无人机已经走（zǒu）过了（le）一个（gè）世纪的（de）发展历程，民用（yòng）无人机迅猛发展

在最近一（yī）段时间（jiān）的新（xīn）冠肺炎疫情防控工（gōng）作中，无（wú）人机（jī）发挥（huī）了许多（duō）作用，受到人们的（de）广泛（fàn）关注。

无人机是无（wú）人驾驶飞机的简称(英语简称UAV)，个头可（kě）大可小。从（cóng）最初的雏形诞生至今，无人机（jī）已经（jīng）走过（guò）了一个世纪的（de）发展历程，但无人机真正走进我（wǒ）们（men）的（de）生活（huó），在娱乐、环保、交通等领域大展身（shēn）手，不过（guò）是（shì）最近十年的事。

1.百年（nián）前先（xiān）驱探索

19世（shì）纪，无线电的（de）发现和运用给人（rén）们远（yuǎn）距离控制机器的运（yùn）行创造了可能（néng）。1898年，物理学（xué）家特斯拉向人们展示了通过无线电遥（yáo）控（kòng）一（yī）条模型船的航（háng）行，从而首次实现了遥控技术的（de）应用（yòng）。当飞机（jī）被（bèi）人们发（fā）明出来并在第一（yī）次世界（jiè）大战中得到应用（yòng）后，发明家们开始尝（cháng）试（shì）将遥（yáo）控技术与（yǔ）飞机（jī）结合，制（zhì）成一种无须飞行员（yuán）亲自驾驶的飞机。

早在1909年，美（měi）国工程师就（jiù）发明了一（yī）种名叫“陀螺仪”的（de）装置，可以测定飞（fēi）机的飞行（háng）方向及机身正以什么样（yàng）的姿势在（zài）空中飞行。这种装置（zhì）是现代飞机自动控制和惯性导航系统（tǒng）的核心组成部分（fèn）。这种装置（zhì）出现后，美国（guó）海军（jun1）对此很感兴趣，希望（wàng）以此为基（jī）础研究一种不需要飞行员驾驶的飞行器。当时，美国海军将（jiāng）其称之为“飞行鱼（yú）雷”。为了提高飞行鱼雷的导航精（jīng）度（dù），美国西（xī）部电器公司还为它开发了专用的（de）无线电导航（háng）系统。飞行鱼雷是无人机最早（zǎo）的雏形（xíng）之一，而惯性导航（háng）与（yǔ）无（wú）线电控制技术（shù），至今（jīn）仍然是遥（yáo）控（kòng）无（wú）人机的核心（xīn）技术。

1917年，英（yīng）国皇家飞行（háng）队的（de）罗（luó）上尉制造了一架（jià）遥控飞机。这是（shì）一架木制结构的飞（fēi）机，通过（guò）安装在卡车上的弹射（shè）装置起飞（fēi）。罗上尉本希（xī）望可以通过遥控的方式（shì），让飞机平稳飞行一段时间，但在实际的飞（fēi）行表演中，飞机刚刚起飞就失（shī）控了，仅（jǐn）仅飞行了一小段距离便坠（zhuì）落到了地上。虽然试验遭遇失败，但由于飞机（jī）在飞行过（guò）程中的确响（xiǎng）应了（le）罗上尉通过（guò）无线电发出的控制信号，因此这次试飞（fēi）仍然（rán）被（bèi）视为是无人机（jī）技（jì）术（shù）的发端（duān）。

2.战场上初露锋芒

飞行员在进入战场作战前，需要像使（shǐ）用枪支的射手射击靶子一样，在训练中（zhōng）实际攻击（jī）天空中的靶机，来提升自己（jǐ）的作战技能。地面的高炮防空部队也需要（yào）用靶机进行训练（liàn）。在（zài）两次世界大战（zhàn）期（qī）间，美国（guó）、英国和（hé）德国都开始了将（jiāng）无人机作为靶（bǎ）机（jī）的尝试（shì）。美（měi）国军方还发现，无人机有可能（néng）方便快捷地在战场上传递信（xìn）息（xī），代替当（dāng）时还广泛使用的传令（lìng）兵，并在之前飞（fēi）行鱼雷的基础上研（yán）发了（le）“信使”无人机。

