何雨瑄，楊 濤

（1.成都外國語學校；2.成都大學，成都 610000）

無人機技術發(fā)展簡況與分析

何雨瑄1，楊 濤2

（1.成都外國語學校；2.成都大學，成都 610000）

無人機在軍事和民用領域應用前景廣泛，市場巨大，是航空航天制造業(yè)中高新技術密集型的產(chǎn)業(yè)，市場需求和技術進步持續(xù)推動無人機發(fā)展。文章簡要回顧了無人機發(fā)展歷程，分析了無人機技術發(fā)展趨勢，闡述無人機主要技術發(fā)展熱點和應用領域。對從事無人機產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、技術研究、產(chǎn)品制造有一定的參考意義。

無人機；發(fā)展簡況；技術人點；應用

0 前言

無人機是航空飛行器的一種，一般將可回收的無人駕駛飛行器簡稱為無人機。有遙控飛行或程控飛行兩種模式，通過網(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對無人機的遙控，操控指令上傳，任務執(zhí)行信息回傳。無人機一般由結(jié)構本體、動力系統(tǒng)、外掛載荷、管理與控制、網(wǎng)絡通信、發(fā)射平臺、回收平臺、綜合保障等組成。軍用無人機外掛載荷完成無人機戰(zhàn)術要求的信息情報偵察獲取、電子對抗和火力打擊等任務。管理與控制系統(tǒng)完成作戰(zhàn)/任務計劃制定，任務信息加載，空中飛行狀態(tài)監(jiān)控，信息記錄，以及對目標打擊效果實施評估等任務。發(fā)射平臺與回收平臺配套完成無人機發(fā)射和回收任務。綜合保障主要完成無人機的日常維護，綜合保障，及故障維修等任務。

無需人員參與，無人機可直接進入生/化/核等特殊污染場所，執(zhí)行現(xiàn)場信息偵察和情報獲取等復雜任務。根據(jù)任務需要，無人機可長時間飛行，不間斷執(zhí)行作戰(zhàn)任務，避免信息偵察盲區(qū)的產(chǎn)生或最佳打擊窗口錯失。由于不需要考慮人員安全等因素，無人機可掛載更多的任務載荷，作戰(zhàn)效能比有人駕駛飛機高，或更多使用隱身材料，大幅度提升使其隱身性能。更為重要的一點是，在戰(zhàn)爭中不存在人員傷亡事件發(fā)生，降低政治和軍事風險。普遍認為無人機攻擊能力強、機動能力高、防護難度大、操控靈活、飛行時間長、保障容易和無人員傷亡，具有較高的作戰(zhàn)效費比和體系貢獻率。

在近20年的幾場局部戰(zhàn)爭中，到處都有無人機的身影。美軍在多次戰(zhàn)爭中成功使用無人機，戰(zhàn)功顯赫，表現(xiàn)突出，引起了全球各國，尤其是軍事強國高度關注。裝備使用無人機成為新時期武器裝備的熱點，在信息情報、軍事斗爭和局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮著無法替代的作用。

1 無人機發(fā)展簡況

1915年人類首先出現(xiàn)無人飛行，當時泰思勒設想，如果無人飛行器裝載相應情報偵察、火力打擊等設備，可以達到保衛(wèi)美國的目的。1919年，埃默斯佩里使用無人機擊沉了一艘被德國戰(zhàn)艦，驗證了陀螺導航技術。1953年，美國在亞利桑那州華楚卡堡建設陸軍測試、試驗和驗證無人機的專門基地。到1979年，美國陸軍首次實施無人機采購計劃“天鷹座項目”。1985年，美國防部首次采購了攻擊型無人機“先鋒”系統(tǒng)。1987年，開展了105次“天鷹座項目”作戰(zhàn)測試試驗，其中7次實驗滿足初始任務要求。

