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        新業(yè)態(tài),新機(jī)遇
        ——無人機(jī)人工影響天氣作業(yè)蓄勢待發(fā)

        2021-05-26 09:32:06
        無人機(jī) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:甘霖播撒民用

        珠海中航通用航空有限公司

        隨著技術(shù)積累與進(jìn)步,我國人工影響天氣的能力愈發(fā)成熟。現(xiàn)已開發(fā)出可用于人工影響天氣的無人機(jī)平臺,將與有人機(jī)互為補(bǔ)充,相得益彰,未來發(fā)展前景巨大。

        2021年1月6日,用于人工影響天氣的大型無人機(jī)“甘霖-I”從甘肅省金昌市金川機(jī)場起飛,起飛后地面控制系統(tǒng)顯示,無人機(jī)防除冰、大氣探測、催化劑播撒等功能正常,系統(tǒng)穩(wěn)定,性能滿足項(xiàng)目要求,經(jīng)過30多分鐘飛行,平穩(wěn)著陸。

        “甘霖-I”無人機(jī)的首飛圓滿成功,標(biāo)志著無人機(jī)開始實(shí)質(zhì)性進(jìn)入人工影響天氣業(yè)務(wù)領(lǐng)域,逐步與有人機(jī)互為補(bǔ)充,相得益彰,未來發(fā)展前景巨大,業(yè)務(wù)蓄勢待發(fā)。

        中國人工影響天氣現(xiàn)狀

        近年來,在全球氣候變化背景下,我國資源環(huán)境生態(tài)問題更加突顯,防災(zāi)減災(zāi)形勢更加嚴(yán)峻,農(nóng)業(yè)、生態(tài)、環(huán)境、交通等行業(yè)對干旱、冰雹、霧霾、高溫?zé)崂说葹?zāi)害的敏感性不斷增強(qiáng)。為避免或減輕氣象災(zāi)害,合理利用氣候資源,在適當(dāng)條件下通過科技手段對局部大氣的物理過程進(jìn)行人工影響,顯得愈發(fā)重要。

        圖1 2021年1月6日,用于人工影響天氣的大型無人機(jī)“甘霖-I”在甘肅省金昌市金川機(jī)場首飛成功。

        雖然我國水資源較為短缺,但空中云水資源豐富。60多年來,我國的人工影響天氣工作從艱難起步、探索發(fā)展、優(yōu)化調(diào)整到穩(wěn)步發(fā)展壯大—應(yīng)急抗旱防雹力保豐收,常態(tài)增雨作業(yè)守護(hù)生態(tài),重大應(yīng)急保障盡責(zé)履職,將飛雹化為細(xì)雨,讓甘霖潤澤大地。經(jīng)過在人工影響天氣方面業(yè)務(wù)基礎(chǔ)的不斷夯實(shí),高性能增雨飛機(jī)平臺、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、外場試驗(yàn)基地的建設(shè)不斷加快,初步構(gòu)成了天基-空基-地基有機(jī)結(jié)合的觀測網(wǎng)絡(luò),作業(yè)指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了省市縣業(yè)務(wù)全覆蓋。已有50多架作業(yè)飛機(jī)、6500余門高炮、8200余部火箭作業(yè)系統(tǒng)、5萬專兼職作業(yè)隊(duì)伍,形成了空地一體化協(xié)同作業(yè)體系,作業(yè)規(guī)模位居世界首位。

        2016-2020年,我國共實(shí)施飛機(jī)人工增雨作業(yè)5474架次、飛行14917小時(shí),地面高炮、火箭等地面作業(yè)23余萬次,年平均人工增雨(雪)作業(yè)區(qū)覆蓋面積達(dá)512余萬平方公里,累計(jì)增加降水約2100億立方米。

        有人機(jī)人工影響天氣作業(yè)

        飛機(jī)人工影響天氣作業(yè)能完成地面增雨設(shè)備不能完成的任務(wù),具有空中尋找最強(qiáng)雨云、滯空時(shí)間長、播撒面積廣、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

        圖2 我國已有50 多架作業(yè)飛機(jī)、6500 余門高炮、8200 余部火箭作業(yè)系統(tǒng)、5萬專兼職作業(yè)隊(duì)伍,形成了空地一體化協(xié)同作業(yè)體系。

