无（wú）人（rén）机已（yǐ）经走过了一个世纪的发展历程（chéng），民用（yòng）无人机迅猛发展

在最近一（yī）段时（shí）间的新冠肺炎（yán）疫情防控工作中，无人机发挥了（le）许多作（zuò）用，受到人们的广泛关注。

无人机是（shì）无人驾（jià）驶飞机的简称（chēng）(英语简称（chēng）UAV)，个头可大可小。从（cóng）最（zuì）初（chū）的雏形诞生至今，无人机已经走过了（le）一个世纪的发展历程，但无人机真（zhēn）正走进我们的生（shēng）活，在娱乐（lè）、环保（bǎo）、交通等领域大展身手，不过是最近（jìn）十年的事（shì）。

1.百年前（qián）先驱探索

19世纪，无线电的发现和运（yùn）用给人们远距离控制机（jī）器的运行创造了可（kě）能。1898年，物（wù）理学家特（tè）斯拉向人们（men）展示了通过无线电遥控一条模型船的航（háng）行，从而首次实现了遥控技术的应用。当飞机被人们发明出来并（bìng）在第一次世界大战中得（dé）到应用后，发（fā）明家们开始尝试将遥控技术与飞机结（jié）合，制成（chéng）一种（zhǒng）无须飞行员亲自驾驶的飞机。

早在1909年，美国（guó）工程（chéng）师就（jiù）发明（míng）了一种名（míng）叫“陀螺仪”的（de）装置，可（kě）以（yǐ）测定（dìng）飞机的飞行方向及机身正以什么样的姿势在空中飞行。这种（zhǒng）装置是（shì）现代飞（fēi）机自动控制（zhì）和惯性导航系统的核（hé）心组成部分。这种装置出现后，美国海军对此很（hěn）感兴趣，希望以此为基础研究（jiū）一种不需要飞行员驾驶的飞行器。当时，美国海军（jun1）将其称之为“飞（fēi）行（háng）鱼雷”。为（wéi）了提高（gāo）飞行鱼雷的导（dǎo）航精度，美国西部电器公司还为它开发了专用的无线（xiàn）电导航系统。飞行鱼雷是无人机（jī）最（zuì）早的（de）雏形之一，而惯性导航与无（wú）线电（diàn）控制技（jì）术，至今仍然是（shì）遥控无人机的（de）核（hé）心（xīn）技术。

1917年，英国皇家飞行队的罗上尉制造了（le）一架遥控飞机。这是一架木制结（jié）构的飞机，通过安装在卡车上的（de）弹射装置起飞（fēi）。罗（luó）上尉本希望可以通过遥控（kòng）的（de）方式，让飞机平稳飞行一段时间，但在实际的飞行表演中，飞（fēi）机刚刚起飞（fēi）就失控了，仅仅飞行了一小段距离便坠落（luò）到了地上。虽然试验遭遇失败，但由于飞机在飞行过程中的（de）确响应了罗上尉通过无线电发出的控制（zhì）信（xìn）号，因此这次试飞仍然被视为是无人机（jī）技术的（de）发端。

2.战场上初露锋（fēng）芒

飞（fēi）行员（yuán）在进入战场作战前，需要像（xiàng）使用枪支的（de）射（shè）手射击靶子一样，在训练中实（shí）际攻击天空中（zhōng）的靶机，来提升自己的作战技能。地（dì）面（miàn）的（de）高炮防（fáng）空部队也需要用靶机进行（háng）训练。在两次世界大战期（qī）间，美国、英国和德（dé）国都开始了将无（wú）人机（jī）作（zuò）为靶机的尝试。美（měi）国军方还发现，无人机有可能方便快捷地在战（zhàn）场上传递信息，代（dài）替当（dāng）时（shí）还广泛使用（yòng）的传令兵，并在之前飞行鱼雷（léi）的基（jī）础上研发了（le）“信使”无人机。

1941年，美国（guó）海军萌生（shēng）了使用（yòng）无人机攻击敌人（rén）空中和（hé）地上目标的（de）想（xiǎng）法，研（yán）发了TDN-1和TDR-1型无人（rén）攻（gōng）击（jī）机。1944年9月至10月（yuè）间，这两种无（wú）人机在太平洋（yáng）战争中小试牛刀，攻击（jī）了日军的堡垒和火炮阵地等目标，取得了（le）一定战果。

