无（wú）人机（jī）已经走过（guò）了（le）一个世（shì）纪的发展历程，民用无人机迅猛（měng）发展

在最近一段时（shí）间的新（xīn）冠肺炎疫情（qíng）防控工作（zuò）中，无人（rén）机发（fā）挥了许多作用，受到人们（men）的广泛关注。

无人机是无（wú）人驾驶（shǐ）飞机的简称(英语简称UAV)，个头可大可小。从最（zuì）初的雏形诞生至今，无人（rén）机（jī）已经走过了（le）一个（gè）世纪的发（fā）展历程（chéng），但无人机真正走进我们的（de）生活，在娱乐（lè）、环（huán）保、交通等领域大展身手，不过是（shì）最近十年（nián）的事。

1.百年前先驱探索

19世纪，无（wú）线（xiàn）电的发现（xiàn）和运（yùn）用给人们远距离控制机器的运（yùn）行创造了（le）可（kě）能。1898年（nián），物理学家特斯拉向人们展示了通过无线（xiàn）电遥控一条模型（xíng）船的航行，从而（ér）首次实现（xiàn）了遥控（kòng）技术的应用。当飞（fēi）机被人（rén）们发（fā）明出来（lái）并在第一（yī）次世界大战中得（dé）到应用后，发明家们开始尝试（shì）将遥控技术与飞机结合，制（zhì）成一种无（wú）须飞行员亲自驾驶的飞机。

早（zǎo）在1909年，美国工程师就发明了一种名叫“陀（tuó）螺仪”的装置，可以测（cè）定飞机的飞行方向及（jí）机身正以什么样的姿势在空中飞行。这种装置是现代飞机自动控制和惯（guàn）性导航系统的核心组成部分。这种装置出现（xiàn）后，美国海军（jun1）对此很感兴趣（qù），希望以（yǐ）此为基础研究一种不（bú）需要飞行员驾驶的（de）飞行器。当时，美（měi）国海军将其（qí）称之为“飞行（háng）鱼雷”。为了提高（gāo）飞行鱼雷的（de）导航（háng）精度，美国西部（bù）电器公司还为它开发了专用的（de）无线电导（dǎo）航系统。飞行（háng）鱼雷是无人机最（zuì）早的雏形（xíng）之一（yī），而惯性导航与无线电控（kòng）制技（jì）术，至今仍然是遥（yáo）控（kòng）无人机（jī）的核心技术。

1917年，英国（guó）皇家飞行队的（de）罗上尉制造（zào）了一架遥控飞机。这是一架（jià）木制（zhì）结（jié）构的飞机（jī），通过（guò）安装在卡车（chē）上的弹（dàn）射装置起飞（fēi）。罗上尉本希望可以（yǐ）通过遥控（kòng）的方（fāng）式，让飞机平稳（wěn）飞行一段时间，但在（zài）实际的飞行（háng）表演中，飞机刚刚起飞就失控了，仅仅飞行（háng）了一小段距离便坠（zhuì）落到（dào）了地（dì）上。虽然试验遭遇失败，但由于飞机在飞行过（guò）程中的（de）确响应了罗上尉（wèi）通过（guò）无（wú）线电发出的控（kòng）制信号，因（yīn）此这次试飞仍然（rán）被视为是无（wú）人机技术的发端。

2.战场上初露锋芒

飞行员在（zài）进入（rù）战场作战前，需要像使用枪支的射手射击靶子（zǐ）一样，在训练中实际攻击（jī）天（tiān）空（kōng）中的（de）靶（bǎ）机（jī），来（lái）提（tí）升自己的作战技能。地面的高炮（pào）防空部队也需要用靶机进行（háng）训练。在两次（cì）世界大战期间，美（měi）国、英国和德国都开始了（le）将无人机作为靶机的尝试。美国军方（fāng）还发现，无（wú）人机有可能方便快捷地在战场（chǎng）上传递信息，代替（tì）当时还（hái）广泛使用的传令兵（bīng），并在之前飞行鱼（yú）雷（léi）的基础上（shàng）研（yán）发了“信使”无人机。

