无人机已经走过了（le）一个世纪的发（fā）展历程，民用无（wú）人机（jī）迅猛发展

在最近一段时间（jiān）的新冠肺炎（yán）疫情防控工作中，无人机（jī）发（fā）挥了许多作用，受到人们的广泛关注（zhù）。

无人（rén）机是无人（rén）驾驶飞机的简称(英语简称UAV)，个头可大可小。从最初的雏形诞生至今，无人机已（yǐ）经走过了一个（gè）世纪的发展历程，但无（wú）人机真正走进我们的生（shēng）活（huó），在娱乐、环保、交（jiāo）通（tōng）等领域大展身手，不过是最近十（shí）年（nián）的事。

1.百（bǎi）年前先驱探索

19世纪，无线电的（de）发现和运用给人（rén）们远距（jù）离控制（zhì）机器（qì）的运行创造了可能（néng）。1898年，物理学家特斯（sī）拉向人们展（zhǎn）示了通过无（wú）线（xiàn）电（diàn）遥控一条模型船的航（háng）行（háng），从而首次实（shí）现了遥控技术的应（yīng）用。当（dāng）飞机（jī）被人们发明出来并在第一（yī）次（cì）世界大（dà）战中得到应用后，发明家们开始尝试将遥控（kòng）技术（shù）与飞（fēi）机结合，制成一种无（wú）须飞行员亲自驾驶的飞机（jī）。

早（zǎo）在1909年，美国（guó）工程师就发明（míng）了一种名（míng）叫“陀（tuó）螺仪”的装置，可以测定飞机的飞行方向及机身（shēn）正以什（shí）么样的姿势在（zài）空中飞行（háng）。这种（zhǒng）装（zhuāng）置是现代飞（fēi）机自（zì）动控制和惯性导（dǎo）航系统的核心组成部分。这种装置（zhì）出现后（hòu），美国海军（jun1）对此很感兴趣，希望以此为（wéi）基础研究一种不需要飞行员（yuán）驾驶的飞（fēi）行器（qì）。当时，美国海军（jun1）将其称之（zhī）为（wéi）“飞行鱼雷”。为（wéi）了提高（gāo）飞行（háng）鱼雷的导航精度，美国西部电器公司还为它开发了专（zhuān）用的（de）无线电导航系统。飞行（háng）鱼雷是无人机（jī）最早的（de）雏形之一，而惯性导航与无线电控制技术，至今仍然（rán）是遥控无人（rén）机的核心技（jì）术。

1917年，英国皇（huáng）家飞行队的（de）罗（luó）上尉制造了一架遥控飞（fēi）机。这（zhè）是一架木制结构的（de）飞机（jī），通（tōng）过安装在卡车上的弹射装置起飞。罗上尉（wèi）本希望可（kě）以通过遥（yáo）控的方式，让（ràng）飞机平稳（wěn）飞行一段时（shí）间，但在实际的飞行表演中，飞机刚刚起飞就失控了，仅仅飞行（háng）了一小段（duàn）距（jù）离便坠落（luò）到（dào）了地上。虽然试验遭遇失（shī）败，但（dàn）由于飞机在飞行过程中的确响应了（le）罗上尉通过无线（xiàn）电发出（chū）的控制（zhì）信号（hào），因此这次试（shì）飞仍然被视为是无（wú）人机技（jì）术的发端。

2.战场（chǎng）上初露锋芒（máng）

飞行（háng）员在进入战场作战（zhàn）前，需要像使用枪支的射手射击靶子一样，在训练中（zhōng）实（shí）际（jì）攻击天空中的靶机，来提升自己的作（zuò）战技能。地（dì）面的高炮防空部队（duì）也需要用靶机进行训练（liàn）。在两次世（shì）界大战期间，美国、英国和德国都开始了（le）将无人机作为靶机（jī）的尝试（shì）。美国军方还发现，无（wú）人机有可能方便快捷地在战场上传递（dì）信息，代替当（dāng）时还广泛使用的传令兵，并（bìng）在之前飞行鱼（yú）雷（léi）的基（jī）础上研发（fā）了“信（xìn）使（shǐ）”无人机。

1941年（nián），美（měi）国（guó）海（hǎi）军萌生（shēng）了使用无人机（jī）攻击敌人空中（zhōng）和地上目标的想法，研发了（le）TDN-1和TDR-1型无人攻击机。1944年（nián）9月至10月（yuè）间，这两种无人（rén）机在太平洋战争中（zhōng）小试牛刀，攻击（jī）了（le）日军（jun1）的堡垒和火炮阵地等目标（biāo），取得了一定（dìng）战果。