二战结（jié）束后（hòu），无人机开（kāi）始投（tóu）入战（zhàn）场侦察（chá）工作。世（shì）界上第一（yī）种实用型的无人（rén）侦察机是无线电控制（zhì）的美国AN/USD-1战场无人监视机。这（zhè）种飞机装备有（yǒu）一台可以（yǐ）在白（bái）天工作的光学照相（xiàng）机和一台在夜间（jiān）工作的红（hóng）外（wài）照相（xiàng）机，通过火箭（jiàn）助推（tuī）器起飞，完成任（rèn）务后释放降落伞降落。但它拍来（lái）的照片（piàn）还（hái）需要复杂耗（hào）时的处理和分析工（gōng）作。

在冷战和（hé）越南战争期（qī）间，美军发现无人机除了照相（xiàng）外，还可以执（zhí）行另一种形式的搜索（suǒ）任务。无（wú）人机飞临敌（dí）人（rén）控（kòng）制的（de）空域（yù）后，可以诱骗敌人的防空雷达开（kāi）机，获得防空（kōng）雷达的信号特征（zhēng）。敌人的高（gāo）炮（pào）、防空导弹、战斗机在（zài）拦（lán）截无人机的过程中，也会将（jiāng）自（zì）身的部署情况暴露。一旦无人（rén）机被击落，因为（wéi）没有飞行员驾（jià）驶，不会引起（qǐ）一系列的（de）后续（xù）问题。在无人机第一次大规模实战应（yīng）用的越（yuè）南战争期间，美军在战场（chǎng）上大量（liàng）使用“火蜂”型无人侦察机执行这（zhè）方面的工作。在此期间，还催生出了直升机（jī）在半空回（huí）收无人（rén）机的技术（shù）。

3.新科（kē）技助力指令（lìng）控制（zhì）

进（jìn）入上（shàng）世纪80年（nián）代（dài）后，电（diàn）子工（gōng）业和航（háng）空工业的发展为无人（rén）机发展带（dài）来了新的契（qì）机。此时，军（jun1）用无人机的飞行控制技术（shù）出现了两大分支，自（zì）动飞行控制系统和指令（lìng）控制系统。

自（zì）动飞行控制系统需要在（zài）无（wú）人机起飞前将本次（cì）飞行（háng）的路径、高（gāo）度和侦察（chá）目标等信息设定好，无人机依靠（kào）这些（xiē）信息（xī）自己完成飞行（háng）任务。这种模式虽然看起（qǐ）来（lái）比较（jiào）简单，但一旦目（mù）标位置出现了（le）变化，提前设（shè）定的飞行（háng）路线就得不到需要（yào）的信息（xī）了。而指（zhǐ）令控制模式，将（jiāng）飞行员的位置由飞机上（shàng）搬到（dào）了地面站的控（kòng）制室中。得（dé）益于视频图像（xiàng）技术的发展，无人机可以通过无线电信号（hào）实时将侦察图像信息（xī）传回控（kòng）制（zhì）室，而控（kòng）制员可（kě）以根据画面实时（shí）操控无人机飞行，根据瞬息万（wàn）变的战场形势（shì）控制无人机飞行。上世纪80年（nián）代以后，指（zhǐ）令控制技术逐渐成为军用无人机飞行（háng）控制系（xì）统的主（zhǔ）流。

此外，卫（wèi）星（xīng）通信技术和GPS导航技术也给指令控制技术的应用带来（lái）了帮助。在应用卫星（xīng）通信前（qián），无人机（jī）的飞行距离（lí）受到控制信号（hào）传输和（hé）山川（chuān）阻（zǔ）挡等因素的限（xiàn）制。应用卫（wèi）星通信技术后，地面控制站可以将控制信号上传至太空中的（de）通信卫星，由卫星（xīng）中（zhōng）继（jì）放大后发（fā）送到无人机（jī）接收天线上，从（cóng）而（ér）突（tū）破了地面障碍（ài）物和地平线的限制。GPS导航技术，可以让控制人员（yuán）更准（zhǔn）确地获取（qǔ）无人机的（de）位置（zhì），同时，在控制（zhì）信号因（yīn）为干扰中断时（shí），无人机（jī）可以使用GPS导航自主返航（háng）回收。

4.现代战争（zhēng）中代替（tì）侦察兵

在上（shàng）世纪90年代初的海湾战（zhàn）争和21世纪初的伊（yī）拉（lā）克（kè）战争中，无（wú）人机得（dé）到全（quán）方位的应用。两种美军现役的“明星无人机”——“捕食者”和“全球鹰”也（yě）在（zài）此期间开始应（yīng）用。

