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无人驾驶飞机(一种飞机)

无人驾驶飞机简称“无人机”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称,从技术角度定义可以分为:无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。 [1]

无人机,机上无驾驶舱,但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备,对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。

可以追溯到1914年。当时第一次世界大战正进行得如火如荼,英国的卡德尔和皮切尔两位将军,向英国军事航空学会提出了一项建议:研制一种不用人驾驶,而用无线电操纵的小型飞机,使它能够飞到敌方某一目标区上空,将事先装在小飞机上的炸弹投下去。这种大胆的设想立即得到当时英国军事航空学会理事长戴亨德森爵士赏识。他指定由A.M.洛教授率领一班人马进行研制。 [2]

是在一个名叫布鲁克兰兹的地方进行的。为了保密,该计划被命名为“AT计划”。经过多次试验,研制小组首先研制出一台无线电遥控装置。飞机设计师杰佛里德哈维兰设计出一架小型上单翼机。研制小组把无线电遥控装置安装到这架小飞机上,但没有安装炸弹。

1917年3月,在第一次世界大战临近结束之际,世界上第一架无人驾驶飞机在英国皇家飞行训练学校进行了第一次飞行试验。可是飞机刚起飞不久,发动机突然熄火,飞机因失速而坠毁。过了不久,研制小组又研制出第二架无人机进行试验。飞机在无线电的操纵下平稳地飞行了一段时间。就在大家兴高采烈地庆祝试验成功的时候,这架小飞机的发动机又 突然熄火了。失去动力的无人机一头栽入人群。

两次试验的失败,使研制小组感到十分沮丧,“AT计划”也就此画上了句号。但A.M.洛教授并没有灰心,继续进行着无人机的研制。功夫不负有心人,10年后,他终于取得成功。1927年,由A.M.洛教授参与研制的“喉”式单翼无人机在英国海军“堡垒”号军舰上成功地进行了试飞。该机载有113公斤炸弹,以每小时322公里的速度飞行了480公里。“喉”式无人机的问世在当时的世界上曾引起极大的轰动。 [2]

英国皇家空军也研制了几种不同用途的无人机,其中有用陀螺仪控制的空中靶机,有用无线电控制、可投放鱼雷的无人机,甚至还开始研制无人驾驶的攻击机。但经过反复试验,英国皇家空军最后确定制造一种用陀螺仪控制的无人机。这种无人机既可当靶机,也可携带炸弹。后来,皇家空军又对这种无人机进行了改进,采用预编程序的无线电遥控装置,并装上了大功率发动机,使这种无人机的速度增大到每小时310公里。英国皇家空军一共制造了12架这种取名为“拉瑞克斯”的无人机,该机还曾装上火炮,成功地从战舰和地面基地进行了发射试验。

随着无人机技术的逐步成熟,到了30年代,英国政府决定研制一种无人靶机,用于验校战列舰上的火炮对飞机的攻击效果。1933年1月,由“费雷尔”水上飞机改装成的“ 费雷尔昆士”无人机试飞成功。此后不久,英国又研制出一种全木结构的双翼无人靶机,命名为“德哈维兰灯蛾”。在1934~1943年问,英国一共生产了420架这种无人机,并重新命名为“蜂王”。

英国人在无人机的研制上捷足先登,美国人也不甘落后。早在1915年,美国的斯佩里公司和德尔科公司就曾研制出第一架无人机。这架无人机总重只有272公斤,由1台30千瓦的活塞式发动机作为动力,装在一个4轮滑车上,草地上铺设了滑轨。飞机发动后,带动滑车在滑轨上滑行。达到一定速度后,飞机即脱离滑轨飞上天空,然后由一个简单的陀螺仪装置控制飞行方向,由一个膜盒气压表自动控制飞行高度。1915年,这架被取名为“空中鱼雷”的无人机不仅成功地进行了试飞,而且被装上136公斤炸药成功地进行了攻击目标试验。 [3]

此后不久,美国陆军的查尔斯F凯特林又研制出一种无人机,并取名为“凯特林飞虫”。该机颇似普通的双翼机,总重量为238.5公斤,可携带82公斤炸弹,飞行速度达到每小时88公里。1918年9月,美国陆军开始试飞“凯特林飞虫”,并于10月22日终于把它送上了天空。

30年代美国的一个叫雷金纳德德里的航空专家为美国陆军研制出了供打靶用的无线电遥控机。1939年,美国又研制出了一种上单翼无人机,取名为RP-4。

1941年,珍珠港事件爆发。因战事所需,美国陆、海军开始大批订购靶机,其中OQ-2A靶机984架、OQ-3靶机9403架、OQ-13 靶机3548架。后两种靶机均安装上了大功率的发动机,飞行速度可达每小时225公里,飞行高度达3000米。

在第二次世界大战中,美国陆军航空队曾大量使用无人靶机,并在太平洋战场上使用过携带重型炸弹的活塞式发动机无人机对日军目标进行轰炸。战争期间,美军还打算将报废的B-17和B-24轰炸机改装成携带炸弹的遥控轰炸机。驾驶员先驾驶这种遥控轰炸机至海边,然后跳伞脱身,遥控轰炸机则在无线电的遥控下继续飞行,直至对目标进行攻击。可惜由于所需经费巨大,再加上操纵技术过于复杂,美军最终还是放弃了这一研制计划。在此期间,美国海军也曾研制出3种喷气式无人机,分别取名为“格劳伯”、“富根”、“加格勒”,但因种种原因,都未能正式装备部队。

二战结束后,随着航空技术的飞速发展,无人机家族也逐渐步入其鼎盛时期。时至今日,世界上研制生产的各类无人机已达近百种,并且还有一些新型号正在研制之中。而随着计算机技术、自动驾驶技术和遥控遥测技术的发展和在无人机中的应用,以及随着对无人机战术研究的深入,无人机在军事方面的应用日益广泛,被誉为“空中多面手”、“空中骄子”。 [4]

