无人机已（yǐ）经走过了一个（gè）世（shì）纪的发展历程，民（mín）用无人机迅（xùn）猛发展

在最（zuì）近一段时（shí）间的新冠肺炎疫情防控工作中，无人机发挥了许多作（zuò）用，受（shòu）到人们的（de）广泛（fàn）关（guān）注。

无（wú）人（rén）机是无（wú）人（rén）驾驶飞机的简称（chēng）(英语简称UAV)，个头可大（dà）可小。从（cóng）最初的雏形诞生至今，无人机已（yǐ）经走过了一个世纪（jì）的发展历程，但无人机（jī）真（zhēn）正（zhèng）走进我们的生活（huó），在娱乐、环保（bǎo）、交通等领（lǐng）域（yù）大（dà）展身（shēn）手，不（bú）过是最近十年的事。

1.百年前先驱探（tàn）索（suǒ）

19世纪，无（wú）线电（diàn）的（de）发现和运用给人们（men）远距离（lí）控制（zhì）机器的（de）运行创造了（le）可能。1898年（nián），物理学家（jiā）特（tè）斯拉向（xiàng）人们展（zhǎn）示了通过无线（xiàn）电遥控一条模型船的航行，从而首（shǒu）次实现（xiàn）了遥控技术（shù）的应用。当飞机被人们发明出来（lái）并在第一次世（shì）界大战（zhàn）中得到应用后，发明家们（men）开始尝试将遥控技（jì）术与（yǔ）飞（fēi）机结合，制成一种无须（xū）飞行员亲自驾驶的飞机。

早在（zài）1909年，美国（guó）工程师就发明了一种名叫“陀螺仪”的装置，可以测定飞机（jī）的飞行（háng）方（fāng）向及机身正以什么样（yàng）的姿势在空中飞行。这种（zhǒng）装置（zhì）是现代飞机自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，美国海军对（duì）此（cǐ）很感（gǎn）兴趣（qù），希望以此为基础研究一（yī）种不需要飞行员驾驶的飞行器。当时，美国海军将（jiāng）其称之（zhī）为“飞行鱼（yú）雷”。为了（le）提高飞（fēi）行鱼雷的导航精度，美国（guó）西部（bù）电器公（gōng）司还为它开发了专用的（de）无线电导航系（xì）统。飞行鱼雷是无（wú）人机（jī）最早的（de）雏形之一，而（ér）惯（guàn）性导航与无线电控制技术，至今仍然是遥控无人机（jī）的核心技术。

1917年，英（yīng）国（guó）皇家飞行队的罗（luó）上尉（wèi）制造了一（yī）架遥控飞机。这是（shì）一架（jià）木制结（jié）构的飞机，通过（guò）安（ān）装在卡（kǎ）车上的弹射装置起飞（fēi）。罗上尉本希望可以通（tōng）过遥控的方式，让飞机平稳飞行（háng）一（yī）段时间，但在实际的飞（fēi）行表（biǎo）演中，飞（fēi）机刚刚起飞就（jiù）失控了（le），仅仅飞行了一小段距离便坠落到了地上。虽然试验遭遇失败，但（dàn）由于飞机在飞行过程中（zhōng）的确（què）响应（yīng）了罗上尉通过无（wú）线电（diàn）发出的控制信（xìn）号，因此这（zhè）次试飞仍（réng）然被视为是无人机（jī）技术（shù）的发端。

2.战场上（shàng）初露锋芒（máng）

飞行员在进入（rù）战场作战前（qián），需要像（xiàng）使（shǐ）用枪支的射手（shǒu）射击靶子（zǐ）一样，在（zài）训练中实际（jì）攻击天空中的靶机，来提升自己的作（zuò）战（zhàn）技能。地（dì）面的高炮（pào）防空部（bù）队也需要用（yòng）靶（bǎ）机进（jìn）行训练（liàn）。在两次世界（jiè）大战期间，美国、英国和德国（guó）都开始了（le）将无人机作为靶机的（de）尝试。美国军方还发现，无人机有可能方便快捷（jié）地在（zài）战（zhàn）场上传递（dì）信（xìn）息，代替当（dāng）时还广泛使用的传令兵，并在（zài）之前飞行鱼雷（léi）的基础上研发了“信使”无人机。

