无人（rén）机已经走过了（le）一个世纪的发展历程，民用（yòng）无人（rén）机迅（xùn）猛发展

在（zài）最（zuì）近一段时间的新冠肺炎疫情防控工作中，无人机发挥（huī）了许多作（zuò）用，受到（dào）人们的广泛关（guān）注。

无人机是（shì）无（wú）人驾驶飞机（jī）的简称(英语简（jiǎn）称（chēng）UAV)，个头可大可小。从最初的雏（chú）形诞生（shēng）至今，无人机已（yǐ）经走过了一个世纪的发（fā）展历程，但无人机真正走进我们的生活，在娱（yú）乐、环保、交通等（děng）领域大展身手（shǒu），不过（guò）是最近十年（nián）的事（shì）。

1.百年前先驱（qū）探索

19世纪（jì），无线电的发现和运用给人们（men）远（yuǎn）距离控（kòng）制机器的运（yùn）行创（chuàng）造了可能。1898年，物理（lǐ）学家特斯拉（lā）向人们展示（shì）了通过无（wú）线电（diàn）遥控（kòng）一条模型船的航行，从而首次（cì）实现了遥控技术的应用。当飞（fēi）机被（bèi）人们发明出来并在第一次世（shì）界大战中得到应用（yòng）后（hòu），发明家们开始（shǐ）尝试（shì）将（jiāng）遥控技术（shù）与（yǔ）飞（fēi）机（jī）结合，制成一种（zhǒng）无须飞行（háng）员亲（qīn）自驾（jià）驶的飞机（jī）。

早在1909年，美国工程师就发（fā）明了（le）一种名叫“陀（tuó）螺仪（yí）”的装置，可以测定飞机的（de）飞行方向及机身（shēn）正以什么样的姿（zī）势在（zài）空（kōng）中（zhōng）飞（fēi）行。这种装置（zhì）是现代飞机（jī）自（zì）动控制（zhì）和（hé）惯性导航（háng）系统的核心组成部分。这种装置出现（xiàn）后，美国海军对此（cǐ）很感兴趣，希望以（yǐ）此为基础研究一种不需要飞行员驾驶（shǐ）的（de）飞行器。当时，美国海军将其称（chēng）之为“飞行鱼（yú）雷”。为了提（tí）高飞（fēi）行鱼（yú）雷的（de）导（dǎo）航精度，美国西部电器公司还为它（tā）开（kāi）发了（le）专用的（de）无线（xiàn）电导航（háng）系统。飞行（háng）鱼雷（léi）是无人机最早的雏（chú）形（xíng）之一，而惯（guàn）性导航与无线电（diàn）控制技术，至今仍然（rán）是遥（yáo）控无人机（jī）的（de）核心技术。

1917年，英国皇家飞行队的罗上尉制造了（le）一架遥控飞机（jī）。这是一架木制结构（gòu）的飞机，通过安装（zhuāng）在卡车上的（de）弹射装置起飞。罗（luó）上尉本希望可以通（tōng）过遥控的方式，让飞机平稳飞行一段时间，但在实际的（de）飞行表演中，飞机（jī）刚刚起飞就失控了，仅仅飞行了一小段距离便坠落到（dào）了（le）地上。虽然（rán）试验遭遇失败（bài），但由于飞机在（zài）飞行过程（chéng）中的确响应了罗上（shàng）尉（wèi）通过无（wú）线电发出的控制信号，因（yīn）此这次（cì）试飞仍然被视为是无人机技术（shù）的（de）发（fā）端（duān）。

2.战场（chǎng）上初露锋芒

飞行员在进（jìn）入战场（chǎng）作战（zhàn）前，需要像使用（yòng）枪支的射（shè）手射击靶（bǎ）子一（yī）样，在训练中实（shí）际（jì）攻击天空中的靶机，来提升（shēng）自己的作战技能。地（dì）面的高炮（pào）防空（kōng）部队也需要用靶机进行训练。在两次（cì）世界大（dà）战期（qī）间（jiān），美（měi）国、英国和德（dé）国都开（kāi）始了将无人机作为靶机的尝试。美（měi）国军方还（hái）发（fā）现，无人机（jī）有可能方便快捷（jié）地在战场上传递信（xìn）息，代替（tì）当时（shí）还广泛使（shǐ）用的传令兵，并在之前飞行鱼雷的（de）基础上研发了（le）“信使”无人机。