1941年，美国海（hǎi）军萌生了使用无人机攻（gōng）击敌人空中和地上目（mù）标的（de）想法（fǎ），研发（fā）了TDN-1和TDR-1型无人攻（gōng）击机。1944年9月至10月间，这两种（zhǒng）无人机在太平（píng）洋战争中小试牛刀，攻（gōng）击（jī）了日军的堡垒（lěi）和火炮阵地等目标（biāo），取得了一定战果（guǒ）。

二战结束后，无人机开（kāi）始（shǐ）投入战场侦察（chá）工作。世界上（shàng）第一种实（shí）用型（xíng）的无人侦察机是无线电控制（zhì）的美（měi）国AN/USD-1战场无人监视（shì）机。这种飞（fēi）机装备（bèi）有一台可以在白天工作的光（guāng）学照相机和一台在夜间（jiān）工作（zuò）的红外（wài）照（zhào）相机，通（tōng）过火箭助（zhù）推（tuī）器（qì）起（qǐ）飞，完成（chéng）任务后释放降落伞降落（luò）。但（dàn）它拍来的照（zhào）片还需要复（fù）杂耗时的处（chù）理（lǐ）和（hé）分（fèn）析工作。

在冷（lěng）战和越南战争（zhēng）期间，美（měi）军发现无人机除了（le）照（zhào）相外，还可以（yǐ）执行另一（yī）种形式的（de）搜索任务。无人机飞临敌人（rén）控制的（de）空域后，可以诱骗敌人（rén）的防空雷达开机，获得防空（kōng）雷达（dá）的（de）信号特征。敌人的（de）高炮、防空（kōng）导弹、战斗机在拦截（jié）无人机的过程（chéng）中（zhōng），也会将自身的（de）部署情况暴露。一旦（dàn）无人机被（bèi）击落，因为没有飞行员驾驶（shǐ），不会引起一系列的后（hòu）续问题。在无人机第一次大（dà）规模实战应用（yòng）的越（yuè）南战争期（qī）间，美军在战场上大量使用“火蜂（fēng）”型（xíng）无人侦察机（jī）执行这方面的工（gōng）作。在此期间，还（hái）催生（shēng）出了直升机（jī）在半空回（huí）收无人机（jī）的技术。

3.新（xīn）科技（jì）助力（lì）指令控制

进入上世纪（jì）80年代后，电（diàn）子工（gōng）业和航空工业的（de）发展为无人机发展带来了新的（de）契机。此时，军用无（wú）人机的飞行控制技（jì）术出现（xiàn）了两大（dà）分支，自动（dòng）飞行控制系统和（hé）指令控制系统。

自动飞（fēi）行控制系统（tǒng）需（xū）要（yào）在无人（rén）机（jī）起飞前将本（běn）次飞行的（de）路径、高（gāo）度和侦察（chá）目标（biāo）等信息（xī）设定好，无人机依靠这（zhè）些信息自己完成飞行任务。这种（zhǒng）模式虽然看起（qǐ）来比较简单，但一旦目标位（wèi）置出现了变（biàn）化，提前设定（dìng）的（de）飞行路线就得不到需要（yào）的信息了。而指令控（kòng）制模式（shì），将飞行员的位置（zhì）由飞机上搬到（dào）了地（dì）面站的控制室中（zhōng）。得益于视频图像（xiàng）技术的发展（zhǎn），无（wú）人机可以通过无线电信（xìn）号实时将侦察图像信息传回控制室，而控制员可以（yǐ）根据画（huà）面实（shí）时（shí）操控无人机飞行，根据瞬息（xī）万（wàn）变的战场形势控（kòng）制（zhì）无人机（jī）飞行（háng）。上世纪80年代（dài）以后，指（zhǐ）令控制技术逐渐（jiàn）成为军用无人机飞行（háng）控制系统的主流。

此（cǐ）外，卫星通信技术（shù）和GPS导（dǎo）航技术也给指令（lìng）控制技术的应用带来了帮助。在应用卫星通信前（qián），无人机的（de）飞（fēi）行距离受到控（kòng）制信号传输和山（shān）川阻挡等（děng）因素（sù）的限制。应（yīng）用卫星通信技（jì）术后，地面控制站可（kě）以将控制信号上传至（zhì）太空中的（de）通信卫星，由卫星中继放大（dà）后发送到无人机接收（shōu）天线上，从而（ér）突破了地面障碍物和（hé）地平（píng）线的限制。GPS导航技术，可以让控制人员更准（zhǔn）确地获取无（wú）人机的位（wèi）置，同时，在控（kòng）制信号因为干扰中断时，无人机可以使用GPS导航自（zì）主（zhǔ）返航（háng）回收。