“捕食者”无（wú）人机源（yuán）自于（yú）之（zhī）前研发的“蚊”-750II型远程无人机，正（zhèng）式型号为RQ-1，该机是一种长航时（shí）无人机，采用（yòng）涡轮增压（yā）的螺（luó）旋（xuán）桨（jiǎng）发动机（jī）作为动力（lì）。最（zuì）大续航时间60小时，可在目标（biāo）上（shàng）空（kōng）飞行24小时。侦察型（xíng）的“捕食（shí）者（zhě）”配有光电/红（hóng）外（wài）侦察设备，在（zài）白天和夜间均能执行侦（zhēn）察任务。在（zài）“捕食者（zhě）”上，还装备（bèi）有（yǒu）一种被称作“合成孔（kǒng）径雷达”的（de）新装备。这种装（zhuāng）备可以通过发射无线电信号（hào）并（bìng）接收（shōu）大地或目标反（fǎn）射信号的方式，绘制（zhì）出目标的高（gāo）分辨率图像。即便（biàn）在有云层或雾气遮挡的情（qíng）况下，这种雷（léi）达依旧（jiù）可以返回与相机照片类（lèi）似的（de）图像。从（cóng）2000年起，美军开始对“捕（bǔ）食者”进行（háng）改进（jìn），使它具备了（le）使（shǐ）用武器对（duì）敌人进（jìn）行攻击的能力。通过在无（wú）人机头部安装用于（yú）指引导弹打击目（mù）标的激（jī）光指示器，“捕食者”可以发射用（yòng）来打击坦克（kè）、装甲车等目（mù）标（biāo）的“地狱火（huǒ）”导弹。2006年，攻击型“捕食（shí）者”的升级（jí）版（bǎn）MQ-9“死神”无人攻击机问世（shì），这（zhè）种无人机体积更大、性能更强，还能发射（shè）激光制导炸弹（dàn）等武器。

“全球鹰”是一（yī）种无人侦察机。和“捕食者”一（yī）样，“全（quán）球鹰”也具备使用合成孔径雷达（dá）等多个（gè）频（pín）段的侦察设备获取战场信息的能力，可以执行对陆地目标和海（hǎi）上目标的（de）侦察任务。由于使用了喷气式发动机作为动力，“全球（qiú）鹰”有着（zhe）比“捕（bǔ）食者”更高的飞行速度。美军本来也打算将“全球鹰”无人侦察（chá）机改装成攻（gōng）击型无（wú）人机，但由于（yú）“全（quán）球鹰”的飞行（háng）高（gāo）度较高，用来执行对地（dì）攻击任务并不（bú）十分合适，因此放弃了这一（yī）想法。

除了“全球鹰”和“捕（bǔ）食者”这类大型无人机外，美军还研发了小型化（huà）的无人机，如RQ-11“大乌鸦（yā）”和“龙眼”无人机。由于（yú）这（zhè）些无人机（jī）体积轻（qīng）巧、便于携带，基层部队可以在日常（cháng）巡逻中将无人机随身携带，一旦（dàn）遇到战斗情况（kuàng），可以就（jiù）地将无人机放飞，提供侦察（chá）支援（yuán），灵活性大大（dà）提（tí）高（gāo），特（tè）别（bié）适合反恐作战。

5.民用（yòng）无人机迅猛发展

虽然无人（rén）机技术的发展（zhǎn）源于军（jun1）事需求（qiú），但目前大（dà）家最熟（shú）悉（xī）的无（wú）人机，还是（shì）那种有着多个旋翼，可以灵活地在（zài）空中运动或悬（xuán）停，进行（háng）航拍（pāi）活动的多旋翼无（wú）人机。这种无人机是自21世纪（jì）以来（lái）迅猛发展的民用无人机的典型代表。