1941年，美国（guó）海（hǎi）军萌生了使用无（wú）人机攻击敌人空中和地（dì）上目标的想法，研发了（le）TDN-1和TDR-1型无人攻击机。1944年9月至10月间（jiān），这（zhè）两种无（wú）人（rén）机在太（tài）平（píng）洋战（zhàn）争中小试牛刀，攻击了日军的堡垒和火炮阵（zhèn）地等（děng）目（mù）标（biāo），取得了一定战果。

二战（zhàn）结束后，无人机开始投入战场侦察工作。世界上第一（yī）种实用型的无人（rén）侦察机是（shì）无线电控制的美国（guó）AN/USD-1战场无人监视机。这种飞（fēi）机装备有一台可（kě）以在白天（tiān）工（gōng）作的光（guāng）学照相机和一台在夜间工作的红外照（zhào）相机，通过火箭助推器起飞（fēi），完成（chéng）任务后释（shì）放降落伞（sǎn）降落。但它拍来的照片还需要复杂耗（hào）时（shí）的处理和（hé）分析工作。

在冷战和越南（nán）战争期间，美军发现无（wú）人机除了照（zhào）相外，还可以（yǐ）执行另（lìng）一种（zhǒng）形式的搜索任（rèn）务。无人机飞临敌人控制（zhì）的空域后，可以诱骗敌人的防（fáng）空雷达开机，获得防空（kōng）雷达的信号特（tè）征。敌人的高炮、防（fáng）空导弹、战斗机（jī）在拦截无人机的过程中，也会将自身的部署情况暴露。一旦无人机（jī）被击落（luò），因（yīn）为没（méi）有飞行员驾驶，不会引起一系列（liè）的后续问（wèn）题。在无（wú）人机第一次大规（guī）模（mó）实战（zhàn）应用的越（yuè）南战争期间，美军在战场上大量使用“火（huǒ）蜂（fēng）”型无人侦察机执行这方面的工作。在此期间，还催生出了直升机（jī）在半空回（huí）收无人机的技（jì）术。

3.新科（kē）技（jì）助力（lì）指令控制（zhì）

进入（rù）上世纪80年代（dài）后（hòu），电子工业和航空工业的发展（zhǎn）为无人机（jī）发展带来了新的契机（jī）。此时，军用无人机的飞行控制技术出现了（le）两大分支，自动飞行控（kòng）制系统和指令控制系统。

自动飞行控制系统（tǒng）需要在（zài）无人机起飞前将本次飞行的（de）路径、高度和侦（zhēn）察目标（biāo）等信息设定好，无人机依靠这（zhè）些信息自己完成飞（fēi）行任务。这种模式虽然看起来（lái）比较简单，但（dàn）一旦目标位置（zhì）出（chū）现（xiàn）了变化，提前设定的（de）飞行（háng）路线就得不到需要的信息了。而指令控制模式（shì），将飞行员的位置（zhì）由飞机（jī）上搬到（dào）了（le）地面站的控制室中。得益（yì）于视频（pín）图（tú）像技（jì）术的发展，无人机可以通（tōng）过无线电信号实时将侦察（chá）图像信（xìn）息传回控（kòng）制（zhì）室，而控制员（yuán）可以根据画面实时操（cāo）控无人机飞（fēi）行，根据（jù）瞬息万变的（de）战场形势控（kòng）制无人机飞行。上世纪80年代以后（hòu），指令控制技术逐渐成为军用无人机飞行控制系统的主流（liú）。

此外（wài），卫（wèi）星通信技术和（hé）GPS导航（háng）技术也给（gěi）指令控制技术的应用带来了帮（bāng）助。在应用卫星通信前，无人机的飞行距离受到控制信号传输和山川（chuān）阻挡等因素（sù）的限制（zhì）。应用卫（wèi）星通信（xìn）技术（shù）后（hòu），地面控制站可以将控（kòng）制（zhì）信号上传至（zhì）太空中的通信卫星，由（yóu）卫星中继放大后发送到（dào）无人机接收天线（xiàn）上，从而（ér）突破了地面（miàn）障碍（ài）物和（hé）地平线的（de）限（xiàn）制（zhì）。GPS导航技（jì）术，可以让控制人（rén）员更准确地获取无人机（jī）的位置，同时，在控制信号因（yīn）为干扰中（zhōng）断时，无人机（jī）可以使（shǐ）用GPS导航自主返（fǎn）航回收（shōu）。