上世紀90年代開始，無人機在戰(zhàn)爭中取得了大量的成功應用案例。1991年沙漠風暴戰(zhàn)爭中，“敢死蜂”、“先鋒”、“指針”等無人機執(zhí)行了300多次戰(zhàn)斗任務，用于打擊飛毛腿導彈和高價值目標。1995年科索沃戰(zhàn)爭中，“捕食者”、“先鋒”、“獵人”、“紅隼”、“不死鳥”等無人機參加戰(zhàn)爭。2001年阿富汗戰(zhàn)爭和2003年伊拉克戰(zhàn)爭多次成功使用“捕食者”、“全球鷹”、“獵人”等明星無人機，激發(fā)了人們對于無人機的興趣，掀起了無人機技術發(fā)展高潮。

美國一直占據(jù)無人機裝備與技術發(fā)展制高點，是無人機發(fā)展速度最快、水平最高的國家，引領著無人機技術與裝備發(fā)展方向。先后研制出上百種無人機，形成一個大/中/小體積、高/中/低空、遠/ 中/近程、地基/車載/艦載無人機裝備發(fā)展體系，用于執(zhí)行各種復雜條件下戰(zhàn)術、戰(zhàn)略需要的多梯次多層面戰(zhàn)爭任務。開展無人機研制的主要廠商有波音公司、通用原子航空系統(tǒng)公司、諾-格公司以及洛-馬公司等。代表性產(chǎn)品主要有“影子-200”、“龍眼”、“敢死蜂”“探路者-大烏鴉”、“捕食者”、“指針”、“掃描鷹”、“全球鷹”、“火力偵察兵”等各型偵察/打擊無人機，以及正在測試的X－47B無人戰(zhàn)斗機、X-51高超音速無人機等。

以色列是無人機裝備與技術最大的輸出國之一，研制水平緊隨美國。產(chǎn)品覆蓋了所有大小、速度和任務需求，典型無人機有“偵察兵”、“先鋒”、“赫爾墨斯450”、“搜索者”、“獵人”、“蒼鷺”等。俄羅斯對發(fā)展無人機相當重視，中小型戰(zhàn)術無人機代表有“R-90”、“圖-141”，“卡-137”等。車臣反恐戰(zhàn)中，“蜜蜂”－1T、圖－243等無人機發(fā)揮了重要作用。近年來，加大了發(fā)展長航時無人機、電子戰(zhàn)類無人機的力度。

進入21世紀，法、英、德、 瑞、意等歐洲國家先后啟動了多項無人機研究項目。最具代表性的有無人戰(zhàn)斗機“神經(jīng)元”、“歐洲鷹”、“梭魚”、“大烏鴉”、“守望者”、“高度先進研究布局”（SHARC）攻擊型無人機、“天空-X”等無人機。

以日本為代表的亞洲各國也不甘落后，在近/短程、中/低空、低速無人機等領域取得了大量的技術突破，并不斷加大投資力度，發(fā)展高技術水平的高空/高速/長航時無人機。如日本利用其先進的傳感器技術和雄厚的工業(yè)基礎，研制發(fā)展飛行高度超過20，000m的長航時無人機，擬趕超美國的“全球鷹”。同時，日本、印度、印度尼西亞、韓國等策劃成立一個購買和使用“全球鷹”無人機的區(qū)域財團聯(lián)合體。

2 無人機發(fā)展趨勢

隨著新技術快速發(fā)展，尤其是新材料、隱身技術、信息技術和發(fā)動機技術的進步，并在無人機上的廣泛應用，無人機的概念內(nèi)涵、任務使命和技術需求較過去發(fā)生了根本性的變化。無人機的概念內(nèi)涵，從近地低速無人飛行器擴展到臨近空間高速無人飛行器；無人機系統(tǒng)的任務使命，從功能單一的偵察監(jiān)視或充當誘餌領域進入到戰(zhàn)場情報實時獲取、通信中繼、電子干擾、電磁徉動、精確火力打擊、制空作戰(zhàn)、作戰(zhàn)效能評估等諸多領域；無人機系統(tǒng)技術進一步向智能化、自主化、網(wǎng)絡化、高安全、高可靠、低成本大眾化等方向發(fā)展。

