王芳 干思思

天陰著，云層低而厚重，不遠(yuǎn)處山嵐四起。云霧繚繞的背景中，一只紅色的“云雀”嗡嗡飛升。海拔6000米，廓瓊崗日冰川區(qū)，在令人望而生畏的高海拔、低壓、缺氧及翻臉無(wú)情的多變氣候中，飛行機(jī)器人“云雀”完成了冰面溫度熱紅外影像監(jiān)測(cè)、冰川三維地形勘測(cè)與建模、高空大氣溫濕壓與黑碳通量垂直廓線監(jiān)測(cè)工作，成為我國(guó)首款可適應(yīng)極高海拔環(huán)境的科考機(jī)器人。

這意味著，艱苦的高原科考工作，飛行機(jī)器人終于可以助其一臂之力，青藏科考終于從以肉身搏自然，往無(wú)人化、立體化、網(wǎng)絡(luò)化又推進(jìn)了一步。盡管站在寒冷的冰川上良久，但楊麗英帶領(lǐng)的機(jī)器人化科考隊(duì)員們心中無(wú)比激動(dòng)，他們對(duì)未來(lái)極端環(huán)境下的科考和飛行機(jī)器人在各行各業(yè)的應(yīng)用生出了無(wú)盡暢想……

科研觀

2011年，楊麗英從中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所模式識(shí)別與智能系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位。同年，她任職于沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，迄今已過(guò)十載春秋。這十年，是無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)從萌芽探索到蓬勃發(fā)展的十年。從2015年國(guó)務(wù)院《中國(guó)制造2025》發(fā)展規(guī)劃提出“推進(jìn)干支線飛機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)和通用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)化”的發(fā)展戰(zhàn)略，到2017年《關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》提出“發(fā)展消費(fèi)類和商用類無(wú)人機(jī)”的政策，顯示了我國(guó)政府將無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)支持產(chǎn)業(yè)，堅(jiān)定開(kāi)拓?zé)o人機(jī)市場(chǎng)的決心。從被譽(yù)為“會(huì)飛的照相機(jī)”的航拍無(wú)人機(jī)到在農(nóng)業(yè)、測(cè)繪、警用、電力等行業(yè)廣泛應(yīng)用的工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)也正用自己獨(dú)特的魅力和廣闊的應(yīng)用前景創(chuàng)造歷史。踏浪而行，楊麗英在這一行業(yè)耕耘出亮眼的成果。

沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的科研人員都有一個(gè)“實(shí)干”的共性。早年，無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展有限，科研人員對(duì)理論研究較多，楊麗英在碩博期間主要研究無(wú)人機(jī)自主性和智能性提升的相關(guān)理論。后來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)越來(lái)越成熟，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，從實(shí)際需求出發(fā)，對(duì)技術(shù)和理論進(jìn)行創(chuàng)新提升，成為大家的共識(shí)?！霸汽^100”和“云雀”兩架無(wú)人機(jī)就是楊麗英作為主導(dǎo)技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)實(shí)事求是科研觀的踐行。研發(fā)過(guò)程中的遺憾和教訓(xùn)，更成為她和伙伴們對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格管控的動(dòng)力。

詩(shī)意“云雀”

自主行為是指在未知、動(dòng)態(tài)、非機(jī)構(gòu)環(huán)境下，在盡量少的人為干預(yù)的情況下，以優(yōu)化方式完成使命的能力?！捌鸪酰瑹o(wú)人機(jī)的應(yīng)用簡(jiǎn)單且初級(jí)，主要進(jìn)行圖像和視頻的采集。當(dāng)時(shí)，應(yīng)用環(huán)境簡(jiǎn)單，一般為空曠的環(huán)境，無(wú)任何障礙物。但是隨著行業(yè)和技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)步，對(duì)無(wú)人機(jī)應(yīng)用提出了更高要求。比如它在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的可靠性、智能性和環(huán)境適應(yīng)性等?！痹跅铥愑⒖磥?lái)，無(wú)人機(jī)只有體現(xiàn)出它能夠代替或輔助人類完成困難任務(wù)的能力，才算真正實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。關(guān)于高原輔助值守機(jī)器人的研究，也正是以此為出發(fā)點(diǎn)。

