從20世紀和21世紀之交直到今天,世界航空界呈現無人機蓬勃發展的局面,軍民並舉,八方長驅,方興未艾;世界無人機市場極為活躍,需求旺盛,擴展迅猛。在這個浪潮裡,中國航空表現驚豔。無人機成為我國少有的、在整體水平上步入世界一流,在部分品種和技術上走在世界前列的領域;中國產的無人機行銷天下,勢不可擋;其中,大疆、翼龍、彩虹是三款引人注目的中國品牌。前者軍民屬性兼具,在走進尋常百姓家的同時,甚至成為美軍單兵配置裝備;後兩者則是大受國外用戶歡迎的高端無人機,屢建戰功。那麼,究竟什麼是無人機?無人機是怎樣發展而來的?無人機何以成為21世紀的航空新銳?中國無人機又何以馳名天下?讓我們一一道來。
翼龍10無人機
無人機,當然應該是「無人」的飛行機械裝置。真正的無人機,是自主(控制)無人機,或可直稱智能(AI)無人機,是指在飛行或執行任務時,完全不需要人去操縱和控制的無人機。這類完全無人工幹預的無人機,具有很高的技術含量,有賴於具有自感知、自判斷、自決策能力的自主控制技術的成熟與工程化。而我們現在看到的或使用的無人機,實為「機內無駕駛員的航空器」,但機外離不開駕駛員或操縱者(民間也叫「飛手」)。由於無人機可以在無人駕駛的條件下,完成飛行和各種特定任務,如精靈般翻騰飛躍於藍天,也被稱為「空中機器人」。英語中現時最常用的UAV(Unmanned Aerial Vehicle)和RPA(Remotely Piloted Aircraft)都可以認為是無人機,但嚴格意義上,前者指自主無人機,後者指現有的所有無人機,即遙控飛行器。還有一個從法語轉來的詞彙drone,用得更多,軍民皆可,如無人機戰爭(drone warfare)、無人機產業(drone industry)等。與之相對應,中國化的最傳神、最具包容性的譯名就是「無人機」。由於現在全世界還沒有任何一具工程實用的自主無人機,我們權且把無人機定義為:無人機是無人駕駛飛行器的簡稱,是利用無線電遙控或按預置程序自動飛行的航空器。有的書刊或媒體上,把無人機定義為無駕駛員的不載人航空器,這是不妥的。因為可以載人(等同於載荷)、但無人駕駛的航空器仍歸入無人機範疇,且在解決心理障礙與安全問題後將很快問世。無人機是迄今為止品種最複雜、應用領域最廣的航空器,在構型、用途、尺寸、質量、航程、航時、飛行高度、飛行速度等多方面有很大差異。由於無人機的多樣性,就產生了多種分類方法。主要有以下幾種。按平臺構型分類,主要有無人飛機(固定翼無人機)、無人直升機、無人多旋翼飛行器、無人自轉旋翼機、無人飛艇、無人傘翼機等,最常用的是前三種。無人飛機是軍用和多數民用無人機的主流樣式,特點是飛行速度較快;無人直升機是靈活性最強的無人機平臺,可以原地垂直起飛和懸停;無人多旋翼機是消費類和部分工業級民用用途的首選平臺,靈活性介於無人飛機和直升機中間,但操縱簡單、成本較低。無人自轉旋翼機(其旋翼不與動力或傳動裝置相連,另設升力螺旋槳)按使用性質分類,分為軍用和民用無人機;軍用無人機又有信息無人機(偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼等)、攻擊無人機、察打一體無人機、空戰無人機(無人戰鬥機)、靶機等類別,民用無人機主要分工業級無人機(執行各種作業或特定使命)和消費類無人機。軍用無人機對於飛行高度與速度、機動性等要求高,一般說來是高端無人機的代名詞;民用無人機一般對於速度、升限和航程等要求較低,但要求簡易可靠,製作與使用成本低。按空機質量分類,可分為微型、輕型、小型和大型無人機。民用領域的規定是,微型無人機的空機質量小於等於7kg,輕型無人機的空機質量大於7kg、小於等於116kg,小型無人機的空機質量小於等於5700kg,大型無人機的空機質量大於5700kg。按活動範圍分類,可分為超近程、近程、短程、中程和遠程無人機。一般以飛行活動半徑劃分,分別為15km以內、15~50km、50~200km、200~800km和大於800km。按飛行高度分類,可分為超低空、低空、中空、高空和超高空無人機。飛行高度分別對應0~l00m、100~1000m、1000~7000m、7000~18000m和大於18000m。按控制方式分類,就是前面說的自主無人機和遙控無人機;當然,還可以再細分。