1941年（nián），美国海军萌生了使用无人机攻击敌人（rén）空中和地上目标的想法，研发了TDN-1和（hé）TDR-1型（xíng）无人攻击机。1944年9月至10月间，这（zhè）两种无人机在太平洋战争中小试牛刀，攻（gōng）击了（le）日军的堡垒和火炮阵地等目标，取得（dé）了一（yī）定战（zhàn）果。

二战结束后，无（wú）人机开始投（tóu）入战场侦察工作（zuò）。世界上第一种实用型的无人侦察（chá）机（jī）是（shì）无线电控制的美（měi）国AN/USD-1战场无人监视机。这种（zhǒng）飞机装（zhuāng）备有一（yī）台可（kě）以在白天工（gōng）作的光学照相机（jī）和一（yī）台在夜间工作的红外照相机，通（tōng）过火（huǒ）箭助（zhù）推器起飞，完（wán）成（chéng）任务后释放降落伞降落。但它拍（pāi）来的照片还需要复（fù）杂耗时的（de）处理和分析工（gōng）作。

在冷战和越（yuè）南战（zhàn）争期间，美军发现无人机除了照相外，还可以执行另一种形式（shì）的搜索任务。无人机飞（fēi）临敌人控（kòng）制的空域后，可以（yǐ）诱骗敌人的防（fáng）空雷达开机，获得（dé）防空雷达的信号特征。敌人的高炮、防空导弹（dàn）、战斗机在拦截无人机的过（guò）程中（zhōng），也会将自身（shēn）的部署情况暴露。一旦无（wú）人（rén）机被击落，因为（wéi）没有（yǒu）飞行员驾驶，不会引起一（yī）系列的后续问题。在无人机（jī）第一次大（dà）规（guī）模实战应用的越南战争期间，美军（jun1）在战场上（shàng）大量使用“火蜂”型无人侦察机执（zhí）行这方面的工作。在此期间，还催生出了直升机在半空回收无人（rén）机的技术（shù）。

3.新科技助力指令控制

进入上世（shì）纪80年代后，电子工业和航空工业的发展为无（wú）人机发展带来了（le）新的契（qì）机。此时（shí），军用无（wú）人机的飞行（háng）控制技术出现（xiàn）了两大分支，自动飞行控（kòng）制系统和（hé）指（zhǐ）令控制系统（tǒng）。

自动飞行控制系统需要在无（wú）人（rén）机起飞前将本（běn）次飞行的路（lù）径、高（gāo）度和侦（zhēn）察目（mù）标等信息设定好，无人机依靠（kào）这些（xiē）信息自己（jǐ）完成飞行任务。这种模式虽（suī）然看起来比较简单，但一（yī）旦目（mù）标（biāo）位置出（chū）现了变（biàn）化，提前（qián）设定的飞行路线（xiàn）就得不到需要的信息了。而（ér）指令控制模（mó）式，将飞行员（yuán）的位置由飞机上搬到了地面站（zhàn）的控制室中（zhōng）。得益于视频图（tú）像技（jì）术的发展，无（wú）人机可以通过无（wú）线电信号实时将侦察图像信息传（chuán）回（huí）控制室，而（ér）控制员（yuán）可以根据画面实时操控无人机飞（fēi）行，根据（jù）瞬息万变（biàn）的（de）战（zhàn）场形势控制无人机飞行。上（shàng）世（shì）纪80年代以（yǐ）后，指令控制技术逐渐成为（wéi）军（jun1）用无人机飞行控制系统的（de）主流。

此外，卫星通信技术和GPS导航技术（shù）也（yě）给指令（lìng）控制技术的应用带来了帮助。在应用卫（wèi）星通信（xìn）前（qián），无人（rén）机的飞行距离受到控制信（xìn）号传输（shū）和山（shān）川阻挡等因素的限（xiàn）制。应用卫星通信技术后，地（dì）面控制站可以将控（kòng）制信号上传（chuán）至太空中的通（tōng）信卫（wèi）星，由（yóu）卫（wèi）星中继放大（dà）后发送到无人机接收天线上，从而突破了地（dì）面障碍物和（hé）地平线的（de）限制。GPS导航（háng）技术，可以让控制人员（yuán）更（gèng）准确（què）地获取无人机的位置，同时，在控制信（xìn）号因为（wéi）干扰中断时，无（wú）人机可以使用GPS导航自主（zhǔ）返航回收。