二战结束后，无人（rén）机（jī）开（kāi）始投入战场侦察工作。世界上（shàng）第一种实用型的无（wú）人侦（zhēn）察机是无线电控制的美国（guó）AN/USD-1战（zhàn）场无人监视（shì）机。这种飞机（jī）装（zhuāng）备有一台可以在白天（tiān）工作的光（guāng）学照相机和（hé）一台在夜间工（gōng）作的红外照相机，通过火（huǒ）箭助推器起飞，完成任务后释放降落伞（sǎn）降落。但它拍（pāi）来的（de）照片还（hái）需要复杂耗（hào）时的（de）处理（lǐ）和（hé）分析工作。

在冷战和越南（nán）战争（zhēng）期间，美军发现无人机除了照相外，还可以执行另（lìng）一种形式的搜索任务。无人（rén）机飞临敌人控制的空域（yù）后，可以诱（yòu）骗敌人的防空雷达开机，获得防空雷达的信号（hào）特征。敌人的高炮、防空导弹、战斗机在拦截无人机的过程中，也会将自身的部署情况（kuàng）暴露。一旦无人机被击落，因为没有飞行员驾驶，不会（huì）引起一系列的后（hòu）续问题。在无人机第一（yī）次大（dà）规模（mó）实战应用的越南（nán）战争期间，美军在战场（chǎng）上大量使用（yòng）“火蜂”型无人侦察（chá）机执行这方面的工作。在（zài）此期（qī）间（jiān），还催生（shēng）出了直升机在半（bàn）空回收（shōu）无人（rén）机的技术。

3.新科（kē）技助力指（zhǐ）令控（kòng）制

进入（rù）上世纪80年代（dài）后，电子工业和航空工业的发展为无人机发展带来了（le）新的契机。此（cǐ）时，军用无人机的飞行控（kòng）制技（jì）术出（chū）现了两大分（fèn）支，自动飞行控制系（xì）统和指令控制（zhì）系统。

自动飞（fēi）行控制系统需（xū）要在无（wú）人机起飞前（qián）将本次飞行的路径、高度和侦察目标等信息设定好（hǎo），无（wú）人机依靠这（zhè）些信（xìn）息（xī）自己完成飞行任务。这种模式（shì）虽然看起来比较简单，但一旦目标位置出现了变化（huà），提前设定的（de）飞行路线就得不到需（xū）要的信息了。而指令控制模式，将飞行员（yuán）的（de）位置由飞机（jī）上搬到了地面站的控制（zhì）室中。得（dé）益于视（shì）频图像技（jì）术的发展，无人机可以通（tōng）过无线电信号实（shí）时（shí）将侦察图像信息传回控制（zhì）室，而控制员（yuán）可以根据画面（miàn）实时操控无人机飞行，根据瞬息万（wàn）变（biàn）的战场形势控制无人机飞行。上世（shì）纪（jì）80年代以后，指令控（kòng）制技术逐渐成（chéng）为军（jun1）用无人机飞行（háng）控制（zhì）系统的主流。

此外（wài），卫（wèi）星通（tōng）信（xìn）技（jì）术和GPS导航技术也给指令控制（zhì）技术的应用带来了（le）帮助。在应用卫星（xīng）通信前，无人机的飞行距离（lí）受到控制（zhì）信号传输（shū）和山（shān）川（chuān）阻挡等因素的限制。应用卫星通信技术后，地面控（kòng）制站（zhàn）可以将控（kòng）制信号上（shàng）传至太空中的通（tōng）信卫星，由（yóu）卫星（xīng）中继放（fàng）大后发送（sòng）到无人机接收天（tiān）线（xiàn）上，从而突破（pò）了地面（miàn）障碍物和地平线（xiàn）的限制。GPS导航技术，可以让控制人员更（gèng）准（zhǔn）确地（dì）获取无人机的（de）位置，同时，在控制信号因为干（gàn）扰中断（duàn）时，无人机可以使用GPS导（dǎo）航自主返航回收。

4.现代战争中代替侦察兵（bīng）

在上世纪90年代初（chū）的海湾战争和21世纪初的伊拉克（kè）战争（zhēng）中，无人机得到全（quán）方位的应用。两种（zhǒng）美军现役（yì）的（de）“明星无人机”——“捕（bǔ）食者（zhě）”和“全球鹰”也（yě）在此期间开始应用。