在多旋翼无人（rén）机中（zhōng），四旋翼无人机是最常见的（de）一种无人机类（lèi）型。它和（hé）直升飞机一样，是通过与机身平行的螺旋桨桨叶产生的升力（lì）垂直起飞，既无（wú）需机翼，又不用设置跑道来起（qǐ）飞降落，因而体积小巧、使用方便。而和直升机这样的单旋翼飞行器相比，多旋翼飞行器的螺旋（xuán）桨无需设置复杂（zá）的机械传动装置，也不需要尾（wěi）桨来抵消主螺旋（xuán）桨（jiǎng）带（dài）来的旋（xuán）转，因（yīn）此多（duō）旋翼无人机不（bú）但具备理想的可（kě）靠性，还可以将制（zhì）造成本控制得比较低，能够（gòu）以一般消费（fèi）者（zhě）能（néng）承受的价格（gé）销售（shòu）。更（gèng）重要的是，在内部控制程序的配合下，多（duō）旋翼无人（rén）机的（de）操控相当简单，非专（zhuān）业飞行人员短时（shí）间内就（jiù）能掌握基（jī）本的操作方（fāng）法，像玩电子（zǐ）游戏一样操控无人（rén）机（jī）的飞行，为无人机的普（pǔ）及扫除了障碍。

多旋（xuán）翼民用无人机能够迅速（sù）兴起的另外一个关键设备，是（shì）以GoPro为代表的运（yùn）动相机（jī）。运动相机可以获得比一般相机（jī）更加宽（kuān）广的视野，拍摄（shè）高清（qīng）晰度的照片或视频，体（tǐ）积重量还十（shí）分（fèn）小（xiǎo）巧，特（tè）别适（shì）合安装在（zài）无人机上，获得从天空或高处（chù）向下的视（shì）角。无人机操（cāo）控手们不但可以在（zài）飞行过（guò）程中（zhōng）实时享受（shòu）无人机（jī）带来的视觉体验，拍（pāi）摄的高（gāo）清照（zhào）片、视频等还（hái）可（kě）以（yǐ）进（jìn）行丰富的后（hòu）期处理，得到更（gèng）炫酷（kù）的视觉效果。在无（wú）人机出现之前，进行航拍需（xū）要租用有飞行员（yuán）驾驶的飞（fēi）机，不（bú）但过程相当（dāng）繁杂（zá），飞机租用价格也绝非（fēi）一（yī）般人可以承担。而在无人（rén）机出现之（zhī）后，个（gè）人就可以进行日常的（de）业余航拍（pāi）活动。在（zài）运动会等（děng）大型活动现场，无人（rén）机也已（yǐ）经成了必备的拍摄工（gōng）具。

进入21世（shì）纪后，由（yóu）于基础技术的发展，民（mín）用无人机的各个（gè）组成（chéng）部分性能越来越强、重量越来越轻，成（chéng）本（běn）也越（yuè）来越低，给（gěi）无（wú）人（rén）机的普及创造了条件。目前，无人机搭载的（de）高（gāo）性能（néng）FPGA芯片（piàn），可以（yǐ）实现双CPU的功（gōng）能，处理（lǐ）各（gè）种传感器（qì）传（chuán）来（lái）的无人机状态信息，控（kòng）制无人机的高效飞行（háng）。Wifi技术的（de）发展让手机上（shàng）网更方便，也给民用无人（rén）机的信号传输提供了（le）一种简单（dān）有效的（de）实现方式，可以在一定距离（lí）内（nèi）传（chuán）输控制和影像（xiàng）信号。在续航方面，由于锂电池技术的发展（zhǎn），用一块重量不大的电（diàn）池就可以让无人机在天空（kōng）中飞行（háng）一段时间。

除了四旋翼无人机外（wài），固定翼无人（rén）机也在民（mín）用领域（yù）得到了广泛的应用。与四旋翼无（wú）人机或（huò）多旋翼无人机相比，固定翼无人机的续航时间更长，飞行（háng）高度更高、活动（dòng）范围（wéi）更大，采用更加可（kě）靠的控（kòng）制系统和信号传输系统（tǒng），因此比四旋翼无人机更适合专业生（shēng）产领域（yù）的应（yīng）用。

6.无人机越来越“万能”

除了娱乐航拍的功能（néng）外，民用无人机还有（yǒu）多种多样（yàng）的本领。大城市道（dào）路大多拥（yōng）堵严重，在（zài）发（fā）生交（jiāo）通事故时，无人机可（kě）快速低空飞（fēi）抵事故（gù）现场，第一时（shí）间进行执法拍摄取证（zhèng）。它传（chuán）回（huí）的（de）图像还能让（ràng）交（jiāo）通部门更好地疏导（dǎo）拥堵（dǔ）的交通，从而更快到达现（xiàn）场进行事故（gù）救援工作。