按動力樣式分類,與有人機一樣,分為油動(燃油驅動活塞、渦噴、渦軸等)、電動(多樣化的電力來源驅動電機,燃料電池、太陽能電池、超級電容器、無線能量傳輸或其他種類的電池等電力來源)和油電混合等。按留空時間分類,可以分為長航時與非長航時;但並無客觀的、統一的標準。如果把軌道飛行器也算作無人機,這些飛行器可以持續飛行數日、數月,甚至數年。如果以傳統航空器的飛行高度,即臨近空間的下限高度為界,軍用無人機達到一天上下,可認為是長航時;民用無人機達到數小時即可認為是長航時。確定是否夠得上「長航時」,還跟無人機的用途相關,總之是相對比較而言。廠家不要動輒稱自己的產品為長航時,買家更要以需判定和選擇。軍用無人機的分類有其特殊性。美國防部將軍用無人機按質量、飛行高度和空速綜合起來,劃分為5個等級。第1級重量0-9千克,飛行高度不超過370米,空速低於185千米/小時;第2級重量9.5-25千克,飛行高度不超過1100米,空速低於463千米/小時;第3級重量低於600千克,飛行高度低於5500米,空速低於463千米/小時;第4級重量大於600千克,飛行高度低於5500米,空速任意;第5級重量大於600千克,飛行高度高於5500米,空速任意。第1、2、3級稱為「小型無人機系統」(SUAS,SmallUnmanned Aerial System),第4、5級稱為「遙控無人機」(RPA),多為中高端機,強調持久、靈活和多功能,是聯合作戰的新品種。無人機的優勢源於機上無駕駛員;由此帶來的優勢體現在兩個方面。第一,由於不受人的生理局限的制約,飛行器的性能可以得到極大提高,理論上說,其速度、飛行邊界、過載與機動性等,可以達到飛行器自身結構與強度及動力等所能提供或允許的極限。第二,因取消與駕駛員相關的人機界面及其相應的顯示控制、環境控制、個體安全等設備與分系統,而使機上有限資源得到優化與充分利用。從應用角度,對無人機優勢的傳統表述是:無論軍用還是民用,無人機均可承擔「3D」(dull-冗煩、dangerous-危險、dirty-骯髒)任務。隨著無人機類別的增加和性能的提高,其應用範圍大為擴展,從軍到民,從作戰到作業,從常規到非常規,從戰術戰場到國計民生,幾乎沒有無人機不能施展身手的使用場景。我們的認識也許應該倒轉了,無人機遠比有人機的應用範圍廣闊,無人機能完成的許多任務,有人機反而不可能承擔,或者根本就無需承擔。故而,我們可以用「3N」(三新)來表述無人機的擴展應用,即新邊界(New boundary,包括高度和距離)、新速域(New speed)、新領域(New areas)。隨著無人機技術的進步,無人機正從輔助性、替代性應用向多功能、寬譜系的全面應用轉變。從製造與使用成本的角度看,無人機的顯著優勢是相對低廉。與同功能的有人機相比,製造成本可降低一半,使用成本可減低到三分之一,甚至更低。無人機的操作與訓練,可通過預置程序或操控鍵盤進行,安全性大為提高,直接費用大大減少;對於有人機,一般是一人一機,進行操控,而無人機可以集群工作,一個人可以同時控制多架。無人機在較小場地上即可起飛、回收,無需專門的跑道和龐雜的地勤維修,使用相對簡易。由於具備上述優勢,無人機受到眾多用戶的歡迎,無人機的應用越來越多,市場也越來越大。美國BI(Business Inside)的報告說:未來10年間,全球軍用無人機的年均增長率為5%(考慮到軍用無人機市場的保密與特殊性,這一預估似偏低),而同期民用無人機市場的年平均增長率達19%(這個數據亦偏低)。隨著無人機技術進步和產品多樣化,還將刺激和培育出更多的應用,帶來新的使用樣式和可以期待的更大量的採購。無人機與航空模型(簡稱「航模」)有時難以區分,人們也常常詢問它們之間到底有何異同。就此,我們作如下探究。所有現代航空器都是從航模進化來的。在人類飛上藍天的探索實踐中,毫無例外都是先靜態模型,後動力模型;先模型樣機,後實物真機。沒有模型,就沒有航空創造,就沒有航空發展。在航空探索的早期, 航模具有強烈的科學實證性質,至今,利用航模進行技術驗證仍是航空研發的重要手段。上世紀末至今,由於低成本無人機的橫空出世,使中低端無人機和中高檔航模的飛行性能接近。現階段無人機與航模的最大相同點在於機上均無人,都需要人的掌控。二者之間又有很大區別,主要體現在功能與性能兩方面的差異性。第七屆「航空工業杯」國際無人機飛行器創新大獎賽創意賽飛專業組獲獎選手作品