无人机已（yǐ）经走过（guò）了一个世纪的发展历程，民用无人机迅猛发展

在最近一段时间的新冠肺（fèi）炎疫情防控工作（zuò）中，无人机发挥了许多作（zuò）用，受到人们的广泛关注。

无人机是无人（rén）驾驶飞机的简称(英（yīng）语简称UAV)，个头可大可小。从最初（chū）的雏形诞生至今，无人机（jī）已经走过（guò）了一个世纪的发展历程，但无人（rén）机真正（zhèng）走进我（wǒ）们的生活，在娱乐（lè）、环（huán）保（bǎo）、交（jiāo）通等（děng）领域（yù）大（dà）展身（shēn）手，不过是最近十年的事。

1.百年前先驱探索

19世纪，无（wú）线电的发现和运用给人们远距离控制（zhì）机器的运行创造了可能（néng）。1898年（nián），物理（lǐ）学家特（tè）斯（sī）拉向人（rén）们展（zhǎn）示了通过无线（xiàn）电遥控一条模型船的航行，从而（ér）首次实现了（le）遥控技术的（de）应用。当（dāng）飞机被（bèi）人们发明（míng）出来（lái）并在第一次世（shì）界大战中得到（dào）应用后，发明家们开始（shǐ）尝试将遥控技术与飞机结合，制成一种无须飞行员亲自驾驶的（de）飞机。

早在（zài）1909年，美国工（gōng）程师就发明了一种名叫“陀螺（luó）仪”的（de）装置，可以测定（dìng）飞机（jī）的（de）飞行方向及机（jī）身正以什么样的姿势在空中飞行。这种装（zhuāng）置是现（xiàn）代飞机自（zì）动控制和惯性导航系统的核心组成（chéng）部分。这种装（zhuāng）置（zhì）出现后，美国（guó）海军对此很感兴趣，希望（wàng）以此为基（jī）础研究一种不（bú）需要飞行员驾驶（shǐ）的飞行器（qì）。当时，美国海（hǎi）军将其称之为“飞（fēi）行鱼雷”。为了提（tí）高飞行（háng）鱼雷的导（dǎo）航精度，美国西（xī）部电器公（gōng）司（sī）还为（wéi）它开发了（le）专用的（de）无线电导航系统。飞行鱼雷是无人（rén）机最早的雏形之一，而惯性（xìng）导航与无（wú）线电控（kòng）制技术，至今仍然是遥控无人（rén）机（jī）的核心技术。

1917年，英（yīng）国（guó）皇家飞行队的罗上尉（wèi）制造了一架遥（yáo）控（kòng）飞机。这是一架木制（zhì）结构（gòu）的飞机，通过安装（zhuāng）在卡（kǎ）车上的弹射装置起飞。罗上尉本希望可以通（tōng）过遥控的方式，让飞（fēi）机平稳飞行（háng）一段时间，但在实际的（de）飞行表演（yǎn）中，飞机刚刚起飞就失控了，仅仅（jǐn）飞（fēi）行了一（yī）小段距离便坠（zhuì）落到了地上。虽然试验遭遇失败，但由于飞机在飞行过（guò）程中（zhōng）的确响应了（le）罗上尉通过无线电发出的（de）控制信号（hào），因此这次（cì）试飞仍（réng）然被视为是无人机技术的发端（duān）。

2.战场上初（chū）露锋芒

飞行（háng）员在进（jìn）入战场作战前，需要像使用枪支的射手（shǒu）射击（jī）靶子一样，在训练（liàn）中实（shí）际攻（gōng）击（jī）天空中（zhōng）的靶机，来提升自己的（de）作战技能。地（dì）面（miàn）的高炮防空（kōng）部队也需要用靶机进（jìn）行训练。在（zài）两次世界大战（zhàn）期间，美国、英国和（hé）德国（guó）都开始了将无人机作为靶机的尝试。美国军方还（hái）发现（xiàn），无人机有可能方便快捷地在战场上传递信息，代替当时还广泛使（shǐ）用的传令兵，并在之前飞行鱼雷的基础上研（yán）发了“信使”无人机。

1941年，美国（guó）海（hǎi）军萌生了使用（yòng）无人（rén）机攻击敌人空中和地（dì）上目标的想法，研（yán）发了TDN-1和TDR-1型无人攻击机。1944年9月至10月间，这两（liǎng）种无人机在太（tài）平洋战争（zhēng）中（zhōng）小试牛（niú）刀，攻击了日军的（de）堡垒和火炮阵地等目（mù）标（biāo），取得了一定战果（guǒ）。