        圖3 運(yùn)-12 是我國最常見的人工增雨作業(yè)機(jī)型,適合低空作業(yè)。

        我國從事有人機(jī)人工影響天氣作業(yè)的主要機(jī)型,為“空中國王”350、新舟60、運(yùn)-12、運(yùn)-7、安-26、夏延等飛機(jī)。國產(chǎn)運(yùn)-12是我國最常見的作業(yè)機(jī)型,適合低空作業(yè),飛行高度在6500m以下,一般除了新飛機(jī)以外,帶有任務(wù)載荷時(shí)可以穩(wěn)定在5500m左右高度飛行,可以勝任對北方春季層狀云入云進(jìn)行播撤 (負(fù)溫播撒窗區(qū)在2300~4000m),但是到了夏季和中國南方的大部分季節(jié),零度層高度往往都高達(dá)5500~6000m,顯然負(fù)溫播撒已經(jīng)遠(yuǎn)在運(yùn)-12的能力之外,不能滿足這些地區(qū)和這些季節(jié)的人工作業(yè)需求。在實(shí)際作業(yè)中,有些任務(wù)甚至需要在7000~8000m的云中進(jìn)行,那么座艙增壓功能也必不可少,“空中國王”350和新舟60飛機(jī)是國內(nèi)主流高性能人工影響天氣機(jī)型。

        在無人機(jī)人工影響天氣方面,無人機(jī)技術(shù)具有成本低廉、經(jīng)濟(jì)易用,尤其便于氣象部門自己控制掌握。目前,按照氣象部門自己的拓寬服務(wù)領(lǐng)域、定位服務(wù)社會(huì)的理念,氣象無人機(jī)技術(shù)也可以成為省級及以下氣象部門進(jìn)行包括人工影響天氣作業(yè)在內(nèi)的、遙感、探測和災(zāi)害監(jiān)測等業(yè)務(wù)的綜合平臺,為人工影響天氣作業(yè)航空器的選擇提供了更多選項(xiàng)。

        無人機(jī)人工影響天氣作業(yè)

        《中國制造2025》規(guī)劃要求推進(jìn)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展。我國民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)起步晚,進(jìn)步快。近年來,隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈配套的成熟,以及無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展成熟,我國從單純的生產(chǎn)加工制造轉(zhuǎn)向自主研發(fā),在民用無人機(jī)制造方面處于世界前列。民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)、制造和應(yīng)用是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。

        “十三五”期間,我國無人機(jī)市場平均增長率約為50%?!笆奈濉逼陂g,隨著政策紅利、技術(shù)迭代、資本投入的“共振”,我國無人機(jī)將迎來快速擴(kuò)張。

        根據(jù)《工業(yè)和信息化部關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范民用無人機(jī)制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出:到2020年,民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展,產(chǎn)值達(dá)到600億元,年均增速40%以上。到2025年,民用無人機(jī)產(chǎn)值達(dá)到1800億元,年均增速25%以上。產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、企業(yè)實(shí)力持續(xù)保持國際領(lǐng)先勢頭,建立健全民用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)、檢測認(rèn)證體系及產(chǎn)業(yè)體系,實(shí)現(xiàn)民用無人機(jī)安全可控和良性健康發(fā)展。民航局在2020年批準(zhǔn)了13個(gè)無人機(jī)試驗(yàn)區(qū),通過試點(diǎn)促進(jìn)無人機(jī)行業(yè)與社會(huì)管理深度融合。

        2020年8月,搭載毫米波云雷達(dá)、探空儀的翼龍-10無人機(jī),在中國氣象局指揮下完成國內(nèi)首次高空大型無人機(jī)臺風(fēng)綜合觀測試驗(yàn),開創(chuàng)了CT式臺風(fēng)掃描的先河。