4.现代战争中代替侦察兵

在上世纪90年代初（chū）的（de）海（hǎi）湾战（zhàn）争和21世纪初的伊拉克战争中，无人机（jī）得到全方位（wèi）的应用。两（liǎng）种（zhǒng）美军现役的“明星无人机”——“捕食者”和“全球鹰”也在此期间开始应用。

“捕食者”无人机（jī）源自于之前研发的“蚊”-750II型远（yuǎn）程无人机，正式型号为RQ-1，该机是一种长航（háng）时无人机，采用涡轮增压的（de）螺旋桨发动机作为（wéi）动力。最大续航时间60小时，可（kě）在目标上空飞（fēi）行24小时。侦察型的（de）“捕食者”配有（yǒu）光电/红外（wài）侦察设备，在白天（tiān）和夜间均能执行侦察任务。在（zài）“捕食者”上，还（hái）装（zhuāng）备有一种被称作“合（hé）成孔径雷达（dá）”的新装备。这种（zhǒng）装（zhuāng）备（bèi）可（kě）以通过发射（shè）无线电信号并接收大地或目标反射信号（hào）的方式，绘制出目标的高（gāo）分辨率图像。即（jí）便在有（yǒu）云层（céng）或雾气遮挡的情况（kuàng）下，这种（zhǒng）雷达（dá）依旧可以（yǐ）返回与相（xiàng）机（jī）照片（piàn）类似的图像。从2000年（nián）起（qǐ），美（měi）军开始对“捕食者”进行改进，使它具备了使用武器对敌人进行攻击的能力。通过（guò）在（zài）无人机（jī）头部安装用于指（zhǐ）引（yǐn）导弹打（dǎ）击目标的激光指示器，“捕食者（zhě）”可以发射（shè）用来打击坦（tǎn）克、装甲车等目标的“地狱火”导弹。2006年，攻（gōng）击型“捕食者（zhě）”的升（shēng）级版MQ-9“死神”无人攻击机问世，这种（zhǒng）无人机体积更大、性能（néng）更强，还能（néng）发射激光制导（dǎo）炸弹等武器。

“全球鹰”是一种（zhǒng）无人侦（zhēn）察（chá）机。和（hé）“捕食者”一样（yàng），“全球鹰”也具备使用（yòng）合成孔径雷达等多个频段的侦察设备获取战场信息的（de）能力，可以执行（háng）对陆地（dì）目标（biāo）和海上目标的（de）侦察（chá）任务。由（yóu）于（yú）使用了喷气式发动机作为（wéi）动力，“全球（qiú）鹰”有着比“捕食（shí）者”更高的（de）飞行（háng）速度。美军本来也（yě）打算将“全（quán）球鹰”无（wú）人侦察机改装成攻（gōng）击型无人机，但由于“全球鹰”的飞（fēi）行（háng）高度较高，用（yòng）来（lái）执行对地攻（gōng）击任务并不十分（fèn）合（hé）适，因此放弃了这一想（xiǎng）法。

除（chú）了“全（quán）球鹰”和“捕食者”这（zhè）类大型无人机外，美军还（hái）研发了（le）小（xiǎo）型化的无人机，如（rú）RQ-11“大乌鸦（yā）”和“龙眼”无（wú）人机。由于这些无人机（jī）体（tǐ）积轻巧（qiǎo）、便于携（xié）带，基层部队可（kě）以（yǐ）在日常巡逻中将无人机随身携带，一旦遇到战斗情况，可以就地将无人（rén）机放飞，提供侦察支援，灵活性大大（dà）提高，特别适合反（fǎn）恐（kǒng）作战。