一款被命名为“猎鹰HTV-2”的无人飞行器可达到音速20倍飞行,预计该速度下不足12分钟便能从纽约抵达洛杉矶,而正常情况下正常航班飞行至少需要5小时。

猎鹰HTV-2将由一艘火箭发射升空,再以13000英里的时速滑行至地面。之前的测试飞行仅持续了9分钟,由于存在技术难度最终以故意碰撞的安全方式着陆。测试飞行非常成功,刷新了一项新的亚轨道太空飞行,并为产生新一代超级武器作准备。如果天气状况良好的话,猎鹰HTV-2飞行器将于美国发射,发射地点位于加利福尼亚州范登堡空军基地,由空军“牛头怪IV号”火箭携载发射。

这个项目是由美国五角大楼和国防部高级研究计划局(DARPA)共同研发的,同时作为研制新一代打击速度超过火箭的特超音速武器计划的一部分。美国军方希望这款新型无人机能确保在1个小时内对全球范围内任何地点的恐怖分子或者流亡政府实施打击,这种攻击能力叫做“常规定时全球打击系统(CPGS)”。

在2010年4月进行的第一次测试飞行中,美国国防部高级研究计划局的工程师并未精确探测到有什么问题。一些人猜测该飞行器在飞机时可能出现温度过高现象。对于第二次测试任务,现已进行了一系列的调整,其中包括:更改重力中心和降低下降角度。

国防部高级研究计划局计划战术策略办公署主管戴夫-内兰德(Dave Neyland)说:“我们将着眼攻克一些挑战,比如:持续极超音速飞行任务。我们需要提高技术知识,从而促进未来极超音速技术的发展。我们从首次飞行中获得宝贵的信息,基于工程审核委员会的发现进行一些调整,这将有助于提高第二次飞行测试。目前我们准备全力以赴这项测试。”

2005年3月17日,霍尼韦尔国际公司宣布,它已收到一份系统工程合同,用于分析国防预先研究计划局(DARPA)的微型无人机(MAV)同陆军未来战斗系统(FCS)第一级无人机系统之间的差异。

霍尼韦尔国际公司FCS第一级无人机系统项目经理SteveMcKnight说:作为DARPA先进概念技术验证计划的一部分,霍尼韦尔国际公司研制了MAV。这项合同是霍尼韦尔公司的又一里程碑,它反映出陆军已开始为战场开发MAV技术的改型机。

波音和科学应用国际公司是FCS的领导系统综合商。霍尼韦尔说,它同领导系统综合商的合同包括MAV改型的可行性分析研究,还包括该无人机可携带的视频和红外摄像机。

MAV装有前视和下视视频摄像机,它们能把信息传送到远距地面站视频终端。霍尼韦尔的改型无人机将装备红外摄像机。该无人机在设计上能为士兵们提供改进的态势感知能力,以使其不受敌军枪弹袭击。这种无人机将用于开阔、起伏、复杂和都市地形的侦察、安全和目标搜索。利用垂直起落,它们能在树下、乌云下和丛林中飞行。

FCS将利用先进的通信与技术将战士们同有人和无人地面和空中平台和传感器链接一起。FCS允许部队快速运动和执行各种任务。 [5]

2017年05月16日,已经初步完成了民用无人机登记注册系统的开发,并于18日上线运行,6月1日正式对质量250克以上的无人机实施登记注册。同时正在建立无人机登记数据共享和查询制度实现与无人机运行云平台的实时交联。 [6]

中国无人机之所以引人瞩目不仅在于已经形成了品种齐全、功能多样的完备系列,而且在于其不断提升的性能指标。近年的珠海航展和北京航展成为中国无人机的最佳秀场,“翼龙”、“天翼”、“蓝狐”、“夜鹰”、“鹞鹰”等多型号、多用途的无人机争奇斗艳。它们在各自领域显示出非凡身手:从战场侦察监视到定位校射,从毁伤评估到实施电子对抗,从航空摄影到灾情监视,从交通巡逻到治安监控等。

虽然是展会,但是这些无人机绝不只是琳琅满目的陈列品,先进的性能使它们具备了招之即来、来之能战、战之能胜的坚实基础。比如“翼龙”无人机,机长9米,翼展14米,机高2.7米,重1.1吨,限升5000米,最大时速280公里,航程能达4000公里,最大续航时间20小时。主要用于传统军事领域、非传统安全领域和民用领域,具有战场侦察监视、电子侦察干扰等功能,集侦察打击于一体,在国际市场上有很强竞争力。再比如“翔龙”无人机,机长14.3米,机高5.4米,翼展25米,正常起飞重量7.5吨,限升1.8万米,时速可达750公里。俄国媒体甚至认为,翔龙的主要性能指标已经向美国先进的“全球鹰”无人机看齐。 [7]

着眼军民两用 创新研发机制

中国无人机研制始于20世纪五六十年代,逐步形成了“长空一号”靶机、“无侦5”高空无人照相侦察机等系列,具备自行设计与小批生产能力。值得一提的是“长空一号”作为一架大型喷气式无线电遥控高亚音速飞机,不仅开我国无人机先河,而且在此基础上改装成核试验取样机,并于1977年圆满完成了一次核试验穿云取样任务。

我国在高度重视无人机作为靶机、核试验取样机等军事用途的同时,积极进行民用无人机研制开发工作。实际上用于导弹打靶或防空部队训练的“长空一号”经过适当改装,就可执行大气污染监控、地形与矿区勘察等民用任务。这也形成了我国无人机研制着眼军民两用的传统,并在此基础上,开发了WZ-2000隐身无人机、“蜂王”无人机、“翔鸟”无人驾驶直升机等一系列无人机,以致形成今天种类繁多、用途多样的无人机研发制造体系。特别引起国际社会关注的是,无人机在捍卫我国领土主权完整方面发挥特殊重要的作用。