4.现代战争中代替侦察兵

在（zài）上世纪90年代（dài）初的海湾战争和21世纪初的（de）伊（yī）拉克战争中，无人机得到（dào）全方位的应用（yòng）。两（liǎng）种美军现（xiàn）役的“明星无人机”——“捕食者”和“全球鹰”也在此（cǐ）期（qī）间开始应用。

“捕食者”无人机源自于之前（qián）研发的“蚊”-750II型远（yuǎn）程无（wú）人机，正式型号为RQ-1，该机是一种长航时无人机，采用涡轮增（zēng）压的螺旋（xuán）桨发动机作为动力。最大续航时间60小时（shí），可在目标（biāo）上（shàng）空飞行24小时。侦（zhēn）察型的“捕（bǔ）食者（zhě）”配有（yǒu）光电/红（hóng）外侦（zhēn）察设备，在白（bái）天和夜间均（jun1）能（néng）执行侦察任务。在“捕食者”上，还装（zhuāng）备有一种被称（chēng）作“合成孔径雷达（dá）”的（de）新装备。这种（zhǒng）装（zhuāng）备可以通过发射无线电（diàn）信号并接收大地（dì）或目标（biāo）反射（shè）信（xìn）号的方式，绘制出目标的高分辨率（lǜ）图像。即便在有云层（céng）或雾气遮挡的情况下，这种雷达依旧可以返回与相机照片（piàn）类似的图像。从2000年起，美（měi）军开始对“捕食者”进行（háng）改进，使（shǐ）它（tā）具备了使用（yòng）武（wǔ）器对敌人进行攻击的能力。通过在（zài）无人机头部安装用于指引（yǐn）导（dǎo）弹打击目标的激（jī）光指示器，“捕（bǔ）食者”可以发射用来打击坦克、装甲车等目标的（de）“地狱火”导弹。2006年，攻击型“捕食者”的升级版MQ-9“死神”无人攻击机（jī）问世，这种无人机（jī）体（tǐ）积更大、性（xìng）能更强，还能发射激光制导炸弹等武器。

“全球鹰”是一种无人侦察机。和（hé）“捕食者”一样（yàng），“全球鹰（yīng）”也具备（bèi）使用合成孔径（jìng）雷达等多（duō）个频段的侦（zhēn）察设备获取战场信（xìn）息的能（néng）力，可以执行对（duì）陆（lù）地目（mù）标和海（hǎi）上目标的侦察任务。由（yóu）于使用了喷气式发动（dòng）机作（zuò）为动力，“全球鹰”有着比“捕食者”更高（gāo）的飞（fēi）行速（sù）度。美（měi）军本来也打算（suàn）将“全球鹰”无人侦察机改装成攻（gōng）击型无（wú）人机，但由于“全（quán）球（qiú）鹰”的飞行高度较高，用（yòng）来执行对地攻击任务并不十分（fèn）合适（shì），因（yīn）此放（fàng）弃了（le）这一想法。

除了“全球鹰”和“捕（bǔ）食者”这类大型无人机外，美军还研发了小（xiǎo）型化的无人机，如RQ-11“大乌鸦”和（hé）“龙（lóng）眼”无人机。由于（yú）这（zhè）些无人（rén）机体（tǐ）积（jī）轻巧（qiǎo）、便于携（xié）带（dài），基层部队（duì）可以在日（rì）常巡逻中将无（wú）人机随身携带，一旦遇到战斗情（qíng）况，可以（yǐ）就地将无人机（jī）放飞，提供（gòng）侦察（chá）支援，灵活性大大提（tí）高，特别适合反恐（kǒng）作战（zhàn）。

5.民用无人机迅猛发（fā）展

虽然无（wú）人机技术的发（fā）展源于军事需（xū）求，但目前大（dà）家最熟悉的无人（rén）机，还是（shì）那（nà）种有着多个旋翼，可以灵（líng）活地在空中运动或（huò）悬停（tíng），进行航拍活动的多旋翼无人机。这种无人机是（shì）自21世纪以来迅猛发展的民用无（wú）人机的典型代表。