二（èr）战（zhàn）结束（shù）后，无（wú）人机开始投入战场侦察工作。世界上第一种实用型的无（wú）人（rén）侦察（chá）机是无（wú）线电控制的美国AN/USD-1战场无人监视机。这种飞机装（zhuāng）备有一台可以在白天工作的光学照相机和一台（tái）在夜（yè）间工（gōng）作的红（hóng）外照相机，通过火箭（jiàn）助推（tuī）器（qì）起飞（fēi），完成任务后释放降落伞降落。但它拍（pāi）来的照片还需要复杂耗时的处（chù）理和分析工作。

在冷战和（hé）越南战争期（qī）间，美（měi）军发现（xiàn）无人机除了照相外，还可以执行（háng）另一种形（xíng）式的搜索任务。无人机飞临（lín）敌人控制的空域后，可以诱骗敌（dí）人的防空雷达开（kāi）机，获得防空雷达的信号特（tè）征。敌人的高（gāo）炮、防空导（dǎo）弹、战斗机在拦截无人机的过程中，也会将自身的部署（shǔ）情况暴（bào）露。一旦（dàn）无人机被击（jī）落，因为没有（yǒu）飞行员（yuán）驾（jià）驶（shǐ），不会引起一系列的（de）后续问（wèn）题。在无（wú）人机第一次大（dà）规模实战应用（yòng）的越南战争期间，美（měi）军在战场上大量（liàng）使用“火（huǒ）蜂”型无（wú）人（rén）侦察机执行这方面的工（gōng）作。在此期间，还催（cuī）生（shēng）出了直（zhí）升机在半空回收无人机的技术。

3.新科技助力指令控制

进入上世纪（jì）80年代后（hòu），电（diàn）子工业（yè）和航空工业的（de）发展（zhǎn）为无人机（jī）发展带来了新的契机。此（cǐ）时，军用无人机的飞行控制技术出现了两大分支，自动飞（fēi）行控制系统（tǒng）和指令控制（zhì）系统。

自动飞（fēi）行控制系（xì）统需要（yào）在无（wú）人机起（qǐ）飞前将本次飞行（háng）的路（lù）径、高度和侦察目标（biāo）等信息设定好，无（wú）人机（jī）依靠这（zhè）些信息自（zì）己完（wán）成飞行任务。这种模式（shì）虽然看起来比较（jiào）简单，但一（yī）旦目标（biāo）位置出现了变化，提前设定的飞行路线就（jiù）得不到需要（yào）的（de）信（xìn）息（xī）了。而指令控制（zhì）模式，将（jiāng）飞行员的位（wèi）置由飞（fēi）机上搬到了地面站（zhàn）的控制（zhì）室中（zhōng）。得益于视频图像技术（shù）的发（fā）展，无人机（jī）可以（yǐ）通（tōng）过无线（xiàn）电信号实（shí）时将侦察图像信息传（chuán）回控制室，而（ér）控制员可以根据画面实（shí）时（shí）操控无（wú）人机（jī）飞行，根据瞬息万变的战场形势控制无人机飞行。上世纪80年代以后（hòu），指令控（kòng）制技术逐渐成为军（jun1）用无人机（jī）飞行控制（zhì）系统的主流。

此外，卫星通信（xìn）技术和GPS导（dǎo）航技术也给指令控（kòng）制技术的应用带来了帮（bāng）助。在（zài）应用卫（wèi）星通信前，无人机的飞行距离（lí）受到控制（zhì）信号传输和山川（chuān）阻挡等因素的限制。应用（yòng）卫星通信技术后，地面控（kòng）制（zhì）站可以将控制信号上传至太空中的通（tōng）信卫（wèi）星，由卫星中继放大后发送到无人机接收天线上（shàng），从而突破（pò）了地面障碍物和地平线的限制（zhì）。GPS导（dǎo）航（háng）技术，可以让（ràng）控制人员更准（zhǔn）确（què）地获（huò）取无人机的（de）位置（zhì），同时，在控制信号（hào）因为干扰中断时，无（wú）人（rén）机可以使用（yòng）GPS导（dǎo）航（háng）自主返航回收。

4.现代战争中代替（tì）侦察（chá）兵

在上世纪90年代初的（de）海（hǎi）湾战争（zhēng）和（hé）21世纪初的伊拉克战争中，无人机（jī）得到全（quán）方位的应用。两种美军现（xiàn）役的“明星无人机（jī）”——“捕食（shí）者（zhě）”和“全球鹰（yīng）”也在此期间开（kāi）始应用。