4.现代战争（zhēng）中代（dài）替侦察（chá）兵

在上（shàng）世（shì）纪（jì）90年代初的海湾战争和21世纪初的伊拉克战争中（zhōng），无人机得到（dào）全方位的应用。两种美军现役的“明星（xīng）无人机”——“捕食（shí）者”和“全球鹰”也在此期间开（kāi）始应用。

“捕食者”无人（rén）机源自于之前研发的“蚊（wén）”-750II型远程无人机，正式型号为RQ-1，该机是一（yī）种长航时（shí）无人机（jī），采用涡轮增压（yā）的螺旋桨发动机作为（wéi）动力。最大续航时间60小（xiǎo）时（shí），可在目（mù）标上空飞行24小时。侦察型的“捕食者”配有光电/红外侦察设备，在白天和夜间均能执（zhí）行侦（zhēn）察（chá）任务。在“捕食者（zhě）”上（shàng），还装备有一种被称作（zuò）“合成孔径雷达”的新装备。这（zhè）种装备（bèi）可（kě）以通过发（fā）射无线电信号并接收大地（dì）或目标（biāo）反射信号的方式（shì），绘（huì）制出（chū）目标的高分（fèn）辨率图像（xiàng）。即（jí）便在有云层或雾气遮挡的情况（kuàng）下（xià），这种（zhǒng）雷达依旧（jiù）可以返回与相机照片类似的图像。从2000年起，美（měi）军（jun1）开始对“捕食者”进行改进，使它具备了使（shǐ）用武器对（duì）敌（dí）人进行攻击的能力。通过在无人机头部安（ān）装用于指引导弹（dàn）打击目标的激光指示器，“捕（bǔ）食者”可以发射用来打击坦克、装甲（jiǎ）车等目标的“地狱火”导弹（dàn）。2006年，攻击型“捕食者”的升级版MQ-9“死（sǐ）神”无（wú）人攻击机问世，这种无人（rén）机体积更大、性（xìng）能更强（qiáng），还（hái）能发射（shè）激光制（zhì）导炸弹等（děng）武器。

“全球（qiú）鹰”是一种无人侦察机。和（hé）“捕食者”一（yī）样，“全球鹰”也具（jù）备使用合成孔径雷达等多个（gè）频段的侦察设备获取战场信息的能力，可以执（zhí）行对陆地目标和（hé）海（hǎi）上目标的侦察任务。由于使用了（le）喷气式发动机作为动力（lì），“全（quán）球鹰”有着比“捕食者”更高的飞行速度。美军本来也打算将（jiāng）“全（quán）球鹰”无人侦察机（jī）改装成（chéng）攻击型（xíng）无人机，但由于“全球鹰”的飞行高度较高，用来执行对地攻击任务并不十分合（hé）适，因此（cǐ）放（fàng）弃了这一想法（fǎ）。

除了“全球鹰”和（hé）“捕食者”这类（lèi）大（dà）型无（wú）人机（jī）外，美军还研发（fā）了小（xiǎo）型化的无人（rén）机，如RQ-11“大乌鸦”和“龙（lóng）眼”无人机。由于这些无人机（jī）体积轻巧（qiǎo）、便于携带，基层部队可以在日常巡逻中将（jiāng）无人机随身（shēn）携带，一旦遇到战（zhàn）斗情（qíng）况，可以就地将无人机放飞，提供（gòng）侦察支援，灵活性大大提高，特别（bié）适合反恐作战。

5.民用（yòng）无（wú）人机迅猛发展

虽然无人机技术的发展（zhǎn）源于军事需求，但目前大（dà）家（jiā）最熟悉（xī）的无人（rén）机，还是（shì）那种有（yǒu）着多个旋翼，可以灵活（huó）地在（zài）空中运动（dòng）或悬停，进行航拍活动的多（duō）旋翼（yì）无人机。这（zhè）种无人机是自21世（shì）纪以来迅猛发展（zhǎn）的（de）民用无人机的典型代表（biǎo）。