中国航天科工三院总设计师、著名无人机研究专家杨宝奎指出,截至2013年,在我国无人机民用方面应用很广泛如防灾减灾、搜索营救、交通监管、资源探测、森林防火、气象探测等。他所在中国航天科工三院生产的腾飞HW-200型无人机在汶川地震、舟曲泥石流等重大自然灾害发生时,发挥了重大作用,还为神舟飞船的发射和回收提供气象保障服务。 [7]

突破瓶颈制约 直追世界一流

对中国无人机及其产生的影响,外界根据航展上获得的各项性能指标和媒体上披露出来的相关信息进行各种猜测和评估。俄罗斯军事评论网认为,中国如果成功启用“翔龙”无人机,将会成为世界上第二个能在广袤空域进行无人战略情报侦察的国家,可实时监视遥远的目标,从而获得较大的战略和军事优势。韩国军事网站《Viggen军事论坛》指出,中国“翼龙”无人机虽然在性能上不会完全等同美军“捕食者”,但中国在无人机技术领域发展迅速,因此两者不会存在代差。而美国Policymic新闻网站则认为,中国无人机仍落后美20年。 [7]

这是无人机的最初用途,可用于地面防空和空中格斗武器的试验与训练。如美国诺斯罗普公司研制的MD2R5靶机,最大飞行高度8250米,可装红外曳光管和雷达信号。

无人驾驶飞机增强器,还可带拖靶作为火炮和导弹的靶标。美国瑞安公司的BQM-34靶机飞行速度为1.5马赫,飞行高度达1.83万米,可用于模拟敌方战斗机。面对日益严重的反舰导弹的威胁,美国海军还开发了BQM-74C型掠海飞行无人机,用于评估舰载反导系统。

这也是无人机最早的用途之一。无人侦察机可以深入阵地前沿和敌后一二百公里,甚至更远的距离。它依靠装在机上的可见光照相机、电影摄影机、标准或微光电视摄像机、红外扫描器和雷达等设备,完成各种侦察和监视任务。一般来说,一架无人机可携带一种或几种侦察设备,按预定的程序或地面指令进行工作,最后将所获得的信息和图像随时传送回地面,供有关部门使用;也可以将获得的所有信息记录下来,待无人机回收时一次取用。随着高新技术的发展和应用,无人机上的设备性能也在不断提高,同时还增加了一些新的装备,应用范围进一步扩大。如装备全球定位系统(GPS)后,无人机可与侦察卫星和有人驾驶侦察机配合使用,形成高、中、低空,多层次、多方位的立体空中侦察监视网,使所获得的情报信息更加准确可靠。

使用无人机吸引敌方的火力或整个防空系统,进而将其破坏或摧毁,是近一二十年人们为无人机开发出的新用途。作为诱饵之用的无人机,其主要使命是协同其他电子侦察设备遂行诱骗侦察;或作为突防工具,为有人驾驶飞机提供防空压制;或与反辐射武器配合使用,压制和摧毁敌防空系统。为此,这种无人机与其他用途的无人机有所不同。为了提高作为诱饵的欺骗效果,常常要采取一些措施,如进行特殊设计,并装上适当的电子设备,使其具有与欲模拟的目标有相仿的机动能力和信号特征;安装角反射器等无源装置,增大无人机的雷达反射面积;安装射频放大设备,增强雷达反射信号。总之,就是千方百计让敌方容易发现它,吸引敌方的注意力。一般来说,在执行诱骗任务时,诱骗无人机先在前沿阵地上空模仿有人驾驶飞机作战术飞行,刺激或诱发敌防空武器系统中的雷达开机,然后己方侦察设备趁机完成侦察任务。用作突防工具时,无人机先于己方的攻击机群从侧面到达敌防空体系所保护的目标区,迷惑敌方雷达,消耗敌防空兵器。这些无人机由于采用了增大雷达反射截面积和信号强度等措施,具有很强的欺骗性。敌方的雷达将首先截获到这些假目标,但很难识别,导致把这些错误的情报传递到敌火控雷达系统和防空武器。这样,一方面可使敌防空雷达网在对付这些假目标上消耗大量时间,另一方面敌武器系统会对其开火或发射导弹,消耗防空火力,从而降低对己方攻击机的威胁。事实证明,诱饵无人机曾在几次局部战争中发挥了相当重要的作用。例如,在1973年的第四次中东战争中,以色列使用美国的“鹧鸪”式小型无人机作为诱饵,欺骗敌防空火力,掩护自己的飞机进攻。据介绍,曾有1架无人机诱使32枚“萨姆”导弹对其发射。随后,以军的F-4战斗机和A一4攻击机紧随其后,顺利完成了对埃军阵地的攻击任务。 [8]

系统进行干扰,使其通信中断,指挥失灵。发展趋势是向干扰雷达和干扰通信同时进行方式发展。因为要想使敌方地域的所有雷达都受到完全干扰是不大可能的,那么未受干扰压制的雷达所获得的有关目标的信息,可以通过通信线路传送到已受干扰雷达阵地上。所以,只有在干扰雷达时,同时对通信系统也予以干扰,才能使敌方高炮和导弹阵地无法得到所需要的情报信息。为此,一架无人机可同时装备两种或两种以上的干扰设备,根据需要灵活运用;也可是两种或多种不同用途的无人机或无人机与电子战飞机之间的协同作战。英国研制的“君主”系统,就是使用多架无人机,分别携带电子侦察设备、雷达干扰设备和通信干扰设备,飞临敌方阵地上空执行遂行电子战任务的一个综合系统。在光电对抗中,无人机的作用潜力也是十分引人注目的,它可以装备烟雾装置,瓦解敌方的光电制导武器的进攻;也可以装备闪光灯具,作为红外诱饵,引偏敌方的红外制导武器;还可以利用它机动灵活和滞空时间长的特点,把携带的曳光弹准确地投放到所需的位置上。