1941年（nián），美国海（hǎi）军萌生（shēng）了（le）使用无（wú）人机攻击敌人空（kōng）中（zhōng）和地上目标的想法，研发了（le）TDN-1和TDR-1型（xíng）无（wú）人攻（gōng）击机。1944年9月至10月间，这两种无人（rén）机在太平洋战争中（zhōng）小试牛（niú）刀，攻击了日军（jun1）的堡（bǎo）垒和火（huǒ）炮阵地等（děng）目（mù）标（biāo），取得了一（yī）定战果。

二（èr）战结束后（hòu），无人机开始投入（rù）战场侦察（chá）工作。世界上第一种实（shí）用型的无（wú）人侦察（chá）机是无线电控（kòng）制（zhì）的美国AN/USD-1战场无人监视机。这种飞机（jī）装备有一台（tái）可以在白天工作的（de）光学照相机和一台在夜间工作的红（hóng）外（wài）照相机（jī），通过火（huǒ）箭助（zhù）推器（qì）起飞（fēi），完成（chéng）任务后释（shì）放降落伞降落（luò）。但它拍来（lái）的照片（piàn）还需要复杂（zá）耗时的处理和分析工作。

在冷战和越南战争（zhēng）期间，美军（jun1）发现无人机除了照相外，还可以执行另一种形式（shì）的搜索任务（wù）。无（wú）人机飞（fēi）临敌人控制的（de）空域后，可以诱骗敌人的（de）防（fáng）空（kōng）雷达开（kāi）机，获（huò）得防空雷达的信号特征。敌人的高炮、防空导弹、战斗机在拦截（jié）无人机的过程中，也（yě）会将自身的部（bù）署情况（kuàng）暴露。一旦无人机被（bèi）击落，因为没有飞（fēi）行员驾驶，不会（huì）引起一（yī）系列（liè）的后续问题。在无人（rén）机第一次大规（guī）模实战应用的越南（nán）战（zhàn）争期（qī）间，美军在战场上大量使用“火蜂（fēng）”型无人（rén）侦察机执行这方面的（de）工作。在此期间，还催生出了直升机在半（bàn）空回收无人机的技（jì）术（shù）。

3.新科技（jì）助力（lì）指令（lìng）控制

进入上世纪80年（nián）代后，电子工业和航（háng）空工业的发展为无（wú）人（rén）机发展带来了新的契机。此时，军用无人机的飞行（háng）控制技术出现了两大分支（zhī），自动飞（fēi）行控制系统和指令控（kòng）制（zhì）系统。

自动飞行控（kòng）制系统（tǒng）需要在无人机起飞前（qián）将本次飞行（háng）的路径、高度和侦察目标等信息设（shè）定好，无人机（jī）依靠这些信息自己完成飞行任务。这种模式虽然看起来比较简单，但一旦目标（biāo）位置出现了变（biàn）化，提前设定的飞行（háng）路线就（jiù）得不到需要（yào）的信息（xī）了。而指（zhǐ）令控制模（mó）式（shì），将飞行员（yuán）的位置由飞（fēi）机上搬到了（le）地面（miàn）站的（de）控（kòng）制（zhì）室中。得益于（yú）视频图像技术的发（fā）展，无人机可（kě）以通过无线电信号实时将侦（zhēn）察图（tú）像信息传回控制室，而控（kòng）制员可以根据画（huà）面（miàn）实时操控（kòng）无人机飞行，根据瞬息万变的战场形势控制无人机飞（fēi）行。上世纪80年代以后，指令控制（zhì）技术逐渐成为军用无人机飞行控（kòng）制系（xì）统（tǒng）的主流。

此（cǐ）外，卫（wèi）星通信（xìn）技术（shù）和GPS导航技术也给指令控制（zhì）技术（shù）的应用带来（lái）了帮助（zhù）。在应（yīng）用卫星（xīng）通（tōng）信前（qián），无人机（jī）的飞行距离受到控制信号传输和（hé）山川阻（zǔ）挡等因素（sù）的限制。应用卫星（xīng）通信技术后，地（dì）面控制站可以将（jiāng）控制（zhì）信号上传至（zhì）太空中的通（tōng）信卫星，由卫星中继放大后发送到无（wú）人机接收天线上（shàng），从而突破（pò）了地面障碍物和地平线的限（xiàn）制。GPS导航技（jì）术，可（kě）以（yǐ）让控制人员（yuán）更（gèng）准确（què）地获取无人机的位置，同时，在控（kòng）制信号因为干扰中断时，无（wú）人机可以使用GPS导航（háng）自主返航回收。