5.民用无人（rén）机（jī）迅猛（měng）发展

虽然（rán）无人机技术（shù）的发展源于（yú）军事需（xū）求，但目前大家最熟悉的无人机，还是那种有着多个旋翼（yì），可以灵活地在空中（zhōng）运动或悬停，进行航拍活动（dòng）的多旋翼无（wú）人机。这种无人（rén）机是自21世纪以来迅猛发展的民用无（wú）人机的典型代表。

在多（duō）旋（xuán）翼无人机（jī）中，四旋翼无人机是最常见（jiàn）的一种无人机类型。它和直（zhí）升飞机一样，是通过与机身（shēn）平行的螺旋桨（jiǎng）桨叶产生的升力垂直起飞，既无需机翼，又不用设（shè）置跑道来起飞降落，因而（ér）体积小巧、使（shǐ）用方便（biàn）。而（ér）和直（zhí）升（shēng）机这样的（de）单（dān）旋翼飞行（háng）器相比，多旋翼飞行器（qì）的螺（luó）旋桨无需设（shè）置（zhì）复（fù）杂的机械（xiè）传动装置（zhì），也（yě）不需要（yào）尾桨来抵消主螺旋（xuán）桨带来（lái）的旋转，因（yīn）此多旋翼（yì）无（wú）人（rén）机不但具（jù）备理想的（de）可靠性，还（hái）可以将制造成本控制得比较低，能够以一般消费者能（néng）承受的价格销售（shòu）。更重要的是（shì），在内部控制程序（xù）的（de）配合下，多旋（xuán）翼无人机的操控相（xiàng）当（dāng）简单，非（fēi）专业飞行人员短时（shí）间内就能（néng）掌握基本的操作（zuò）方（fāng）法，像玩电子游（yóu）戏一样操（cāo）控无（wú）人机（jī）的飞行（háng），为（wéi）无人机的普及扫除（chú）了障碍。

多旋翼民（mín）用无人机能够迅速兴（xìng）起的另外一个（gè）关键设备，是（shì）以GoPro为代表的运动相机（jī）。运动相机可以获得比一般相机（jī）更加宽（kuān）广（guǎng）的视野，拍（pāi）摄高清晰（xī）度的（de）照片或视（shì）频（pín），体积重量还十分小巧（qiǎo），特别适合安装在无人机上（shàng），获得（dé）从天空或（huò）高处向下的视角。无人机操控（kòng）手们不（bú）但可以在飞行过程中实时享受无人机（jī）带来的（de）视（shì）觉（jiào）体验，拍（pāi）摄的高清照片、视频等还可以（yǐ）进行丰富的后期处理，得到（dào）更炫酷的视觉效果。在无（wú）人（rén）机（jī）出现之前（qián），进行航拍需要租用有（yǒu）飞行员驾驶的飞机，不但过程相（xiàng）当繁杂，飞（fēi）机租用价格（gé）也绝非一般人可以（yǐ）承担。而在无人（rén）机出现（xiàn）之（zhī）后，个人就可以进行日常（cháng）的业余航拍活动。在运动会等（děng）大型活（huó）动现场，无人机也已经成了必备的拍摄（shè）工具。

进入21世纪后，由于基础技术的发展，民用无人机的各个（gè）组成（chéng）部分（fèn）性能越来越强、重量越来越（yuè）轻，成本也越来越低（dī），给无（wú）人机的普及创造了条件（jiàn）。目（mù）前，无（wú）人机搭载的高性能FPGA芯片，可以（yǐ）实现双CPU的功（gōng）能，处理（lǐ）各种（zhǒng）传感器传来的无人机（jī）状（zhuàng）态信息（xī），控制无人机的高（gāo）效飞行（háng）。Wifi技术的（de）发展（zhǎn）让（ràng）手机上网更方便，也给民用无人机的（de）信号（hào）传输提供了一（yī）种简（jiǎn）单有效的实现方（fāng）式，可以在一定距离内传输控制和影像信号。在续航方（fāng）面，由于（yú）锂电池技术的发展，用一块重量不大的电（diàn）池（chí）就可以（yǐ）让（ràng）无人机在天空中（zhōng）飞行一段（duàn）时间。