“捕食者”无（wú）人机源自于之前研发的“蚊”-750II型远程无人机，正式型号为RQ-1，该机（jī）是一种（zhǒng）长航（háng）时（shí）无人机（jī），采用（yòng）涡（wō）轮增（zēng）压的螺旋桨发（fā）动机（jī）作为动力（lì）。最（zuì）大续（xù）航时间（jiān）60小时，可在目标上空飞行24小时。侦察型的（de）“捕（bǔ）食者”配有光电/红外侦察设备（bèi），在白天和（hé）夜间均能执行侦察任务（wù）。在（zài）“捕食者”上（shàng），还装备（bèi）有一（yī）种被（bèi）称作“合成（chéng）孔径雷达”的新装备（bèi）。这种装备可以通过发射无线电信号并接收大地或（huò）目标反（fǎn）射（shè）信号（hào）的方式，绘制出目标的高分辨率图像。即（jí）便在有云层或雾（wù）气遮（zhē）挡的（de）情（qíng）况下，这种雷达依旧（jiù）可以返回与相机（jī）照（zhào）片类似的图（tú）像。从2000年起，美军（jun1）开始对“捕食（shí）者”进（jìn）行改进，使它（tā）具（jù）备（bèi）了使用（yòng）武器对敌（dí）人进（jìn）行攻击的能力。通过在无人机（jī）头部（bù）安装用于指引导弹打击目标的（de）激光指示器，“捕食者（zhě）”可以发射（shè）用来（lái）打（dǎ）击坦克（kè）、装甲车等（děng）目标的“地狱火”导（dǎo）弹。2006年，攻击（jī）型“捕食（shí）者（zhě）”的升级版MQ-9“死（sǐ）神”无人攻击（jī）机问（wèn）世，这种无人机体积更（gèng）大（dà）、性能更强，还能（néng）发射激光制（zhì）导炸弹等武器。

“全球（qiú）鹰”是一种无人侦察机（jī）。和“捕（bǔ）食者”一样（yàng），“全球鹰”也具备使（shǐ）用合成孔径雷达等多个频段的侦（zhēn）察设备获取（qǔ）战（zhàn）场信息（xī）的能力，可以（yǐ）执（zhí）行对陆地目标和海上目（mù）标的侦察任务（wù）。由于使用了喷气式发动（dòng）机作为动力（lì），“全球鹰”有着比“捕（bǔ）食（shí）者”更高的飞行速（sù）度（dù）。美军本来也（yě）打算将“全球鹰”无人侦察机改装（zhuāng）成攻击（jī）型无人机，但由于（yú）“全球鹰”的飞行高度较高，用来执行对（duì）地攻击任务并不十分合适，因此放弃（qì）了这（zhè）一想法。

除了“全球鹰”和“捕食者”这类大型无人机外，美军还研发（fā）了（le）小（xiǎo）型化的无（wú）人机（jī），如RQ-11“大乌（wū）鸦（yā）”和“龙眼（yǎn）”无人机。由于这些无（wú）人机体（tǐ）积（jī）轻巧、便（biàn）于携带，基层部队可以在（zài）日（rì）常巡逻中将（jiāng）无人（rén）机随身携带，一旦遇（yù）到战（zhàn）斗（dòu）情况，可以就地将无（wú）人机放飞，提（tí）供侦察支援，灵（líng）活（huó）性大大（dà）提高，特别适合反恐作战。

5.民用无（wú）人机迅猛发展（zhǎn）

虽（suī）然无人机技术的发展源于军事（shì）需（xū）求，但目前大家最熟悉的（de）无人机，还是那种有着多（duō）个旋翼（yì），可以灵活地（dì）在（zài）空（kōng）中（zhōng）运动或悬停，进行航（háng）拍活动的多旋翼（yì）无人（rén）机。这种无人机是自21世纪以来迅猛发（fā）展的（de）民用（yòng）无人机的典型（xíng）代表。