作为一种空中运载工具,无人机也能携带多种对地攻击武器,飞往前线或深入敌占区纵深,对地面军事目标进行打击;它可以用空对地导弹或炸弹对敌防空武器实施压制;用反坦克导弹等对坦克或坦克群进行攻击;用集束炸弹等武器对地面部队集结点等进行轰炸。特别值得一提的是反辐射攻击无人机。这是一种利用敌方雷达辐射的电磁波信号,发现、跟踪,以至最后摧毁雷达的武器系统。它不仅可用于攻击敌方雷达、干扰机和其他辐射源,而且高速反辐射无人机加装复合制导装置等设备后,还可用于攻击敌预警机和专用电子干扰飞机。美国的“勇敢者”200型和德国的KDAR就属于反雷达无人机。KDAR采用无尾、十字形机翼的布局形式,机翼还可折叠起来,放入一个6.1立方米的标准容器内。该容器既是储存和运输的包装,又是发射装置,每个容器可装20架KDAR无人机。 [1]

主要用于火力引导和对射击效果进行评估。美国洛克希德公司生产的“苍鹰”就是这样一种无人机。它装有测距机。自动跟踪电视摄像机、激光指示器和热成像仪,可通过抗干扰的数据链向地面传送位置修正指令,能为“铜斑蛇”激光制导炮弹和机载“海尔法”反坦克导弹指示目标。

如美国的“先锋”式无人机装有抗干扰扩频通信设备、大功率固态放大器、全向甚高频和超高频无线电台中继设备等,可在C波段进行数据、信号、话音和图像通信,通信距离为185公里。无人机除了具备上述7种功能外,还有其他飞机所不具备的特长。一是费用低廉。无人机的造价通常在几万至几十万美元之间。与有人驾驶飞机相比,价格差距十分悬殊,相当于有人驾驶飞机的1/100~1/1000。无人机操纵人员只需半年的常规培训,而培养一名有人驾驶飞机的飞行员,必须经过4年以上的专门培训,且耗资巨大。无人机执行与有人机相同的任务时,所耗燃料也相当少,通常只占有人机的l%。二是隐蔽性好,生存能力强。无人机的长度基本在10米以内,重量大多在1~2吨之间;因此,它在空中活动十分轻捷自如,各种探测器材很难发现它的行踪。三是使用简便,适应性好。无人机既可以近距离滑跑升空,也可以直接发射升空;既可以在公路上起飞,也可以在海滩、沙漠上起飞,因而可在前线广泛使用。无人机的回收也很方便,既可以用降落伞和拦阻网回收,也可以利用起落架、滑橇、机腹着陆。如加拿大的CL-227“哨兵”无人机还可以像直升机一样进行垂直起降。此外,无人机能适应各种环境,可以毫无顾忌地进出核生化武器的沾染区,并可以在各种复杂气象条件下连续飞行。

据外刊报道,俄罗斯“埃尼克斯”公司宣布,将为俄国防部研制新一代无人机。

据悉,新型无人机能够用于校正迫击炮和火炮射击的角度,并可用于地形照相侦察及执行其他任务,同时具备在信息化作战条件下运送军用物资能力。

美国也在研究运输无人机。 [1]

根据The Lens的一份报告,新奥尔良市官员在2月份曾申请使用美国国土安全部的无人驾驶机,为保障该地的安全。The Lens称,一位新奥尔良官员一直对收购无人驾驶高科技非常感兴趣。据报道,市政府官员与本地的无人驾驶飞机制造商召开了两次会议,望将无人驾驶机正式投入新奥尔良市中。 [1]

2011年3月10日云南盈江地震灾情发生后,装载有低空无人机航摄系统的测绘应急车连夜赶赴盈江县实施无人飞机航拍任务。3月11日上午,第一架无人飞机于9:00在盈江县城顺利起飞,对灾区全境进行了长达50分钟的航空摄影,成功获取到盈江灾区首批震后20平方千米、1000多张0.1米的高分辨率航空影像。3月11日下午,无人飞机再次起飞,成功获得第二批航空影像数据并在第一时间传回北京。

从汶川地震到舟曲泥石流,利用无人飞机获取灾区影像正在成为救灾测绘应急保障的重要手段。那么,无人机的优势在那里?灾后为什么第一时间要获取航空影像?记者就此采访了受命担负云南盈江地震无人机应急机组的北京天下图集团相关负责人。

“影像图可以比其他观测手段更直观的进行灾后的灾害评估和重建决策。”国家测绘局无人机专家、北京天下图集团董事长关鸿亮先生在接受采访时表示。

据了解,此次实施航拍任务的北京天下图集团是国家测绘局唯一批准的全国“城市高分辨率航空影像数据库”建设试点单位,其自主品牌“天下图库”已经形成国内目前规模最大、种类最全、技术最新、响应速度最快的、分辨率最高的对地观测体系,是唯一通过自主航飞模式建设的、覆盖全国5-50厘米高分辨率的航空影像库。

天下图负责人告诉记者,无人机最大的优势就是可以在恶劣的自然条件下,利用简单条件就可以低空飞行,获取影像数据。天下图已经具备影像获取、影像处理、影像生成等一套完整的航飞体系,能够在很短时间飞到很多地方,满足各类应急测绘和精准测绘需求。

天下图集团无人机部负责人赵星涛介绍,天下图已经在全国布有15个应急中心,除少数地区外,均可以24小时抵达全国各地。特别是针对地震、泥石流等可能突发的地区,强化了应急中心建设。此次盈江地震发生后,就由云南的应急中心第一时间赶赴现场开始作业。

“我们是第一个到达灾区的航摄队伍,尽管条件恶劣,但很快拍摄完成后,经过数据处理,3个小时就快速拼接出灾区影像图来。”赵星涛说,如此快速的反应为相关部门的灾情分析、判断提供了及时有效的决策参考。