遇到犯（fàn）罪分子（zǐ）驾车逃窜时，无人机可以在空中（zhōng）跟踪罪（zuì）犯的踪迹，引导（dǎo）警察实施（shī）抓捕。

在高层（céng）建（jiàn）筑（zhù）发生火灾时（shí），消防（fáng）员可以（yǐ）释放无人机（jī）航拍（pāi），快速获（huò）取（qǔ）火灾蔓延情况和被困人员位置，准确部（bù）署（shǔ）灭火力（lì）量。

当洪水发（fā）生（shēng）时（shí），无人机可携带救生绳或救生圈（quān），并将其投送到（dào）需（xū）要（yào）者身边（biān）。

对位于偏（piān）远地区的输电（diàn）线（xiàn）路（lù）和石油管（guǎn）道（dào），可以让无人机进行线路巡检的（de）工作。无人（rén）机（jī）出动一次就可以巡（xún）检几十甚至上百公里的线路，减轻了工人的工作（zuò）负担。

未来，在网（wǎng）购之后，人（rén）们（men）还可（kě）能收（shōu）到无人（rén）机送来的快递包裹（guǒ）。快递企业（yè）计划用四旋翼或八旋翼无人机（jī），在10公里的范围内（nèi）派送重量不超过10公（gōng）斤的包裹（guǒ）。无人机不会（huì）取代快递小哥们的工作，而是会专注于紧（jǐn）急快件和偏远地（dì）区快件的派送，提高配送效率，减少（shǎo）人力、运力（lì）成（chéng）本（běn）。目（mù）前，国外的亚马逊、DHL和国（guó）内的顺丰、京（jīng）东等快递物流企业（yè），都在开展无人机（jī）配送快递（dì）的尝试。德国（guó）DHL公司已（yǐ）经（jīng）开始使（shǐ）用无（wú）人机，为居住在偏（piān）远海岛上（shàng）的人们送去（qù）药品等必需物资。亚马逊（xùn）推（tuī）出的PrimeAir服务，可以将包（bāo）裹在30分钟内送交（jiāo）客户。美（měi）国（guó）邮政还（hái）研制出了一种电动邮（yóu）政汽车和（hé）无人机（jī）结合的派（pài）送模（mó）式，由司机驾驶电动邮车到达（dá）社区，再由无（wú）人机从邮（yóu）车上自动取（qǔ）走（zǒu）包裹、送交住户（hù）。2017年，中科院工热所还成功研制了世界上（shàng）第一种（zhǒng）大型货运无人机。这种无人机可（kě）以（yǐ）在（zài）极短的（de）跑道上起飞降落（luò），一次（cì）可以（yǐ）运输重达1.5吨的货物，特别适合将一批快递包裹集中运到偏远的（de）乡镇和村庄，使那里的人（rén）们也能享受网购带来（lái）的（de）便利（lì）。2018年（nián），中国邮政在（zài）浙江安（ān）吉山（shān）村地（dì）区开通了第一条无人机（jī）配送航线，试点偏远地区配送服务。

炫彩世界（jiè）

无人机集群不仅是“表演”

这（zhè）些年（nián），我（wǒ）们经常能（néng）够看到（dào）无（wú）人机编队（duì）表（biǎo）演的（de）新闻报道。成百（bǎi）上千架无（wú）人机（jī），在夜色中（zhōng）通过自身携带的彩（cǎi）色灯光设备，组（zǔ）成各种各样的美丽图案（àn），甚至还（hái）能随（suí）着音乐节奏的变化翩翩起舞。这种奇观的出（chū）现，得益于无人机集群技（jì）术的发展（zhǎn）。

实际（jì）上，早在（zài）这种表演为人所知之前，无（wú）人机集群技术在军事领域就（jiù）已经得到了发展与应用。2000年，美（měi）国（guó）国防部的高级计划局就启动了有关研究项目，通过借鉴蚂蚁的群体（tǐ）组（zǔ）织方法（fǎ），研究多架无人机（jī）在空中（zhōng）协（xié）同发现目标的技术（shù）。经过近二十年的发展，无人机集（jí）群技术已经日（rì）臻成熟。在（zài）执行（háng）任务的过程中，集群中的无人机要组织好自己的队（duì）形（xíng），在（zài）完成（chéng）任（rèn）务的同时避免发生（shēng）碰撞。同时，无人机之间还（hái）要（yào）分享所处位（wèi）置态势的感知，一架无人机所观察到的情况可以被所（suǒ）有无人机掌握。这样，大量无人（rén）机可（kě）以在单一操作员的指挥下，完成一架无人机所不可能（néng）完成的各种任务。

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