在多旋（xuán）翼无人机（jī）中，四旋翼无人机是最（zuì）常见的一种无人（rén）机类（lèi）型（xíng）。它和（hé）直升飞（fēi）机一样，是通过（guò）与机身平行的螺（luó）旋桨桨（jiǎng）叶产生的（de）升（shēng）力垂直（zhí）起飞，既无需机翼，又（yòu）不用设置（zhì）跑道（dào）来起（qǐ）飞降落，因而体积小（xiǎo）巧、使用方便。而和直升机这样的单旋翼（yì）飞（fēi）行器相比，多旋翼飞行器的螺旋（xuán）桨无需设置复（fù）杂的机械传（chuán）动装置，也（yě）不需要尾桨来抵消主螺（luó）旋桨带来（lái）的（de）旋（xuán）转，因（yīn）此多旋翼（yì）无人机不但具备理（lǐ）想（xiǎng）的（de）可靠性，还可以将制造成本（běn）控制得比较（jiào）低，能够以一般消费者（zhě）能承受的价格销（xiāo）售。更重要的是（shì），在内部控制程序的配合下，多旋翼（yì）无人（rén）机的操控（kòng）相当简单，非（fēi）专业飞行（háng）人员短时间内就能（néng）掌握基本的（de）操作（zuò）方法（fǎ），像玩（wán）电子（zǐ）游戏一样操控无人机的飞（fēi）行，为无人（rén）机的普及扫除了障碍。

多（duō）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（dài）表的（de）运动相机。运动相机可以获得比一般相机（jī）更加宽广的视（shì）野，拍摄（shè）高清晰度的照片或视频，体积重（chóng）量还十分小巧，特（tè）别适合（hé）安（ān）装在（zài）无人机上，获得（dé）从（cóng）天（tiān）空或高处向下（xià）的视（shì）角。无（wú）人机操控手们不（bú）但可以在飞行过程（chéng）中（zhōng）实（shí）时享（xiǎng）受无（wú）人机带来的视（shì）觉体验，拍摄的高（gāo）清照片、视（shì）频等还可（kě）以进行（háng）丰（fēng）富的后（hòu）期处理，得到更（gèng）炫（xuàn）酷（kù）的视觉效果。在（zài）无人机出现之前，进行航（háng）拍需要租用有飞行员驾驶的（de）飞机，不（bú）但过程相当繁杂，飞机租用（yòng）价格也绝非一般人可以承担。而在无人（rén）机出（chū）现之后，个人（rén）就（jiù）可以（yǐ）进行日常的业余（yú）航拍活动。在（zài）运动会等大型活动（dòng）现场，无人（rén）机也（yě）已（yǐ）经成了必（bì）备的拍摄（shè）工具。

进入21世纪后，由于基础（chǔ）技术的发展，民用无人机（jī）的各个（gè）组成部分（fèn）性（xìng）能越来（lái）越（yuè）强、重量越来越轻，成本也越来越低，给无人机的普及创造了条件。目（mù）前，无（wú）人（rén）机搭载的高性能FPGA芯片，可以实现（xiàn）双CPU的（de）功能（néng），处理各种传感器传来的无人机状态信息，控制无人（rén）机的高效飞（fēi）行。Wifi技术的发展（zhǎn）让手机上网更方（fāng）便，也（yě）给民用无（wú）人机的信号传输（shū）提供了一（yī）种简单（dān）有效的（de）实现方式，可（kě）以在一定距（jù）离内传输（shū）控制和影像信号。在（zài）续航方面，由于锂电池技（jì）术的（de）发展，用一块重（chóng）量不（bú）大的（de）电池就可以让（ràng）无人（rén）机在（zài）天空中（zhōng）飞行一段时间。

除了（le）四旋翼无人机外，固（gù）定翼无人（rén）机也在民用领域得到了广泛的应用。与四旋翼无人机或多旋翼无人机相比，固定（dìng）翼无（wú）人机（jī）的续（xù）航（háng）时间更长，飞行高度更高、活动范围更大（dà），采用更加可靠的控制系统（tǒng）和信（xìn）号传输系统，因此比（bǐ）四旋翼无人机更适合专（zhuān）业生（shēng）产领域的应用。

6.无人机越来越“万能”

除了娱乐航拍的功能外，民用无人机还有多种多样的本领（lǐng）。大城市道（dào）路大多拥（yōng）堵严重，在发（fā）生交通事故时（shí），无人（rén）机可（kě）快速低空飞抵事故（gù）现场，第一时（shí）间进行执法（fǎ）拍摄（shè）取证。它（tā）传回（huí）的图像还能让交通（tōng）部门（mén）更好地疏导拥堵的交通（tōng），从而更快到达现场进行事（shì）故（gù）救（jiù）援工作。

遇到犯罪分子（zǐ）驾车（chē）逃窜时（shí），无人机可以在空中跟（gēn）踪罪犯的踪迹，引导警察（chá）实施抓捕。

在高层建筑发生火灾（zāi）时，消防员可以（yǐ）释放无人机航（háng）拍，快（kuài）速获取火灾蔓延情况（kuàng）和被困人员位（wèi）置，准（zhǔn）确部署灭（miè）火（huǒ）力量。