天下图负责人表示,获取的航空影像数据需要后续加工才能最终形成最终全图,而天下图的“像素工厂”可以对获取的影像进行批量处理,不仅时间大大缩短,而且成本低、全自动运行,对于应急测绘保障的效率有极大的提升。

“我们不仅与相关部委有着密切的合作关系,做到第一时间响应,第一时间作业,而且我们特别针对突发事件的应急处理有详细的预案,利用我们的无人机和先进技术为抗震救灾尽力也是我们的义务和责任。”这位负责人说。 [1]

2014年3月4日,全国人大代表、中航工业航宇董事长马永胜透露,由中航工业航宇其研制的柔翼无人机研发取得重大进展,即将在机场、港口进行首轮消雾试验。

据了解,柔翼无人机是以冲压翼伞为机翼提供升力的低速无人机,它就是一具加装了自动控制系统、可以自主起飞、巡航和精确着陆的无人驾驶动力翼伞,可以携带约占起飞重量40%的有效载荷进行飞行作业。

柔翼无人机作为消雾平台具有以下优势:

一是有效载荷大。由于采用大面积冲压翼伞提供的更大升力,相对同等起飞重量的固定翼无人机,其有效载荷约是固定翼飞机的3倍。由于消雾作业需要携带的催化剂重量较大,所以更大的有效载荷代表一个起落可以携带更多的催化剂和气象探测设备进行作业。SYW-1可以载重80KG左右,未来设计的有效载荷最高可达700KG。

二是安全可靠。柔翼无人机本身具有滑翔缓降功能,即使在动力发生故障,发动机停机无动力的情况下,也可依靠翼伞缓缓滑翔降落,不会对设备和地面人员造成损伤。

三是飞行时间长。一次加油可以留空3小时以上。

四是操作易便。50米距离拖曳即可起飞,空中作业姿态调整方便,降落平稳。

五是成本低廉。初略估算,柔翼无人机的采购成本和维护成本是同量级固定翼无人机或无人直升机的1/3~1/5,使用成本是其1/10,平时也不需要进行复杂的维护保养工作。

中航工业航宇研制的柔翼无人机是我国第一种翼伞无人机,在项目研制过程中,科研人员充分借鉴了航宇独有的成熟技术,利用公司的专业设计手段和加工设备完成了原型机的设计和生产。项目专家表示,该类型无人机除用于消雾作业外,还可以用于电力巡线、农业播撒、抢险救灾、航拍航测等领域。随着柔翼无人机平台项目的系列研发及商业应用的加速,势必在诸多国民经济建设及民生领域发挥重大作用。 [9]

“密码”无人机

这是美国西科斯基飞机公司应国防部要求研制的一种小型无人机,主要用于向战场指挥员提供与战斗进展有关的战场实时信息。“密码”机外型十分奇特,酷似一个面包圈。该机飞行高度2500米左右,巡航半径30公里,内装光学照相机、前视红外传感器及其它可执行军事任务的传感器。它主要担负在中低空范围内对敌各种目标的侦察搜索任务,并可利用机上地面穿透雷达探测地下的雷达等装置。

二战结束后,随着航空技术的飞速发展,无人家族也逐渐步入其鼎盛时期。

多功能无人机

这种无人机将集侦察、校射、监视、战果评估、目标识别、无线电中继、对地攻击等多功能于一体,可在距敌较远时进行干扰、诱骗等软打击,也可在必要时对地面重要目标进行攻击。美国波音公司研制的“秃鹰”就是这样一种无人机。“秃鹰”是一种大高度、长续航时间的自主式无人机,可用于执行战略侦察、监视。目标探测、反潜战、指挥、控制、通信、大气监测、海关与边防巡逻等任务。该机采用全复合材料机体结构,具有很轻的大展弦比承载机翼。该机巡航速度每小时148公里,最大升限2.736万米 。

无人驾驶飞机,航程1.48万公里,续航时间120小时。其中升限和续航时间均创造了无人机的飞行记录。

人工智能无人机

为使无人机真正成为“空中士兵”,国外正在积极发展人工智能无人机。如英国塞肯公司的“塞肯”观察与攻击自动飞行器,可在空中监视目标的同时自动判断目标的军事价值。当它认为目标值得攻击时,就自动调整飞行状态,精确地向目标发起俯冲攻击。

长时留空无人机

为对目标进行长时间监视,弥补无人侦察机留空时间短、对同一目标反复侦察时所需航次多等不足,长时间留空无人机便应运而生。如美国洛克希德公司的微波动力无人机,可在高空飞行60天以上。国外的长时间留空无人机最大续航时间可达1年,可对目标进行连续不断的侦察、监视。

反导弹无人机

为对付日益增多的地对地战术导弹的攻击,国外正积极研制用于拦截导弹的无人机。这种无人机可在距所防卫目标较远处击毁来袭导弹,从而克服了“爱国者”、C-300等一类导弹拦截距离近、反应时间长、拦截成功后的残体仍对目标有一定损害作用的不足。

预警无人机

与载人预警机相比,预警无人机的经济性好、费效比低且生存能力强。预警无人机与载人预警机一样,集预警、指挥、控制和通信功能干一身,可起到活动雷达站和空中指挥中心的作用。平时可用来进行空中值勤,监视敌方行动,战时可加大预警距离,扩大己方的拦截线并且可以通过它统一控制战区内的所有防空武器,有效指挥三军作战。预警无人机既可单独作用,又可与载人预警机配合使用。单独

使用时,预警无人机利用下行数据传输线,将所获得的情报信息传到地面指挥控制中心。配合使用时,预警无人机率先部署在200~300公里外,将所获得的情报发送给载人预警机,以此扩大预警范围,避免载人预警机穿行于危险区域。美国格鲁门公司研制的D754就是一种典型的预警无人机。该机装有新型机载共形相控阵雷达,能够在复杂电子环境中探测和识别像巡航导弹这样的低空飞行目标。此外,机上还装有红外等多种传感器。