在（zài）多旋翼无人机中，四旋翼无（wú）人机是最常见的一种无人机类型。它和直升飞（fēi）机一（yī）样，是（shì）通过（guò）与机身平（píng）行（háng）的螺旋桨桨叶产生的升力垂直起飞，既无需机翼，又不用设置跑道来起飞降落，因而体积小巧、使用方便。而和直升机这样（yàng）的单旋翼飞行器相比，多旋翼飞行器的螺旋桨无需设置复杂的机（jī）械传动装置，也不需要（yào）尾桨来抵消主螺旋桨带来的旋转，因此多旋翼（yì）无人（rén）机（jī）不但具备理想的可靠（kào）性，还可以将制造（zào）成本控制得比较（jiào）低（dī），能够以一（yī）般消费者能承受的价格销售。更重要（yào）的是，在内部控制程序的配合下，多旋翼无人机的（de）操控相当简单，非专业飞行（háng）人（rén）员短（duǎn）时间内就能掌握基本（běn）的操作方（fāng）法，像玩电（diàn）子游戏一样操控无人机的飞（fēi）行（háng），为无人机的普及扫除了障碍（ài）。

多旋翼（yì）民用无人机能够迅速（sù）兴起的另外一（yī）个关键设备，是（shì）以GoPro为代表的运动相机。运动相（xiàng）机可以获得比一（yī）般相机更加宽广的视野，拍摄高清晰度的照片或视频，体积重量还（hái）十（shí）分小（xiǎo）巧，特别适合安装在无人机上（shàng），获（huò）得从天空或高处向下的（de）视角。无（wú）人机操控手们不但可以在飞行过程中实时享受无人机带来的视觉体（tǐ）验，拍摄的高清（qīng）照片、视频等还可以（yǐ）进行丰（fēng）富的后期处理，得到（dào）更炫酷的视觉效果。在无人（rén）机出现之前，进行航拍需要（yào）租（zū）用有飞（fēi）行员驾驶的飞机，不但过（guò）程相当（dāng）繁杂，飞机租用价格也绝非一般人可以（yǐ）承（chéng）担（dān）。而在无人机出现之后，个人（rén）就可以（yǐ）进行日常的业余航（háng）拍（pāi）活动。在运动会（huì）等（děng）大型活动现（xiàn）场，无人机也已（yǐ）经成了必（bì）备的（de）拍（pāi）摄工具（jù）。

进（jìn）入21世纪后（hòu），由于基础技术的（de）发展（zhǎn），民用无人机的各个组（zǔ）成部分性能越来越强、重量越来越轻，成本也越来越（yuè）低，给无人机的（de）普及创造（zào）了条件。目前（qián），无人（rén）机搭载（zǎi）的高性能FPGA芯片，可以实（shí）现双CPU的功能，处理各种（zhǒng）传感器传来的无人机状态（tài）信息，控（kòng）制无人机的（de）高效飞行。Wifi技术的发展让手机上网更方便，也给民（mín）用无人机的信号传输提（tí）供了一种简单有效的实现方式，可以（yǐ）在一定距（jù）离内传输控制和影像信号。在续（xù）航（háng）方面，由于锂电池技术（shù）的发展，用一块重量不大的电池就可以让（ràng）无（wú）人机在天空中飞行一（yī）段时间。

除了（le）四旋（xuán）翼无人机外，固定翼无人机也在民用领（lǐng）域得到（dào）了广（guǎng）泛（fàn）的应用。与四（sì）旋翼无（wú）人机或多旋翼无人机相（xiàng）比，固定翼无人机（jī）的续航时间更长，飞（fēi）行高度更高、活动范围（wéi）更（gèng）大，采用更（gèng）加可靠（kào）的控制系统和信（xìn）号传输系统，因（yīn）此（cǐ）比四（sì）旋翼（yì）无人（rén）机更适合专业生产（chǎn）领（lǐng）域的应用。

6.无人机（jī）越来越（yuè）“万能（néng）”

除了娱乐航拍（pāi）的功能外，民用无人机还有多（duō）种多样的本领。大（dà）城市道路大多拥堵（dǔ）严重，在发生交通事（shì）故时，无人机（jī）可快速低空飞抵（dǐ）事故现场，第一时（shí）间进（jìn）行执法拍摄取证。它传回（huí）的图像还能让交通部门更好地疏导拥堵的交通，从而更快到达现（xiàn）场进行事故（gù）救援工（gōng）作。