2.1 以技術作推動，突出任務使命

從每兩年左右就發(fā)布一次的美國無人機路線圖可以，無人機任務使命在不斷擴展變化，以滿足市場發(fā)展及技術進步的需要。2005版無人機路線圖中，擴展了電子干擾、通信截聽、隱含電磁頻譜圖像生成、弱信號偵測等領域任務使命；提出無人機需裝備射頻/定向能武器，執(zhí)行侵入、竊聽、接管控制或攻擊敵方網(wǎng)絡的任務。2007版無人機路線圖要求重點發(fā)展和完善探測水下魚雷、探測生化/放射性/核武器威脅目標的任務使命。2010版無人機路線圖把“通用性”和“開放性”體系結(jié)構作為無人機戰(zhàn)略的兩個關鍵性任務；要求無人機具備向地面指揮人員提供可重新分配資源、支援全面行動的功能。2013版無人機路線圖提出的新任務是：不斷開發(fā)、生產(chǎn)、測試、培訓、作戰(zhàn)和維護；發(fā)展無人水下載荷和地面載荷；要求達到滿足未來作戰(zhàn)要求所需的有效性、效率、低價、共用性、互用性、一體化和其他關鍵標準，進一步明確了無人機系統(tǒng)所需提供的偵察、監(jiān)視、警戒、攻擊、輸送、執(zhí)行通用任務、指揮和控制等8類能力或能力綜合。

2.2 平臺向高空/長航時/大型和微小型/靈巧兩方向發(fā)展

高空/高速/長航時/大型無人機方面，向技術更先進、覆蓋范圍更寬、作戰(zhàn)效費比更高、安全性更強的高空/高速/長航時大型無人機方向發(fā)展，兼具查打一體、電子對抗能力。微小型/靈巧無人機方面，充分利用微小型無人機操作方便靈活、機動性能強和低空飛行不易被探測的優(yōu)勢，發(fā)展微小型、使用靈活的無人機，滿足各種反恐維穩(wěn)和特種任務需要。

2.3 飛行高度向臨近空間發(fā)展

臨近空間是航空與航天的空間接合部，也是通信導航、無人機飛行安全性高的重要區(qū)域，是航空與航天技術的交叉，受到世界各國的關注。臨近空間飛行器在對特定區(qū)域目標持續(xù)偵察監(jiān)視、電子對抗、導彈防御等方面有著明顯的優(yōu)勢，是海、陸、空、天、網(wǎng)等現(xiàn)有裝備的重要補充，發(fā)展臨近空間無人機技術意義重大。

3 主要技術熱點

無人機相關技術不斷與其它領域的高新技術融合和互動，促進了無人機技術蓬勃發(fā)展。目前，先進人工智能、一體化飛行控制、微型導航控制集成、全電飛機、射頻/光電綜合、納米材料、智能材料、特殊外形氣動布局、高超聲速推進與飛行、高效特種動力裝置等前沿技術和核心關鍵技術正不斷取得重大突破，無人機發(fā)展速度必然更加迅猛。

未來無人機技術發(fā)展熱點將集中在新型動力、隱身、信息、組網(wǎng)、自主、模塊化設計以及防護技術等方面。進一步解決無人機動力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、遙控操作系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的技術成熟度和可靠性，降低無人機故障率，提升無人機系統(tǒng)的可靠性和生存能力。

3.1 動力技術

目前，無人機主要采用燃氣渦輪發(fā)動機和活塞發(fā)動機。具有低油耗、大過載、自適應控制等特點的渦輪沖壓組合發(fā)動機逐漸成熟，在高超聲速無人機上將得到應用。而微/小型無人機要求特殊的微/小型動力裝置；高空長航時無人機要求體積重量小、油耗低、可靠性高的發(fā)動機。新型太陽能發(fā)動力、燃料電池動力系統(tǒng)、槳扇發(fā)動機等新概念動力技術將成為發(fā)展熱點。