隐身无人机

1995年6月1日,由美国洛克希德公司、马丁公司和波音公司联合研制的世界上第一种隐身无人机——“蒂尔”-3(绰号“暗星”),在美国加利福尼亚州的洛克希德公司斯昆克工厂公开展出。该机外形奇特,机翼硕大,机身扁平,有头无尾。“暗星”之所以采用这种奇特的外形,主要是为了减小雷达反射截面积,以增强隐身性能。机身的底部涂成黑色,也是基于此种考虑。该机在1.37万高度可巡航8小时,活动半径1800公里,巡航速度每小时240公里。据介绍,该机将装备合成孔径雷达或电光探测设备,在续航8小时时,总监视覆盖面积为4.8万平方千米;在1米分辨率时,搜索速度为每小时5480公里;能显示0.3米的目标象点;单机可截获目标600个。该机还具有自主起飞、自动巡航、脱离和着陆的能力,而且可在飞行中改变自己的飞行程序,以执行新的任务。

微型无人机

为进一步扩大无人机的使用范围,使无人机能直接为班、排、连等低级别作战单位提供实时的情报保障,国外正积极开发微型无人机。这种无人机最长约2米,仅重几公斤,使用时可由单兵发射筒发射。如美国布兰登布雷飞机结构公司和伞翼公司正在研制的“天球”无人机,最大重量仅9公斤左右,最长留空时间为2.5小时,除可以垂直起降外,还可在7米×7米的场地上发射与回收。

新一代微型侦察机即将走出实验室。可以放在手掌上的这种微型飞机翼展15厘米,靠体积仅有纽扣大小的电动或喷气发动机推动。它将被用于侦察卫星和军用侦察机监视不到的死角,使士兵能够看到山背面的情况或发现躲在被轰炸后的建筑物内的敌人。微型侦察机可以放在军用挎包里,它装备有摄像机、红外线传感器或雷达探测器等,甚至有电子鼻,以便通过士兵的气味发现他们。

佐治亚工学院的罗布米切尔森则提出使用脉冲式喷气发动机,他已经造了一个模型,如同一支短粗的钢笔。另一个办法,是用电动机带动螺旋桨。尽管微型电动机提供动力还存在困难,但美国国防部对制造微型技术研究所的工程师们制造的一种 1厘米大的直升机,还是表现出了极大的热情,希望在一年内能够看到几种样机试飞。专家指出,将来当有只鸟在你头上转或房间里有蚊子叫时,请你当心,也许有人正在监视你。

空战无人机

为减少有人驾驶飞机在空战中的损失,国外正研制用于空对空交战的无人机。由于无人机机动时不受飞行员抗过载能力的限制,空战时,可进行超常规机动,对导弹等高速攻击武器可进行有效的规避。同时,由于无人机被敌方机载雷达截获的概率低,故在空战中的损失要大大低于有人驾驶飞机。例如,美国研制的高机动空中格斗无人机,在与F-4“鬼怪”式战斗机进行空战格斗试验中,曾成功地躲避开F-4 所发射的“麻雀”导弹的攻击,并占领了F-4后侧有利的攻击位置。另外,美国还在进行“天眼”无人机携载“轻标枪”和“针刺”空对空导弹的试验,用于与直升机、攻击机空战。

测绘无人机

无人机作为一种新型遥感监测平台,飞行操作智能化程度高,可按预定航线自主飞行、摄像,实时提供遥感监测数据和低空视频监控,具有机动性强、便捷、成本低等特点,其所获取的高分辨率遥感数据在海域动态监管、海洋环境监测、资源保护等工作中用途广泛

航拍无人机

航拍无人机是集成了高清摄影摄像装置的遥控飞行器,系统主要包括:载机、飞控、陀螺云台、视频传输、地面站以及通话系统等,航拍无人机飞行高度一般在500米以上,适合影视宣传片以及鸟瞰图的拍摄等。这种飞行器灵活方便,能快速的完成镜头的拍摄。 [10]

①自动着陆。其着陆过程与有人驾驶飞机相同,由地面操纵人员通过遥控装置或机内程序控制装置操纵飞机在跑道上着陆。

②降落伞回收。无人机上带有降落伞,着陆阶段自动打开,或根据遥控指令打开,降落伞悬挂着无人机缓慢飘落着陆。

③空中回收。开始的程序与降落伞回收方式相同,当无人机打开降落伞在空中飘落时,用直升机等回收母机在空中将无人机回收,并携带回场着陆。

④拦阻回收。利用无线电遥控控制无人机撞入用弹性材料编成的回收网中。 [10]

无人战斗机具有以下优势:

*更强的机动性近代,战斗机内人体忍耐力会限制军队在快速行动期间利用飞机集中人员的数量,而无人战斗机消除了这一瓶颈,从而使得机动性大幅提高。

*重量更小重量可以影响很多方面,如续航时间、加速、有效载荷等。毕竟驾驶舱内的一两名飞行员及所有物品会有很大的重量。

*更好的空气动力不需要驾驶舱顶蓬。

*环境感知利用无人战斗机能够在地面上构建虚拟座舱,这比飞机上安装任何装置都有效。而且,对于执行制空任务而言,环境感知是很重要的,而空空作战并不需要在实际飞机上进行侦察。

*不会让相关人员疲劳地面飞行员可以控制他们的无人战斗机,执行任务时更舒适,更灵活。

*耗资更低飞行部队耗资更低。所有的人机互动装置、生命维持、弹射座椅等会需要很多资金,但如果是无人战斗机,就仅需要人机交互装置,而且许多无人机可以共用一个,更低价,无需承受所有的压力。相关人员只需与无人战斗机进行通信,而且飞机中已经有一些通信方式,所以不会有大的变化。