当洪水（shuǐ）发生（shēng）时，无人机可（kě）携带救生绳或救生（shēng）圈，并将（jiāng）其投（tóu）送到需要者身（shēn）边。

对（duì）位（wèi）于偏（piān）远地区（qū）的输电线路和石油管道，可以让无人机进行线路巡检的工作。无（wú）人机出动一次（cì）就可以（yǐ）巡检几十甚至上（shàng）百公里的线路，减（jiǎn）轻（qīng）了工人的工作（zuò）负担。

未来，在（zài）网购之后，人们还可（kě）能收到无人机送来的快递包（bāo）裹。快递企业（yè）计划用四旋翼或八旋翼无人（rén）机，在10公里的范围（wéi）内派送重量不（bú）超过10公斤的包裹。无人机不会取代快（kuài）递小哥们（men）的工作（zuò），而（ér）是会专（zhuān）注于紧急快件和偏（piān）远地区快件（jiàn）的派送，提（tí）高配送效率，减少人（rén）力、运力成本。目前，国外的（de）亚马逊、DHL和（hé）国内的（de）顺丰、京东等快（kuài）递物（wù）流（liú）企（qǐ）业，都在开展无人机（jī）配送快递的尝试。德（dé）国DHL公司已经开始使用无人机，为居住（zhù）在偏远海岛上的人们送去药品等必需物资。亚马逊推出的PrimeAir服务（wù），可以将包裹在30分钟（zhōng）内送（sòng）交（jiāo）客户。美国邮政（zhèng）还研（yán）制出了一种（zhǒng）电（diàn）动（dòng）邮政汽车和无（wú）人机结（jié）合的派送模式，由（yóu）司机驾驶电（diàn）动邮车到（dào）达社区，再由无人机从邮车上自动取（qǔ）走（zǒu）包裹、送（sòng）交住户（hù）。2017年，中（zhōng）科院工热所还成功（gōng）研制（zhì）了世界上（shàng）第一种大型货（huò）运无人机。这种无（wú）人机可以在（zài）极短的跑道（dào）上起飞降落，一（yī）次可以运输重达1.5吨的货物，特别适合将（jiāng）一批快递包裹集中运到偏（piān）远的乡镇和村庄，使那（nà）里的人们也能享受网购（gòu）带来的便利。2018年，中国邮政在（zài）浙江安吉山村地区开通（tōng）了第一条无人机配送航线，试点（diǎn）偏远地区配送服务（wù）。

炫（xuàn）彩世（shì）界

无人机（jī）集（jí）群不仅是（shì）“表演”

这些（xiē）年，我（wǒ）们经（jīng）常（cháng）能够看到无人机编队（duì）表演的新（xīn）闻报（bào）道（dào）。成百上千架无人机（jī），在夜色中（zhōng）通过自身（shēn）携带的彩色（sè）灯光设备，组成各种各样的美（měi）丽图案，甚至（zhì）还能随着音乐（lè）节奏的（de）变化（huà）翩（piān）翩起舞。这种（zhǒng）奇观的（de）出（chū）现，得益于无人机集群技术的（de）发展。

实际（jì）上，早在（zài）这种表演为人（rén）所知之（zhī）前，无人机集群技术在军事领域就已（yǐ）经得到了发（fā）展与应用（yòng）。2000年（nián），美国国防部的高级（jí）计划局（jú）就启动（dòng）了有关研究项目，通过借鉴蚂蚁的群（qún）体组（zǔ）织方法（fǎ），研究（jiū）多（duō）架无人机（jī）在空中协同发（fā）现（xiàn）目标的技（jì）术。经过（guò）近二十年（nián）的（de）发展，无人机集群（qún）技术已经日臻成熟。在执行（háng）任务的过（guò）程中，集群（qún）中的无（wú）人机（jī）要组织好自（zì）己（jǐ）的队（duì）形，在（zài）完成任务的同时（shí）避免发生碰撞。同（tóng）时，无人机（jī）之间还要分享所处位置（zhì）态势的感知，一（yī）架（jià）无人（rén）机所观察到的情况（kuàng）可以（yǐ）被所有无人（rén）机掌握。这样（yàng），大量无人机（jī）可以在单（dān）一操作员的指（zhǐ）挥下，完成一架无人机所不可能完成的（de）各（gè）种任务。

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