“捕食者”无人机源自于之前研发（fā）的“蚊”-750II型远程无人机（jī），正（zhèng）式型号为RQ-1，该机是一种（zhǒng）长航时无人机，采用涡轮增（zēng）压的（de）螺（luó）旋桨发动机作为（wéi）动力。最大续航时间60小时（shí），可在目标（biāo）上空飞行24小时。侦察型的“捕食者”配有光电/红外侦察设（shè）备（bèi），在白天（tiān）和夜间均能执行侦察（chá）任务。在“捕食者”上，还装备有（yǒu）一种被（bèi）称作“合成孔径雷达”的新装备（bèi）。这种装备可以通（tōng）过（guò）发射（shè）无线电信号（hào）并接收（shōu）大地或目（mù）标反射信（xìn）号的方式，绘制出目标的高分辨率（lǜ）图像。即便在有云层或雾气遮挡（dǎng）的（de）情况下，这（zhè）种雷达依旧可以返回与相机照片类似的图像。从2000年起，美军开始对“捕食者”进行改（gǎi）进，使（shǐ）它具备了使用（yòng）武器对敌人（rén）进行攻击（jī）的能力。通过在无（wú）人机头部安（ān）装用于指引导弹打击目标的激（jī）光指示器，“捕食者”可（kě）以发射用来（lái）打击（jī）坦克、装甲车等目标的“地狱火”导（dǎo）弹。2006年，攻击型“捕食（shí）者”的升级版MQ-9“死神”无人攻击机问世，这种（zhǒng）无人机体积（jī）更大（dà）、性能更强，还能发（fā）射（shè）激（jī）光制（zhì）导炸弹等武器。

“全球鹰”是一种无人（rén）侦察机。和“捕食者（zhě）”一（yī）样，“全球鹰”也具备使用合成（chéng）孔（kǒng）径雷达等多个频段的侦察设备获取战场信息的能（néng）力，可以（yǐ）执（zhí）行对陆地（dì）目标和海上（shàng）目标的侦（zhēn）察任务。由于使用（yòng）了喷气式（shì）发动机作为（wéi）动力，“全球鹰”有着比“捕食（shí）者”更高的（de）飞行（háng）速度。美军本来也打（dǎ）算将（jiāng）“全球鹰”无人（rén）侦察（chá）机改装（zhuāng）成（chéng）攻击型无（wú）人机，但由（yóu）于“全球鹰”的（de）飞行高（gāo）度（dù）较高，用来执行对地攻击任（rèn）务并不十分合适，因此放弃（qì）了这一想法。

除了“全球鹰”和“捕食者”这类（lèi）大型无人（rén）机外，美军还研（yán）发了小型化的无人机，如（rú）RQ-11“大乌鸦”和（hé）“龙（lóng）眼”无人机。由于这些无人机体（tǐ）积（jī）轻巧、便于携带，基层（céng）部队可以在日常（cháng）巡（xún）逻中将无人机随身携（xié）带（dài），一（yī）旦遇到战斗情况，可（kě）以就（jiù）地将（jiāng）无人机（jī）放飞，提供侦（zhēn）察（chá）支援，灵活性大大（dà）提高，特别适合反恐作战。

5.民用（yòng）无人（rén）机迅（xùn）猛（měng）发展

虽然无人机技术的发（fā）展源于军事需求，但目前（qián）大家最（zuì）熟悉的无人机，还是那种有着多个旋翼，可以灵（líng）活（huó）地在空（kōng）中（zhōng）运动或悬停，进（jìn）行航拍（pāi）活动的多旋翼无人机。这种无人机是自（zì）21世纪以来迅猛发展的民用无（wú）人机的典型代表（biǎo）。

