǎn)，發(fā)出操控指令讓無人機(jī)開始播撒。

大型人工影響天氣無人機(jī)相對(duì)有人機(jī)，實(shí)施人工影響天氣具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）適應(yīng)復(fù)雜地形和氣象條件。無人機(jī)操控員在地面操控，能夠在復(fù)雜地形和氣象條件下作業(yè)，安全系數(shù)高。

（2）冷云作業(yè)，有效防除冰。加裝翼面防除冰系統(tǒng)，防除冰效果顯著，具備冷云條件作業(yè)能力。

（3）長航時(shí)作業(yè)能力。實(shí)現(xiàn)先探索、后作業(yè)、再探測(cè)、再作業(yè)的試驗(yàn)流程，具備跨晝夜飛行能力。

（4）空地協(xié)同，精準(zhǔn)增雨。機(jī)動(dòng)性高，快速響應(yīng)多種飛行指令，探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至地面，為作業(yè)指揮提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)“空地協(xié)同，精準(zhǔn)增雨”。

無人機(jī)人工影響天氣未來前景

國務(wù)院辦公廳《關(guān)于推進(jìn)人工影響天氣工作高質(zhì)量發(fā)展的意見》指出，到2025年，形成組織完善、服務(wù)精細(xì)、保障有力的人工影響天氣工作體系，基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得重要突破，探索大型無人機(jī)等人工影響天氣作業(yè)新方式、新手段。

中國氣象局已經(jīng)將大型無人機(jī)人工影響天氣綜合應(yīng)用系統(tǒng)納入“十四五”人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃中進(jìn)行布局。支持開展祁連山區(qū)無人機(jī)人工增雨（雪）業(yè)務(wù)試驗(yàn)工作，推進(jìn)無人機(jī)增雨（雪）系統(tǒng)從試驗(yàn)向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化，推廣應(yīng)用。

盡管無人機(jī)人工影響天氣應(yīng)用方面面臨一些問題：比如無人機(jī)人工影響天氣的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未完善，無人機(jī)行業(yè)發(fā)展與相關(guān)行業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用尚未規(guī)范，專業(yè)人才隊(duì)伍較為欠缺。但是未來發(fā)展前景十分廣闊，尤其是高空性能、安全性能、長航時(shí)性能十分突出，可以與有人機(jī)一起構(gòu)建空中人工影響天氣發(fā)展新格局?！?/p>