*让飞行员远离危险无人战斗机能够挽救飞行员的生命。训练飞行员的成本很高,而且很难迅速进行替换。

*无人战斗机能够开展远程超视距外空对空攻击以及视距内近程作战,而且无人战斗机成本低、数量与质量相当并且有可能用于与敌军同归于尽的战术中。

*与载人飞机相比,它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。

微型武器具有重量轻、体积小、造价低、不易被发现和摧毁等特点,因此被世界各国尖端武器研制机构所看好,并投入了巨大的研制资金,在未来战场上有着强劲的发展前景和潜力。无人驾驶战斗机根据其较为特殊的战争使命,在微型化发展方面更具有非常强烈的要求。

美国国防部高级研究项目局在1999年1月进行了一系列翼展60厘米、重200克的小型无人机试验,并获得了成功。该局在其空中飞行器计划中又推出了12种大小只有152毫米的袖珍型无人飞行器的预研方案,其中4种的研制工作已正式启动。这4种袖珍型无人机有两种固定翼型、一种直升机型、一种折叠翼(活动翼)型。由维伦蒙特公司研制的固定翼样机,其翼展为15厘米,时速48公里,装备有5克重微型GPS装置,试飞22分钟获得成功;另一种固定翼样机的翼展也是15厘米,装有军用摄像机,航程5到10公里,由洛克希德桑德斯公司研制;直升机型重300克,携带红外成像设备,样机有三轴稳定器,采用GPS导航,持续飞行时间可达2小时;折叠翼型袖珍无人驾驶飞机正由美国加州工学院进行研制,其主要战斗诸元仍处于尖端武器的机密领域。另外,据军事科学家们透露,一种仅有一美元纸钞大小的遥控战斗机已经研制出来。机上装有超敏锐感应器,可“闻”出柴油发动机排出的废气,一旦被它盯上,就会紧追不放,且可以拍摄夜间红外照片,将敌动态和坐标传到200公里外的基地,引导导弹精确命中目标。它执行任务时不用担心敌方雷达系统,适合全天候全时程作战。

驾驶机理

为了提高作战效益和遂行各种任务的需要,一种有人和无人两用型战斗机,也将随着无人驾驶飞机技术的日益成熟而在未来的空战中出场。它具有两个可以相互独立工作的飞机操作平台,既可以和普通飞机一样由飞行员操纵飞行,也可以由基地指挥中心直接遥控飞行或预置飞行程序自身控制飞行。两用型战斗机的优点是在执行某项任务中,当飞行员伤亡或出于其它原因对飞机操作失灵或是需要暂时脱离飞行操作工作以完成其它任务时,飞机的遥控指挥系统只要未被破坏,仍可以顺利完成任务,安全归返。美国与英国合作研制的三军通用型联合攻击/战斗机,现正在研究无人化的问题。该机很可能成为世界上第一种有人和无人两用的战斗机。

可见,在未来战争中,品类众多、功能各异的无人驾驶飞机,必将成为广奥空宇中的百变幽灵而无处不在,无所不能。随着航空工艺、材料和技术的不断进步,无人驾驶飞机在未来的20年间将会真正崛起,成为高技术战争舞台上一颗耀眼的“明星”。

无人战斗机很容易受到干扰以及人员因素的影响。而且,无人战斗机的行动还存在滞后性,虽然无线电通信能够迅速传播,但在空战过程中反应时间也是至关重要的。此外,无人战斗机还存在单点失效性:一旦敌军摧毁了指挥中心,那么所有无人战斗机便会丧失效用。 [11]

良好的隐身性能

无人驾驶飞机在几场局部战争中,尤其是在空袭南联盟行动中发挥的巨大作用是令人瞩目的,但由于自身隐身技术存在着一定的不足和遂行作战任务性质的局限,使其在作战中暴露出来的很高的被击毁率又是发人深省的。在以“非接触”方式为主导的未来战争中,不尽快解决无人驾驶飞机隐身技术问题或仅仅扮演一个不堪一击的“假目标”角色是远远不够的。因此,增强无人驾驶战斗机的隐身性能是迫切需要的。这个问题已经引起了一些军事大国的高度重视。1998年年底,美国海军在签订研制无人驾驶飞机的第一份合同时,海军航空系统司令部就强调了无人驾驶飞机的隐身性能。以色列在研制和使用无人驾驶飞机方面积累了十分丰富的经验,先后研制出了侦察兵、猛犬、先锋、猎人、搜索者、苍鹭、徘徊者等型号的无人机,并多次在战争中使用,其掌握的某些技术居世界领先水平。但上述无人驾驶飞机主要用于侦察、电子干扰或反辐射攻击,作战功能有限。为了对付敌方的地地导弹等威胁性目标,以色列飞机工业公司正在研制一种高空长航时隐身无人驾驶战斗机。该机采用隐身技术与远距空空导弹相结合,可携带莫阿布导弹,突入敌方战区后方,拦截和攻击处于助推阶段的地地导弹。机载莫阿布导弹是拉斐尔公司在巨蟒4红外制导空空导弹的基础上发展而来的,它在高空的最大射程约为100公里,飞行速度在1500到2000米/秒之间。无人驾驶飞机隐身技术虽然仍处于发展阶段,但随着适用于无人驾驶飞机的隐身材料的不断研制和隐身机型的不断完善,在未来战争中,它必将成为令敌方防不胜防的空中“暗箭杀星”。