4.现代战争中代替侦察兵

在上世纪90年代初的海湾战争和21世纪初的伊拉克战（zhàn）争中，无人机得到全方位的应用。两（liǎng）种美军现役的“明星无（wú）人机”——“捕食者”和“全球鹰”也在此期间开始应用（yòng）。

“捕食者”无人机源自于之前研发的（de）“蚊”-750II型（xíng）远程无（wú）人（rén）机，正式型号为RQ-1，该机是一种长航时无人（rén）机，采用（yòng）涡轮增压的螺旋桨发动机作为（wéi）动力。最大续航（háng）时间60小时，可在目标上空（kōng）飞行24小时。侦察型的“捕食（shí）者”配（pèi）有光电/红外侦察设备，在白（bái）天和（hé）夜间均（jun1）能执行侦察任务。在“捕（bǔ）食者”上（shàng），还（hái）装备（bèi）有一种被（bèi）称作“合成孔径雷达”的新装备。这（zhè）种装备（bèi）可以通过发射无（wú）线电信号并接收大地或目标反射信（xìn）号的方式，绘制出目标的高分辨率图像。即（jí）便在有云层（céng）或（huò）雾气遮挡的（de）情况下，这种雷（léi）达（dá）依旧可以返回与相机照（zhào）片类似的图（tú）像。从2000年（nián）起，美（měi）军开始对“捕食者”进行（háng）改进，使它具备（bèi）了使（shǐ）用（yòng）武器对敌人进（jìn）行攻（gōng）击（jī）的能力。通过在无（wú）人机头部安装用于指引导弹打击（jī）目标（biāo）的激光指示器，“捕食者”可以发射用来打击（jī）坦克、装甲车（chē）等目标的（de）“地狱火（huǒ）”导（dǎo）弹。2006年，攻击型“捕（bǔ）食者（zhě）”的升级版MQ-9“死神”无（wú）人攻（gōng）击机问世，这种无人机（jī）体积更大、性能更强，还能发射激光制导炸弹等武器。

“全球鹰”是（shì）一（yī）种无人侦察机（jī）。和“捕（bǔ）食者”一样，“全球（qiú）鹰”也具（jù）备使用合（hé）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力，可以执行对（duì）陆地目（mù）标和海上目标（biāo）的侦察任务。由于使用了喷气式发动机作（zuò）为动力，“全球鹰”有着比“捕（bǔ）食者”更（gèng）高的飞（fēi）行速度。美军本来也打算（suàn）将“全球鹰（yīng）”无人侦察机改装（zhuāng）成攻击型无人（rén）机（jī），但由于“全球鹰（yīng）”的飞行高度较（jiào）高，用来执（zhí）行对（duì）地（dì）攻击任务并不十分合（hé）适（shì），因此放弃了这一（yī）想法。

除了“全球鹰（yīng）”和（hé）“捕食者”这类大型无人机外，美军还研发了（le）小型（xíng）化的无（wú）人机，如（rú）RQ-11“大乌鸦”和“龙眼”无人机。由（yóu）于这些无人机体积轻巧、便（biàn）于携带，基层部队可以在日常巡逻中将无人机随（suí）身携带，一旦遇到战斗情况，可（kě）以就地将无人机放飞（fēi），提（tí）供侦（zhēn）察支援，灵活性大（dà）大提高（gāo），特别（bié）适合反恐作战。

5.民用无人机迅猛发展

虽然（rán）无人机技术的发展（zhǎn）源（yuán）于军事需求，但（dàn）目前大家最熟悉的无人机，还是那种有着多个旋翼，可以（yǐ）灵活地在空中运动或（huò）悬（xuán）停，进（jìn）行（háng）航拍（pāi）活动的多旋翼无人机。这种（zhǒng）无人机是自21世（shì）纪以（yǐ）来迅猛发展（zhǎn）的民用无人机的典型代表。