在多旋翼无人（rén）机中，四旋（xuán）翼无人机是最常见的一（yī）种（zhǒng）无（wú）人机（jī）类（lèi）型。它和直（zhí）升飞机一样（yàng），是（shì）通过与（yǔ）机（jī）身平（píng）行的螺旋桨桨叶产生（shēng）的升力垂直起飞（fēi），既无需机翼，又（yòu）不用（yòng）设置（zhì）跑（pǎo）道来起飞（fēi）降落，因而体积（jī）小巧、使用方便。而和直升机这样的单旋（xuán）翼飞（fēi）行器相比，多旋翼飞行（háng）器的螺旋桨无需设置（zhì）复杂（zá）的机械传动装置，也不需要尾（wěi）桨（jiǎng）来抵消主螺旋桨带来的旋转，因此多旋翼无人机不但具备理想的可靠性，还可以将（jiāng）制造成本控制得比较低，能够以一般消费者能承（chéng）受的价格销（xiāo）售。更（gèng）重要（yào）的是，在内部控制程序的（de）配合下，多旋翼（yì）无（wú）人机的操控相当简单，非专业（yè）飞行人员短时间内就能（néng）掌握基本的操（cāo）作（zuò）方法，像玩电子游（yóu）戏一样操（cāo）控无人机的飞行，为无人机的普及（jí）扫除了障碍（ài）。

多旋翼民用无人机能够（gòu）迅速兴起的另外一个关键设（shè）备，是以（yǐ）GoPro为（wéi）代表的运动相机。运（yùn）动相机可以获（huò）得比（bǐ）一般相机更（gèng）加宽广的视野，拍摄高清晰度的照片或视频，体积重（chóng）量（liàng）还十分小巧，特别适合安装在无人机上，获得从天空或高处向下（xià）的（de）视角（jiǎo）。无人机操控手们（men）不（bú）但可以在飞（fēi）行过程中实时享受无人（rén）机带来（lái）的（de）视觉体（tǐ）验（yàn），拍摄的高清（qīng）照片、视频等还可以进行丰富的（de）后期（qī）处理，得到更炫酷的视觉效果。在无人机出现之前，进行航拍需（xū）要租用有飞行员驾驶的飞（fēi）机，不但过程相当繁杂，飞（fēi）机租用价（jià）格也绝非一（yī）般人可以承担。而在无（wú）人机出现（xiàn）之后，个人就可以进行日常（cháng）的业（yè）余航拍活动。在运（yùn）动会等大型活（huó）动现场（chǎng），无人机也已经成了必备的拍摄工具。

进入21世（shì）纪后（hòu），由（yóu）于基础技术的发展，民用（yòng）无（wú）人机的各个组成部分（fèn）性能越来（lái）越强、重量越来越轻，成本也越（yuè）来越低（dī），给无人（rén）机的（de）普（pǔ）及创造了条件。目前，无人机搭（dā）载的高性（xìng）能FPGA芯（xīn）片，可以实现双CPU的功能（néng），处理各种（zhǒng）传感（gǎn）器传来的（de）无人机（jī）状（zhuàng）态信息，控制（zhì）无人（rén）机的高效飞（fēi）行。Wifi技术的发展让手机上网更（gèng）方便，也给民用无人机的信号传（chuán）输提供了一种简单有效的实现方式，可（kě）以在一（yī）定距离内传输控制和影像信号（hào）。在续航方面，由于锂电池技术的发展，用一块重量不大的电池就可以（yǐ）让无人机在（zài）天（tiān）空中飞行一段时间。

除了四旋翼无人机（jī）外（wài），固定翼（yì）无人机也在民用领（lǐng）域得到了广（guǎng）泛的应（yīng）用。与四旋（xuán）翼（yì）无人机或多旋翼无（wú）人机相比，固（gù）定翼无人机的续航（háng）时（shí）间更（gèng）长，飞（fēi）行高度更高、活（huó）动范围（wéi）更大，采用（yòng）更加可靠（kào）的控制系统和信号传输系统，因此比四旋翼无人机（jī）更适合专业生产领域的应用（yòng）。

6.无人机越来越“万能”

除了娱乐航拍的功能外（wài），民（mín）用无人机还有多种多样的本领。大（dà）城市道路大（dà）多拥堵严重，在发生交通事故时，无（wú）人机可快（kuài）速低空飞抵事故（gù）现场，第一时间进行执（zhí）法拍摄取证。它传回的（de）图像还能（néng）让交通部门更好（hǎo）地疏（shū）导拥堵的交通，从而更快到达现场进行（háng）事（shì）故救援工作。

遇到（dào）犯罪分子驾车逃窜时，无人（rén）机可以在（zài）空中跟踪（zōng）罪犯的（de）踪迹，引导警察实施抓（zhuā）捕。

在高层建筑发生火灾时，消防（fáng）员可以释放无人机（jī）航拍，快速获取火（huǒ）灾蔓延情况和被困人员位置，准确部（bù）署灭火力量。

当洪水发生时，无人（rén）机（jī）可携带救生绳或（huò）救（jiù）生圈，并将其投送到（dào）需要者身边。

对（duì）位于（yú）偏远（yuǎn）地区的输电线路和（hé）石油（yóu）管（guǎn）道，可以让（ràng）无（wú）人机（jī）进行线路巡检的工（gōng）作。无人机出动一次就（jiù）可（kě）以巡检几十（shí）甚至上（shàng）百（bǎi）公里的线（xiàn）路，减轻了（le）工人的工作负担（dān）。