神秘的青藏高原蘊(yùn)含著豐富的生態(tài)、水域和動(dòng)植物等資源，是理想的科研圣地。在這里，板塊碰撞、山巒隆起，河流與冰川、季風(fēng)、氣候變化相互影響，吸引著來(lái)自地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)、地球物理學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家。幫助科學(xué)家更高效地開(kāi)展科考工作，減少人員傷亡，是“云雀”飛行機(jī)器人的使命。

然而，當(dāng)無(wú)人機(jī)在稀薄的空氣中飛行時(shí)，旋翼轉(zhuǎn)速增加，電流增大，續(xù)航時(shí)間會(huì)相應(yīng)減少;風(fēng)速超過(guò)4級(jí)，將影響到飛行的穩(wěn)定性;變化多端的地形則給路徑規(guī)劃帶來(lái)挑戰(zhàn)……種種技術(shù)難點(diǎn)擺在眼前，楊麗英帶領(lǐng)小組成員走上辛苦的技術(shù)攻堅(jiān)之路。最終，他們攻克了“稀薄大氣中的高效升力系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“高原強(qiáng)風(fēng)干擾下的自主控制”等技術(shù)瓶頸，使“云雀”實(shí)現(xiàn)了空氣稀薄、強(qiáng)風(fēng)擾等極端環(huán)境下的自主起降、定點(diǎn)/航跡飛行、仿地飛行、動(dòng)靜態(tài)障礙物避碰等自主功能?！霸迫浮本邆淞恕皵y帶5公斤科考載荷、抵御7級(jí)大風(fēng)，在海拔6000米的高度飛行近30分鐘”的綜合能力。

楊麗英曾先后4次帶著“云雀”前往青藏高原協(xié)助科考隊(duì)完成任務(wù)。小小“云雀”增穩(wěn)懸停在災(zāi)后的雅魯藏布江大峽谷色東普溝上方，進(jìn)行圖像實(shí)時(shí)采集與環(huán)境監(jiān)控任務(wù);在海拔4370米的雪域圣湖納木錯(cuò)，它完成了深部水體樣品自動(dòng)化采集和湖水溫度垂直剖面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作;在金色魂山阿尼瑪卿，在維格勒當(dāng)雄冰川，在廓瓊崗日冰川……“云雀”用實(shí)力證明，它的自主作業(yè)能力已經(jīng)可以覆蓋青藏高原所有野外科考站和絕大部分冰川區(qū)。

從嫦娥偷食長(zhǎng)生藥飛上月宮，到敦煌壁畫上暢游于天地間的婀娜“飛天”;從黃帝乘龍升天，到洛神駕六龍?jiān)栖嚪祷叵山?從墨子、魯班為木鳶，到諸葛亮制作孔明燈……關(guān)于飛行這一夢(mèng)想，古人已經(jīng)創(chuàng)造出太多奇幻的實(shí)現(xiàn)方式，而“云雀”既繼承了古典浪漫，又在雪域秘境書寫出了自己的詩(shī)意。

多面“云鸮”

與輕盈詩(shī)意、專門針對(duì)高原科考研發(fā)出來(lái)的“云雀”不同，“云鸮100”是一架在各行各業(yè)應(yīng)用非常廣泛的無(wú)人直升機(jī)，載重可達(dá)30公斤，續(xù)航2小時(shí)。這是楊麗英所在團(tuán)隊(duì)第一款全自主研發(fā)的無(wú)人機(jī)，她表示：“在‘云鸮100無(wú)人機(jī)的研發(fā)過(guò)程中，從采購(gòu)配件到裝配生產(chǎn)，再到最后的實(shí)驗(yàn)，我們實(shí)現(xiàn)了完整的質(zhì)量管控。”