在多旋翼（yì）无（wú）人机中，四（sì）旋翼无人（rén）机是最常见的一种无人机（jī）类（lèi）型。它和直升飞（fēi）机一样，是通过与（yǔ）机身平行的螺（luó）旋桨桨叶产生的升力垂直（zhí）起（qǐ）飞，既无需（xū）机翼，又不用设（shè）置跑道来起飞（fēi）降落，因（yīn）而体积（jī）小（xiǎo）巧、使用方便。而和直升机这样的单旋翼飞行器相比，多旋（xuán）翼飞（fēi）行器（qì）的螺旋桨无需设置复杂的机械传动装置（zhì），也不需（xū）要（yào）尾桨（jiǎng）来抵（dǐ）消主螺旋桨带（dài）来的旋转，因此（cǐ）多旋翼无人机不但具备理想的可靠性，还可以将制造（zào）成本控制（zhì）得比较低，能够（gòu）以（yǐ）一般消（xiāo）费者能承受的（de）价格销售。更重要的（de）是，在内部控制程（chéng）序的（de）配合下，多旋翼无人机的操控相当简单，非专业飞行人员短（duǎn）时间内就能掌握基本的操作方法（fǎ），像玩（wán）电子游戏一样（yàng）操（cāo）控无人机的（de）飞行，为无人机的普及扫除了障碍（ài）。

多旋翼民用无人机能够迅速兴起的另外一个关键设备，是以（yǐ）GoPro为代表的运（yùn）动相机。运动相（xiàng）机可以获得比一（yī）般（bān）相机更加宽广的视野，拍摄高清晰度的照片或视频，体积（jī）重量（liàng）还十分小（xiǎo）巧，特别适合安装在无（wú）人（rén）机上（shàng），获得从（cóng）天空或高处向下的视角（jiǎo）。无人（rén）机（jī）操控手们不但可以（yǐ）在飞行过程中实时享受（shòu）无人（rén）机带（dài）来的视觉体（tǐ）验，拍摄的高（gāo）清（qīng）照片、视频（pín）等还（hái）可（kě）以（yǐ）进行丰富的后期处理，得到（dào）更（gèng）炫酷的视觉效果。在无人机（jī）出现之（zhī）前，进行航拍需要租用有飞行（háng）员（yuán）驾驶（shǐ）的飞机，不但过程相当繁杂，飞机租用价格也绝非一般人可以承担。而在无人（rén）机出（chū）现（xiàn）之后，个人就可以进行日常的（de）业余航拍活动。在运动会等大型活动现（xiàn）场，无人机也已经成了必备的（de）拍摄工（gōng）具。

进入21世纪后，由于基础技术（shù）的发展，民用无人机（jī）的各个组成（chéng）部分性能越来（lái）越强、重量越来（lái）越（yuè）轻，成本（běn）也越来越低，给无人机的普及（jí）创造了条件。目前，无人机搭载的（de）高（gāo）性能FPGA芯片，可以实现双CPU的（de）功（gōng）能，处理各（gè）种（zhǒng）传感器传来（lái）的无人机状态（tài）信息，控制无人机的高效飞（fēi）行。Wifi技（jì）术的（de）发展让手机上网更方便，也（yě）给民（mín）用无人机的（de）信号传输提供（gòng）了一种简单有效的（de）实现方式，可以在一定距离内传输控制和（hé）影（yǐng）像（xiàng）信号。在续航方面（miàn），由（yóu）于锂（lǐ）电池技术的发展，用一块（kuài）重量不大的（de）电池（chí）就可（kě）以让无人机在（zài）天空中飞（fēi）行一段（duàn）时间（jiān）。

除了四旋（xuán）翼无人机外，固（gù）定翼无人机也在民用领域（yù）得到了广泛的（de）应用。与四旋翼无人机或（huò）多（duō）旋（xuán）翼（yì）无人机相比，固定翼无人机的续航时（shí）间（jiān）更长，飞行高度更高、活动范（fàn）围更大，采用更（gèng）加可靠的控制系统和信号传（chuán）输系统，因此比（bǐ）四旋翼无人机更适合（hé）专业生产领域的应（yīng）用。

6.无（wú）人机越来越“万能”

除了（le）娱乐航拍的（de）功（gōng）能外，民用无人机（jī）还有多（duō）种多样的本领。大城市道路大多拥堵严重，在发生交通事故（gù）时，无人机可（kě）快速低空飞抵事故（gù）现场，第（dì）一时间进行执（zhí）法拍摄取证（zhèng）。它传回的图像还能（néng）让（ràng）交通部门更好地疏导（dǎo）拥堵的交通，从（cóng）而更快到达（dá）现场进行事故救援工作（zuò）。