未来，在网（wǎng）购（gòu）之（zhī）后，人们还可能收到无人机送来的快递包裹。快递企（qǐ）业计（jì）划用四旋翼或（huò）八旋翼无人（rén）机，在10公里的范（fàn）围内派送重量不超过（guò）10公斤的包裹。无人机不会（huì）取代快递小哥们（men）的工作，而是会专注于紧急快件（jiàn）和偏远地区快件的（de）派送，提高配送效（xiào）率（lǜ），减少人力、运力（lì）成本。目前，国外的亚（yà）马逊、DHL和（hé）国内的（de）顺（shùn）丰、京（jīng）东等快递物流企业，都在开展无人机（jī）配送（sòng）快递（dì）的尝试。德国DHL公司已经开始使用无人机，为居住（zhù）在（zài）偏远海岛上的（de）人（rén）们送去药品等（děng）必需物资。亚（yà）马（mǎ）逊推（tuī）出的PrimeAir服（fú）务，可以将包裹在30分（fèn）钟（zhōng）内送交客户。美国邮政还研制出了一种电动邮政汽车和无人机结合的派送模（mó）式，由（yóu）司机驾驶电动邮车到达社区，再由无人机从邮车上自动取走包裹、送交住户。2017年，中科院工热所还成功研（yán）制了（le）世界上（shàng）第（dì）一种大型货（huò）运无人机（jī）。这种无人（rén）机（jī）可以（yǐ）在极（jí）短的跑道上（shàng）起飞降落，一（yī）次（cì）可以运输重达1.5吨的货（huò）物，特别适合将一批（pī）快递包裹集中运到偏（piān）远的（de）乡镇和村（cūn）庄，使那（nà）里（lǐ）的人们也能享受（shòu）网购带（dài）来的便利。2018年，中国邮政在浙江安（ān）吉山（shān）村地区开（kāi）通了第一条无（wú）人机配（pèi）送航线，试点偏（piān）远（yuǎn）地区配送服务。

炫彩世界

无人（rén）机集群不（bú）仅是“表演”

这些年，我们经常能够看到（dào）无人（rén）机编队表演（yǎn）的（de）新闻（wén）报（bào）道。成百上千架（jià）无人（rén）机，在夜色（sè）中（zhōng）通过（guò）自身携带的彩色灯光设备，组（zǔ）成各种各样的美丽图案，甚（shèn）至还能随（suí）着音乐节（jiē）奏的变化翩翩起舞。这种（zhǒng）奇观的出现，得（dé）益于无人机集群（qún）技术的发展。

实际上，早在这（zhè）种表演（yǎn）为人所知（zhī）之前，无人（rén）机集群技术在军事领域就已（yǐ）经得（dé）到了发展与应（yīng）用（yòng）。2000年，美国国防部的高（gāo）级计（jì）划局就启动了（le）有（yǒu）关（guān）研（yán）究项目，通过（guò）借鉴蚂蚁的群体组织方（fāng）法（fǎ），研究多（duō）架无人机（jī）在空中协同发现目标（biāo）的技术（shù）。经过近二十年的发展，无人机集群技（jì）术已经日臻（zhēn）成熟。在执行任务的过程中，集（jí）群中（zhōng）的无（wú）人（rén）机要组织好自己（jǐ）的队形，在完成（chéng）任务的同时避免（miǎn）发生碰（pèng）撞（zhuàng）。同时，无人机（jī）之（zhī）间还要分享所处位置态势的感（gǎn）知，一架（jià）无人机所观察到的情况可以被所有无人机掌握。这样（yàng），大量（liàng）无人机可以（yǐ）在单一操作员的指（zhǐ）挥下（xià），完成一架（jià）无人（rén）机所不可（kě）能完成的各种（zhǒng）任务。

• 上一篇：河北高（gāo）速（sù）违法抓拍无（wú）人机上线！
• 下一篇（piān）：“多（duō）亏有这架无人机（jī）”民兵（bīng）驾无人机（jī）助力灭火