遇到犯罪分子驾车逃窜（cuàn）时，无人机可以在空中跟踪罪犯的踪迹，引导警察实施抓捕。

在高（gāo）层建筑发生（shēng）火灾时，消防员可以释放无人（rén）机航拍（pāi），快速（sù）获取火灾蔓延情况和被困人员位置，准确（què）部署灭火力量。

当（dāng）洪水（shuǐ）发（fā）生时，无人机可携带（dài）救生绳或（huò）救（jiù）生（shēng）圈，并将其投送到需要者身边。

对位于偏远地区的（de）输电线路和石油管道（dào），可以让无人机进行线路巡检的工（gōng）作。无人（rén）机出动（dòng）一次就可以巡检几十甚至上百公（gōng）里的线路，减轻了工人的工作负担。

未来（lái），在网购之后，人们还（hái）可能（néng）收到无人机送来的（de）快递包裹。快递企业计划用四旋翼或八旋翼无人机（jī），在（zài）10公（gōng）里的范围（wéi）内派送重量（liàng）不超过10公斤的包（bāo）裹（guǒ）。无人机不（bú）会取代快递（dì）小哥们的工作，而是会（huì）专注（zhù）于紧急（jí）快件和偏远（yuǎn）地区快件的派送（sòng），提（tí）高配送效率，减少人力、运力成本。目前，国外（wài）的亚马逊（xùn）、DHL和国内的顺丰、京东等快递物流企业，都在（zài）开展无人机配送快递（dì）的尝试。德国DHL公（gōng）司已经开始使用无人机，为居住在偏远（yuǎn）海岛上（shàng）的人们送去（qù）药品等必需物资。亚马（mǎ）逊推出的PrimeAir服务，可以将包裹在30分钟内（nèi）送（sòng）交客（kè）户。美（měi）国邮政还研制出了一种电动邮政汽车和（hé）无人机（jī）结合的派送模式，由司机驾（jià）驶电（diàn）动邮车（chē）到达社区，再（zài）由无人机从邮车上自动取走包裹、送交住（zhù）户。2017年，中科院（yuàn）工热所还（hái）成功研制了世界上第一种大型货（huò）运无人机（jī）。这（zhè）种无人机可以在（zài）极短的跑道上（shàng）起飞（fēi）降落，一（yī）次可以运输重达1.5吨的货（huò）物，特别适合将一（yī）批快（kuài）递包（bāo）裹集中运到偏远的乡镇和村庄，使那（nà）里的人（rén）们也能享受（shòu）网购带来（lái）的便利（lì）。2018年，中国（guó）邮政在浙江安吉山村地区开通了（le）第一条无人机配送（sòng）航线，试（shì）点偏远地区配送服务。

炫彩世界

无人机集群不仅是“表演”

这些年，我们经常能够看（kàn）到无人机（jī）编队表演（yǎn）的新闻报道。成（chéng）百（bǎi）上千（qiān）架无人机，在（zài）夜色中通（tōng）过（guò）自身携带（dài）的彩色灯光（guāng）设备（bèi），组成各种（zhǒng）各样的美丽图案，甚至还能随着音乐节奏的变化翩翩起舞。这（zhè）种奇观的（de）出现，得益于无人机集群技术（shù）的发展。

实（shí）际上，早在这种表（biǎo）演为人所知之前，无人机集群技术在军事领域就已经得到了发展与应（yīng）用（yòng）。2000年（nián），美国国防部的高级计划局就启动（dòng）了有关研究项（xiàng）目，通过借鉴（jiàn）蚂（mǎ）蚁（yǐ）的群体组（zǔ）织方法，研究多架无人机在空中（zhōng）协（xié）同发现目标的技术。经（jīng）过近二十年的发展，无人机集（jí）群技术已（yǐ）经日臻（zhēn）成熟。在执（zhí）行任（rèn）务的过程中，集群（qún）中的无人机要组织好自己的队形，在完成（chéng）任务的同时避免发生碰撞。同时，无人机之间（jiān）还要分享所处位置态势（shì）的感知（zhī），一架无人机所观察到的情况可以被所有（yǒu）无人机掌握。这（zhè）样，大量无人机可以在单一（yī）操作员的指挥下（xià），完成一架无人机所不可能完成（chéng）的各种任务。

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