遇（yù）到（dào）犯罪分子驾（jià）车逃窜时，无人（rén）机可（kě）以（yǐ）在空中跟踪罪（zuì）犯的踪迹，引导警察实（shí）施（shī）抓捕。

在高层建筑发生火灾时，消防员可（kě）以释放无（wú）人机航拍（pāi），快速获取火灾（zāi）蔓延情况和被困人员位置，准确部署（shǔ）灭火力量。

当（dāng）洪水发生时，无人机可携带救生绳（shéng）或救生圈，并将其投送到（dào）需要者身边。

对位于偏远地区的输（shū）电线路和石油管道，可以（yǐ）让无人机进行线路巡检的工作（zuò）。无人机（jī）出动一次就（jiù）可以（yǐ）巡检几十甚至上百公里（lǐ）的线路，减轻了工人的工作负担（dān）。

未来，在网购之后，人（rén）们还可能收到（dào）无人机送来的（de）快递包裹（guǒ）。快（kuài）递企业计（jì）划用四旋翼或（huò）八旋翼无人机，在10公里的（de）范（fàn）围（wéi）内派送重量不超过10公斤的包裹。无人机（jī）不会取代快递小哥们的工作（zuò），而是会专注于紧急快件和偏远地区（qū）快件的派（pài）送，提高配（pèi）送（sòng）效率（lǜ），减少（shǎo）人力、运力成本。目前，国外的亚马逊、DHL和国内的顺丰、京（jīng）东（dōng）等快递（dì）物流企业，都在开展无人机配送快递的（de）尝试（shì）。德国（guó）DHL公司已经开（kāi）始使用（yòng）无人机（jī），为居住在偏远海岛上的人们送去药品等必需物资（zī）。亚马逊（xùn）推出的PrimeAir服务，可以将包裹在30分钟内送交（jiāo）客户。美（měi）国邮政还研制（zhì）出了（le）一种电动邮政汽车和无人机（jī）结合的派送（sòng）模式，由司机驾驶电动邮（yóu）车到达社区，再由无人机（jī）从邮车上自（zì）动取走包裹、送交住户。2017年，中科（kē）院（yuàn）工（gōng）热所还成功研制了世界上（shàng）第一种大型（xíng）货（huò）运无人机（jī）。这种无人机可以在极短的跑道上（shàng）起飞（fēi）降落，一次（cì）可（kě）以运输重达1.5吨（dūn）的货物，特别适（shì）合将（jiāng）一批（pī）快递包（bāo）裹集（jí）中运到偏远的乡镇和村庄，使那里（lǐ）的人们也能享受网购带来的便利。2018年，中国邮政在浙（zhè）江安吉山村地区（qū）开通了第一条（tiáo）无人机（jī）配送航线，试点（diǎn）偏远地区配送（sòng）服务。

炫彩世界

无（wú）人机集群不仅是“表演”

这些年，我们经常能够看到无人机（jī）编队表演的（de）新闻报道。成百上千架无人（rén）机，在（zài）夜色中通过（guò）自（zì）身（shēn）携带的彩色灯（dēng）光（guāng）设（shè）备，组成各种各样的美丽图案，甚至还能随着（zhe）音乐（lè）节奏（zòu）的变（biàn）化翩翩起舞。这种奇观的出现，得益于（yú）无人机集群技术的发展。

实际（jì）上（shàng），早在（zài）这（zhè）种表演为人所知之前，无人机（jī）集群技术在军事领（lǐng）域就已经得到了发展（zhǎn）与应用。2000年（nián），美国国防部的高级（jí）计划局就启动了有关研究（jiū）项目，通过借鉴蚂蚁的群体（tǐ）组织（zhī）方法，研究多架（jià）无人机在空中协（xié）同发现目标的技（jì）术。经过近二十（shí）年的发展，无人机集群技术已经日臻成（chéng）熟。在（zài）执（zhí）行任（rèn）务的过程中，集（jí）群中的无人（rén）机（jī）要组织好（hǎo）自己的队形，在完成任务的同时（shí）避免（miǎn）发生碰撞。同（tóng）时，无人机之（zhī）间还要分（fèn）享所处位置态势的感知（zhī），一架无人机所（suǒ）观（guān）察到的（de）情况可以被所有（yǒu）无人机掌（zhǎng）握。这样，大量无人机可以（yǐ）在单一操作员的指挥（huī）下（xià），完成一架无人机所不可能完成的各种任务。

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