在多旋（xuán）翼（yì）无人机中，四旋（xuán）翼无人机是最常见的一种（zhǒng）无人机类型（xíng）。它和直升飞机一样，是通过与（yǔ）机身平行的螺旋桨桨叶产生（shēng）的升（shēng）力垂直起飞，既无（wú）需机翼，又不用（yòng）设置跑道来起（qǐ）飞（fēi）降落，因而体积小巧、使用方便（biàn）。而和直升机（jī）这样的单（dān）旋翼飞行器相（xiàng）比，多（duō）旋（xuán）翼飞行器的螺旋桨无需（xū）设置复杂的机械（xiè）传动装置，也不需要尾桨（jiǎng）来（lái）抵消主螺旋桨（jiǎng）带来的旋转，因（yīn）此多（duō）旋翼无人机不（bú）但具备理想的可靠性，还可以将制造（zào）成本控制得（dé）比较低（dī），能够以一般消费者能承受（shòu）的价格销售（shòu）。更重要的是，在（zài）内部控制程序的配合下，多旋翼无人机的操控相（xiàng）当简单（dān），非（fēi）专业飞行人员短时（shí）间内（nèi）就能掌握（wò）基本的操作方（fāng）法，像玩电子游戏（xì）一样操控无人机的飞行，为无人机的普及扫除了障碍。

多旋翼民用无人机能够迅速兴起（qǐ）的（de）另外一个关键设（shè）备（bèi），是以（yǐ）GoPro为代表的运动相机。运动相机可以获得比一般相机更加宽（kuān）广（guǎng）的（de）视野，拍摄高清晰度的照片或视频，体积重（chóng）量还（hái）十分小巧，特（tè）别适合安装（zhuāng）在无人机上，获得从天空或高处向（xiàng）下的视（shì）角。无人机操（cāo）控手们不但可以在飞行（háng）过程中实时享受无人机带（dài）来（lái）的视觉体验，拍摄的高清照片、视频等还可以进行（háng）丰富的后期处理，得到更炫酷的视觉效（xiào）果。在无人机出现之（zhī）前，进行（háng）航拍需（xū）要租用有飞行（háng）员驾驶的飞机，不但（dàn）过程（chéng）相当繁杂，飞机租用价格（gé）也绝非一（yī）般（bān）人可（kě）以承担。而（ér）在无（wú）人机出现（xiàn）之（zhī）后，个人就可（kě）以进行日常的业（yè）余航拍活动。在运动会等大型活动现场，无人机也已经成了必备的拍摄工具。

进入21世纪后（hòu），由于基（jī）础技术的发（fā）展，民用无人（rén）机的各个（gè）组成部分（fèn）性能越（yuè）来（lái）越强、重量越来越轻，成本也（yě）越来越低（dī），给无人机的普及创造（zào）了条（tiáo）件（jiàn）。目前（qián），无人（rén）机（jī）搭载的（de）高性能FPGA芯片，可以实现双CPU的功能，处理（lǐ）各种传感器（qì）传来的无人机状态信息，控制（zhì）无人（rén）机的高效飞（fēi）行。Wifi技术的发展让（ràng）手机上网更方便，也给（gěi）民用无人（rén）机的信号传输（shū）提供了一种简（jiǎn）单有效的实现方式，可以在（zài）一（yī）定距离（lí）内（nèi）传输控制（zhì）和影像信（xìn）号。在续航方面，由于锂电（diàn）池技（jì）术的发展，用一（yī）块重量不大的电池就（jiù）可以让无人机在（zài）天（tiān）空中飞行一段时（shí）间。

除了四旋翼无人机外，固定翼无人机也在民用领域（yù）得（dé）到了广泛的应用。与四旋翼无人机或多旋翼无人机相比（bǐ），固定翼（yì）无人机（jī）的续航时间更长，飞行高度更（gèng）高、活动范（fàn）围更大，采用更加可靠（kào）的控制系统和信号传输系（xì）统，因（yīn）此比四旋（xuán）翼无人机（jī）更适合专业（yè）生产领域的（de）应用（yòng）。

6.无人（rén）机越来越（yuè）“万能（néng）”

除（chú）了娱乐航拍的功能外，民（mín）用无人机（jī）还有多种多样的（de）本领。大城市道路大多拥（yōng）堵严重，在发生交通事故时（shí），无人机可快速（sù）低空飞（fēi）抵事（shì）故（gù）现场，第一时间进行执法拍（pāi）摄取（qǔ）证。它传（chuán）回的图像（xiàng）还能让（ràng）交（jiāo）通（tōng）部门更好地疏导拥堵的交通，从而（ér）更（gèng）快到达现场进（jìn）行事故（gù）救援工（gōng）作。