之所以這樣強(qiáng)調(diào)，是因?yàn)閯傞_(kāi)始工作的幾年里，楊麗英曾經(jīng)歷過(guò)兩次驚心動(dòng)魄的百公斤級(jí)無(wú)人機(jī)墜毀事件?！坝幸淮?，無(wú)人機(jī)在野外測(cè)試飛行中由于飛機(jī)本體振動(dòng)較大引起零件松動(dòng)、線路中斷，導(dǎo)致信號(hào)傳輸受阻。無(wú)人機(jī)在空中突然失控了！但是我當(dāng)時(shí)心里想的是，千萬(wàn)飛回來(lái)，不要飛太遠(yuǎn)，因?yàn)椴恢浪鼤?huì)不會(huì)掉落在未知的地方，對(duì)別人造成二次傷害?！焙髞?lái)那架無(wú)人機(jī)掉落在楊麗英50米開(kāi)外的地方，那種揪心和驚懼令她久久不能忘懷。

“其實(shí)原因在于，我們一開(kāi)始經(jīng)驗(yàn)不足，人手也相對(duì)缺乏。一個(gè)10人左右的團(tuán)隊(duì)要負(fù)責(zé)包括無(wú)人機(jī)的機(jī)體自主設(shè)計(jì)、飛控系統(tǒng)的研發(fā)、系統(tǒng)集成、外場(chǎng)測(cè)試及應(yīng)用一整套流程。這么大體量的任務(wù)，為了追趕進(jìn)度，就會(huì)出現(xiàn)做得不嚴(yán)謹(jǐn)和不細(xì)致的地方?！钡墙?jīng)歷了兩次這樣的墜機(jī)損毀事件后，組內(nèi)成員開(kāi)始意識(shí)到質(zhì)量管控的重要性。熬了那么多日日夜夜做出來(lái)的“大家伙”，說(shuō)毀就毀了，這樣的事情，楊麗英再也不想發(fā)生在自己的項(xiàng)目組中，而這些心思也都體現(xiàn)在了“云鸮100”的研發(fā)過(guò)程中。

“‘云鸮100攻克了長(zhǎng)續(xù)航、強(qiáng)抗風(fēng)、高可靠本體設(shè)計(jì)，復(fù)雜氣流中的自主穩(wěn)定飛行控制，動(dòng)態(tài)環(huán)境中自主軌跡規(guī)劃與跟蹤，多機(jī)編隊(duì)飛行，以及雙機(jī)自主避碰等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，解決了動(dòng)態(tài)平臺(tái)自主起降，高海拔環(huán)境、低溫環(huán)境自適應(yīng)飛行等難點(diǎn)問(wèn)題?！辈⑶遥趪?guó)內(nèi)率先開(kāi)展了災(zāi)難救援、電力巡檢與架設(shè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等行業(yè)應(yīng)用。在蘆山4·20地震救援現(xiàn)場(chǎng)，它為人員救助提供了信息保障;在大連新港輸油管線爆炸后的現(xiàn)場(chǎng)，它完成了國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)首次溢油監(jiān)測(cè)工作;在電力應(yīng)用領(lǐng)域，它實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)巡線和電力架設(shè)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)3億元;在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面，它創(chuàng)新采用了一種超低空超微量施藥方式，大大提高了農(nóng)藥效用，在全國(guó)各地建立了130多平方千米示范應(yīng)用基地……

做項(xiàng)目，解新題，楊麗英與組內(nèi)成員一直致力于無(wú)人機(jī)的智能化提升。“我們還想做更有技術(shù)含量的工作，比如讓‘云鸮100無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)‘子母型系統(tǒng)集成，在空中釋放和回收小型多旋翼無(wú)人機(jī);給‘云雀無(wú)人機(jī)裝上手臂在高原進(jìn)行冰川樣本采集，我們還有很長(zhǎng)的路要走，我們不怕吃苦?！笨?/p>

（責(zé)編：王芳）