        2019年3月,為解決祁連山生態(tài)修復(fù)問題,甘肅省率先探索啟動(dòng)大型無人機(jī)人工影響天氣作業(yè),與中國氣象局、中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司等密切合作,大力攻關(guān),歷經(jīng)一年多的項(xiàng)目研制,人工影響天氣無人機(jī)“甘霖-I”所有參數(shù)、指標(biāo)均達(dá)到項(xiàng)目要求,并最終通過技術(shù)鑒定,進(jìn)入作業(yè)效果評估和標(biāo)準(zhǔn)制定階段。2021年1月6日,大型人工影響天氣無人機(jī)“甘霖-I”首飛成功,無人機(jī)防除冰、大氣探測、催化劑播撒等功能正常,系統(tǒng)穩(wěn)定,性能滿足項(xiàng)目要求。

        人工影響天氣無人機(jī)用于復(fù)雜天氣下作業(yè),是可控和可回收探測器和播撒器。在降水云系出現(xiàn)時(shí),根據(jù)雷達(dá)測得的降水云系的位置,設(shè)計(jì)飛行航線。無人機(jī)自動(dòng)飛向作業(yè)位置,并且工作人員可以根據(jù)天氣雷達(dá)探測的降水云系實(shí)況,操控?zé)o人機(jī)修正航線,無人機(jī)到達(dá)作業(yè)區(qū)或接近作業(yè)區(qū)時(shí),通過無人機(jī)自身的氣象探測儀器探測到的溫度、濕度等氣象參數(shù),工作人員可以進(jìn)一步選擇作業(yè)點(diǎn),發(fā)出操控指令讓無人機(jī)開始播撒。

        大型人工影響天氣無人機(jī)相對有人機(jī),實(shí)施人工影響天氣具有以下優(yōu)勢:

        (1)適應(yīng)復(fù)雜地形和氣象條件。無人機(jī)操控員在地面操控,能夠在復(fù)雜地形和氣象條件下作業(yè),安全系數(shù)高。

        (2)冷云作業(yè),有效防除冰。加裝翼面防除冰系統(tǒng),防除冰效果顯著,具備冷云條件作業(yè)能力。

        (3)長航時(shí)作業(yè)能力。實(shí)現(xiàn)先探索、后作業(yè)、再探測、再作業(yè)的試驗(yàn)流程,具備跨晝夜飛行能力。

        (4)空地協(xié)同,精準(zhǔn)增雨。機(jī)動(dòng)性高,快速響應(yīng)多種飛行指令,探測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至地面,為作業(yè)指揮提供依據(jù),實(shí)現(xiàn)“空地協(xié)同,精準(zhǔn)增雨”。

        圖4 2020年8月,翼龍-10 無人機(jī)完成國內(nèi)首次高空大型無人機(jī)臺風(fēng)綜合觀測試驗(yàn)。

        圖5 “甘霖-I”無人機(jī)首飛成功,無人機(jī)防除冰、大氣探測、催化劑播撒等功能正常,系統(tǒng)穩(wěn)定,性能滿足項(xiàng)目要求。

        無人機(jī)人工影響天氣未來前景

        國務(wù)院辦公廳《關(guān)于推進(jìn)人工影響天氣工作高質(zhì)量發(fā)展的意見》指出,到2025年,形成組織完善、服務(wù)精細(xì)、保障有力的人工影響天氣工作體系,基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得重要突破,探索大型無人機(jī)等人工影響天氣作業(yè)新方式、新手段。

        中國氣象局已經(jīng)將大型無人機(jī)人工影響天氣綜合應(yīng)用系統(tǒng)納入“十四五”人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃中進(jìn)行布局。支持開展祁連山區(qū)無人機(jī)人工增雨(雪)業(yè)務(wù)試驗(yàn)工作,推進(jìn)無人機(jī)增雨(雪)系統(tǒng)從試驗(yàn)向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化,推廣應(yīng)用。

        盡管無人機(jī)人工影響天氣應(yīng)用方面面臨一些問題:比如無人機(jī)人工影響天氣的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未完善,無人機(jī)行業(yè)發(fā)展與相關(guān)行業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用尚未規(guī)范,專業(yè)人才隊(duì)伍較為欠缺。但是未來發(fā)展前景十分廣闊,尤其是高空性能、安全性能、長航時(shí)性能十分突出,可以與有人機(jī)一起構(gòu)建空中人工影響天氣發(fā)展新格局?!?/p>

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