准确的攻击能力

无人机和战斗机的结合,构成了一种全新的武器系统无人驾驶战斗机。第二次世界大战以来,无人驾驶飞行器的研究应运兴起。遗憾的是,此后几十年中,无人机与战斗机却一直无缘结成连理,没能造就出无人驾驶战斗机。随着中远程巡航导弹和弹道导弹的发展日新月异,地空导弹、空空导弹的制导技术日臻成熟,可重复使用的无人驾驶飞机的控制水平也日益提高,“无人驾驶战斗机”的话题才得以被人提及,且有人将反辐射导弹的技术移植到无人机上,研制出了反辐射无人机,成为一种对地面雷达极具威胁的新式武器。这种航空武器的出现,可以说是向无人战斗/攻击机的发展目标又迈进了一步,但它还不是真正意义上的无人驾驶战斗机。它采取“自杀”的方式,与敌方雷达同归于尽,充其量仅仅是巡航导弹的翻版。而真正的无人驾驶战斗机应是“可以重复使用的巡航导弹”。

90年代初,美、英、以色列等航空工业发达国家,最先向无人驾驶战斗/攻击机这一技术高地发起了冲击。经过对未来战场环境和对正在发展的航空航天新技术的分析预测,军界和工业界人士认为,由于无人机能够以合理的成本进行有危险的行动,保护军人的生命安全,因此,在今后10到30年的时间内,需要研制和使用新型的无人驾驶战术战斗机,执行一些对有人驾驶战斗机来说太危险,而对于一次性发射的导弹来说又不太经济的任务。据美国国防部声称,如果美国空军与海军的联合攻击战斗机计划因技术或预算问题而夭折,则将打算用无人驾驶战斗机取代现役的F-16和F/A-18战斗机。英国、法国、以色列和日本也在加紧研制无人驾驶战斗机。英国空军正在考虑用无人驾驶战斗机替代将于2015年退役的旋风GR4战斗机。各国五花八门的无人驾驶战斗机设计构想多数尚处于论证、研制和试验阶段,其中最典型的方案有:美国诺斯罗普格鲁门公司为军方设计的未来无人驾驶战斗飞行器方案;波音公司准备将JSF战斗机改装为两种成本较低的“无人驾驶战术战斗机”;欧洲国家在研制出第四代战斗机EF2000和阵风之后,英国和法国决定联手研究一种具有强大攻击力的无人驾驶航空器。携带各种武器的无人机将于2007到2025年投入实战。 [12]

无人机主要有五项目关键技术,分别是机体结构设计技术、机体材料技术、飞行控制技术、无线通信遥控技术、无线图像回传技术,这五项目技术支撑这现代化智能型无人机的发展与改进。

机体结构设计技术:

飞机结构强度研究与全尺寸飞机结构强度地面验证试验。在飞机结构强度技术研究方面,包括飞机结构抗疲劳断裂及可靠性设计技术,飞机结构动强度、复合材料结构强度、航空噪声、飞机结构综合环境强度、飞机结构试验技术以及计算结构技术等。

机体材料技术:

机体材料(包括结构材料和非结构材料)、发动机材料和涂料,其中最主要的是机体结构材料和发动机材料,结构材料应具有高的比强度和比刚度,以减轻飞机的结构重量,改善飞行性能或增加经济效益,还应具有良好的可加工性,便于制成所需要的零件。非结构材料量少而品种多,有:玻璃、塑料、纺织品、橡胶、铝合金、镁合金、铜合金和不锈钢等。

飞行控制技术:

提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器、从无人机地面监控系统接收遥控指令并发送遥测数据的机载微波通讯数据链、控制无人机完成自动导航和任务计划的飞行控制计算机,所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、GPS差分系统、状态传感器和机载微波通讯数据链连接。本实用新型采用一体化全数字总线控制技术、微波数据链和GPS导航定位技术,可使无人机平台满足多种陆地及海上低空快速监测要求。

自动化在飞机驾驶中的应用是在人飞上蓝天后,又一个重大的科技进步。无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。由于他是高科技技术的集中载体,其主要应用于现代战争。

无线通信遥控技术:

无人机通信一般采用微波通信,微波是一种无线电波,它传送的距离一般可达几十公里。频段一般是902-928MHZ,常见有MDSEL805, 一般都选用可靠的跳频数字电台来实现无线遥控,北京节点通有成熟的应用。

无线图像回传技术:

采用COFDM调制方式,频段一般为300MHZ,实现视频高清图像实时回传到地面,比如NV301等,节点通有多种应用。 [13]

中国首架纯燃料电池无人机

日前,由同济大学航空航天与力学学院(下称“同济大学航力学院”)、上海奥科赛飞机公司历时一年多时间共同研制的我国第一架纯燃料电池无人机“飞跃一号”,在上海奉贤海边首次试飞成功。该无人机可升至2000米以内高空,时速为30公里,可连续飞行两小时,非常适合用于环境监测、战场侦察等领域。 [14]

“为积极应对能源与环境挑战,开发生物质能、氢能等新能源的飞行器,已成为航空技术的未来发展方向之一;特别是以氢气为原料、真正实现零排放的燃料电池电动飞机,更是航空工业发展的一个重要发展趋势。”项目负责人、同济大学航力学院副教授许震宇介绍说,“世界上多个航空强国已经试飞成功了多架新能源无人机和轻型飞机,台湾成功大学和辽宁通用航空研究院分别已于2010年和今年7月研制成功使用‘燃料电池及锂电池’混合动力的无人飞机。” [14]

2013年初,驻阿富汗英军部队有幸成为目前世界上最为先进的微型遥控无人侦察机的第一批使用者。

这款名为“黑色大黄蜂”的微型无人侦察机的尺寸大约为10cm*2.5cm,可以为地面部队提供重要的战场情报。该款无人机装备了一部微型摄像头,可以为作战部队提供动态图像或是静态照片。士兵可以使用其对街角、围墙或是其他障碍物进行侦察,以预知这些视觉死角后方潜在的危险。这些图像资料将会在一部手持终端机上呈现。

这款微型无人机看起来像一个儿童玩具,携带方便,并可以在恶劣的战场环境下发挥优良的工作性能。 [15]


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