遇到犯罪（zuì）分子驾车（chē）逃（táo）窜时，无人机可以在空（kōng）中（zhōng）跟踪罪犯的（de）踪迹（jì），引导警察实（shí）施抓捕。

在高层建筑发生（shēng）火灾时（shí），消防员可以释放无人机航拍，快（kuài）速获（huò）取火灾蔓延情况和被困人员位（wèi）置，准确部署（shǔ）灭火力量。

当（dāng）洪水发生时，无（wú）人机可携带救生（shēng）绳或（huò）救生圈（quān），并将其投（tóu）送到需要者身边。

对位于（yú）偏远地区的输（shū）电线路（lù）和（hé）石油管（guǎn）道，可以让无人机（jī）进行线路巡（xún）检的工作。无人（rén）机出动（dòng）一（yī）次就可以巡检几十甚至上百公里的线路，减（jiǎn）轻（qīng）了（le）工人的工作负（fù）担。

未（wèi）来，在（zài）网购之后，人们还（hái）可能收到（dào）无人机送（sòng）来的快（kuài）递（dì）包裹。快递企业（yè）计划（huá）用四旋翼或八旋（xuán）翼无（wú）人机，在10公里的范（fàn）围内派送重量（liàng）不超过10公（gōng）斤的包裹。无人（rén）机不会取代快（kuài）递小哥们（men）的工作，而是会（huì）专（zhuān）注（zhù）于（yú）紧急快件和偏远地区（qū）快件的派送，提高配送效率，减少人力、运力（lì）成（chéng）本。目前，国外的亚马逊、DHL和国内的顺丰、京东等快（kuài）递（dì）物流企业，都在开展无（wú）人机配（pèi）送快（kuài）递（dì）的尝试。德国DHL公司已经开始使用无人机（jī），为居住（zhù）在偏远（yuǎn）海（hǎi）岛上的人们送去（qù）药品等必（bì）需物（wù）资。亚（yà）马逊（xùn）推出的PrimeAir服（fú）务，可以将包（bāo）裹在30分钟内送交客户（hù）。美国邮政还研制出了一种电动邮（yóu）政汽车和无人（rén）机结合的派送模式，由司机（jī）驾驶电动邮车（chē）到达（dá）社区，再由无人（rén）机从（cóng）邮车上（shàng）自动取走包裹、送交住户。2017年，中科院（yuàn）工热所（suǒ）还成功研制了（le）世界上第一种（zhǒng）大型货运无人（rén）机。这种无人机可以在极（jí）短（duǎn）的跑道上（shàng）起飞降落，一次可以运（yùn）输（shū）重达1.5吨的货物（wù），特别适合将一批快递包裹集中运到偏远的乡镇和村（cūn）庄，使那里（lǐ）的（de）人（rén）们也能（néng）享受网购带（dài）来的便利（lì）。2018年（nián），中国（guó）邮政（zhèng）在浙江安吉山村地区开（kāi）通了第（dì）一条无人机配送航线，试点偏远地区配送服（fú）务。

炫彩世界（jiè）

无人（rén）机集群不仅是“表演”

这些年，我们经常能够看到（dào）无人机编队表演（yǎn）的新闻（wén）报（bào）道。成百上千架无人机，在夜色中通（tōng）过自身携带的彩色灯光设备（bèi），组成各种各样的美（měi）丽图案，甚至还能随（suí）着音乐节奏的（de）变（biàn）化（huà）翩翩起舞。这种奇观的出现（xiàn），得益（yì）于无人机集（jí）群技术的（de）发（fā）展。

实际上，早（zǎo）在这种表演（yǎn）为人所（suǒ）知之前，无（wú）人机集群（qún）技术在军事领域（yù）就已（yǐ）经得到了发展与应用。2000年（nián），美国国防部的高级计划局就（jiù）启动（dòng）了（le）有关（guān）研究项目，通过借鉴蚂蚁的群体组织方法（fǎ），研究多架无人机在空中协同发现（xiàn）目标的技术。经过近二十年的发展，无人机（jī）集（jí）群技术已经日臻成熟。在执行任（rèn）务的（de）过程中，集群中的无人（rén）机要组织好自己的队（duì）形，在完成任（rèn）务（wù）的同时避（bì）免发生碰撞。同时，无人机之间还要分享所处位置态势的感（gǎn）知，一架无人机所（suǒ）观察到的情况可以被所有无（wú）人机掌（zhǎng）握。这样，大量无（wú）人（rén）机可以在单一操作员的（de）指（zhǐ）挥下，完成一架无人机（jī）所不可能完成的（de）各种（zhǒng）任务（wù）。

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