3.2 隱身技術

隱身技術主要包括雷達隱身、紅外隱身、可見光隱身、激光隱身和聲波隱身等技術。通過綜合應用各種新材料、新工藝、結(jié)構隱身設計等技術，降低無人機雷達反射面積、紅外輻射特征以及其它聲/光/電探測的顯著可探測特征，從而降低無人機被發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤、干擾和打擊的概率和無人機的失事概率。

應用先進的隱身材料可提高無人機的隱身性能。如石墨合成材料可以吸收多種波長的微波，降低無人機被雷達探測的能力；采用等離子體等隱身材料，可實現(xiàn)對光電、微波等多種綜合傳感器的隱身；在無人機表面涂上吸收特定波長紅外光的涂層，在發(fā)動機燃料中注入防紅外輻射制劑，實現(xiàn)無人機紅外隱身，降低被紅外探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率。

3.3 信息、網(wǎng)絡與自主控制技術

未來無人機不管是軍事應用還是民用，不會局限于單平臺或單個系統(tǒng)，可能由兩個或兩個以上的多型號種類的無人機組成體系和集群，協(xié)同工作，這需要依靠信息、網(wǎng)絡、通信技術的進一步發(fā)展才能實現(xiàn)。加大數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡傳輸寬帶和信號發(fā)射功率，可保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和有效傳輸距離，但將帶來設備體積重量和功耗的增加。因此，在傳輸之前對數(shù)據(jù)進行高效編碼壓縮技術，網(wǎng)絡全覆蓋和信號定向發(fā)射技術，激光通信技術，通信鏈路安全加密技術等都將得到發(fā)展和應用。

按照美國公布的多版無人機發(fā)展路線圖，無人機自主控制程度可分為十個等級。從低至高分別是遠程引導、實時故障診斷、對故障和飛行條件的適應、自主航線規(guī)劃、集群配合、集群戰(zhàn)術再規(guī)劃、集群戰(zhàn)術目標制定、分布式控制、集群戰(zhàn)略目標制定和完全自主集群。

3.4 防護對抗技術

有效利用電子對抗、光電干擾、電磁徉動、信息欺騙等措施可使無人機的生存性能得到提高。常用的電子對抗設備包括聲光電告警、干擾和信息欺騙等。目前在一些高空長航時偵察/打擊無人機裝備了不同類型的對抗設備。

4 主要應用方向

無人機在軍事和民用應用前景廣泛。在軍事應用上，偵察監(jiān)視、預警探測、通信中繼、信息組網(wǎng)等無人機可完成信息支援、戰(zhàn)場情報獲取與分發(fā)、打擊效果評估等任務；電子對抗無人機，網(wǎng)絡戰(zhàn)無人機，誘餌/欺騙無人機等主要完成信息對抗、電子干擾等任務；對地攻擊無人機，制空作戰(zhàn)無人機，反潛/反艦無人機，反水雷、防空反導無人機戰(zhàn)術靈活，攻擊能力強，主要完成對目標的火力打擊任務。

在民用方面，無人機可用于完成海洋遙測，地質(zhì)遙感遙測，地形測繪，礦藏勘測等遙感遙測和地理繪制任務；氣象監(jiān)測，環(huán)境監(jiān)測，火災、水災、地震等自然災害監(jiān)測，重大設施巡視等監(jiān)測巡視、情報獲取任務；用于公安、海關、邊防等巡邏、反恐維穩(wěn)等任務，并具備對特定目標執(zhí)行打擊能力。

5 結(jié)束語

無人機是航空航天制造業(yè)中高新技術密集型的產(chǎn)業(yè)，在軍事和民用領域應用前景廣泛，市場需求和技術進步將加速無人機發(fā)展。隨著大量核心關鍵技術的突破，以及新技術在無人機上的運用，無人機性能會越來越好、功能越來越強、應用越來越廣、安全性越來越高。同時，無人機技術的進步也將帶動相關產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。

［1］Unmanned Systems Integrated Roadmap FY2013-2038.Department Of Defense，United States of America，2013.

［2］呂信明.軍用無人機的發(fā)展及對策［J］.國防科技，2013（01）.

［3］李文正.無人機發(fā)展芻議［J］.航空科學技術，2012（04）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.250