除了（le）四旋翼无人机（jī）外，固定翼无（wú）人机也在民（mín）用领域（yù）得到了广泛的应用。与四（sì）旋翼（yì）无人（rén）机或多旋翼无人（rén）机相比，固（gù）定翼（yì）无（wú）人机的续航时间更长，飞（fēi）行（háng）高度更高、活动范围更（gèng）大（dà），采（cǎi）用更加可靠的控制系统和信号传输系统，因（yīn）此（cǐ）比四旋翼无（wú）人机更适合专业生产领域的应用。

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（duō）样的（de）本领。大（dà）城市道（dào）路大（dà）多拥（yōng）堵严重（chóng），在发生交（jiāo）通事故时（shí），无人机可（kě）快速低空飞抵事故现场（chǎng），第一时间进行执法拍摄取证（zhèng）。它传回的图像还能让交通（tōng）部门更（gèng）好地（dì）疏导拥（yōng）堵的交通（tōng），从而更（gèng）快到达现场进（jìn）行事故救援工作。

遇到（dào）犯罪分子驾车逃窜时，无人机可以在（zài）空（kōng）中跟踪罪犯的踪迹，引导警察实施（shī）抓捕。

在高层建筑（zhù）发生火灾时，消防员可以释放无人（rén）机航拍，快（kuài）速（sù）获取（qǔ）火灾蔓延情况和被困（kùn）人员（yuán）位置，准确部署灭（miè）火力（lì）量。

当洪水发（fā）生时（shí），无人机可携（xié）带救生绳或救（jiù）生圈，并将其投送到需要者（zhě）身边。

对位（wèi）于偏（piān）远地区的输电线路和石油管道（dào），可以让无人机进行线路（lù）巡检的工（gōng）作。无人机出动一次（cì）就可以巡（xún）检（jiǎn）几十甚至上百公里的线路，减轻了工人的工作负担。

未来，在（zài）网购之后，人们还可（kě）能收（shōu）到无人机送来的（de）快递包裹（guǒ）。快递企业计划用（yòng）四旋翼或八（bā）旋翼无人机，在10公里的范围内派送重量（liàng）不超过（guò）10公（gōng）斤的包裹（guǒ）。无人机不（bú）会取代快（kuài）递小哥们（men）的工作，而（ér）是会专注（zhù）于紧急（jí）快件和偏远地区快（kuài）件的派送，提（tí）高配（pèi）送效率，减少人力、运力成本。目前（qián），国外的亚马逊、DHL和（hé）国（guó）内的顺丰（fēng）、京（jīng）东等快递物流企业，都（dōu）在开展无（wú）人机配送快递的尝试。德国DHL公司已经开（kāi）始（shǐ）使（shǐ）用无人机，为居住在偏远海岛上的（de）人们送去药品等必需物资。亚马逊推出的PrimeAir服务，可以将包（bāo）裹在30分钟内（nèi）送交客户。美国邮政（zhèng）还研制（zhì）出了一种电动邮政汽（qì）车和（hé）无人机结合的派送（sòng）模式，由司机驾驶电（diàn）动邮车（chē）到达社区，再由无（wú）人机从（cóng）邮车上自（zì）动取走包裹、送交住户（hù）。2017年，中科院工（gōng）热所还成功研制了世界上第（dì）一种大型货运无人机。这种无人机可以（yǐ）在极短的跑（pǎo）道上起飞降落，一次可以（yǐ）运输重达（dá）1.5吨的货（huò）物，特别适（shì）合将一（yī）批（pī）快递包裹集中运到偏远的乡镇和村庄，使（shǐ）那里的人们（men）也能享受（shòu）网购带来的便利。2018年，中国（guó）邮政在浙江安吉山村地区（qū）开通了（le）第一条无人机配送（sòng）航线，试（shì）点偏远地区配送服务。

炫彩世界（jiè）

无人机集（jí）群不（bú）仅是“表演”

这些（xiē）年，我们经常（cháng）能够看到无人机编队（duì）表演的（de）新闻报道。成（chéng）百上千（qiān）架无人机（jī），在（zài）夜色中通过自身携带（dài）的彩色灯光设备，组成各（gè）种各样的美丽图案，甚至还能随（suí）着音乐节奏的（de）变化翩翩起舞（wǔ）。这种奇观（guān）的出现，得益于无人机集群技术（shù）的发展。

实际（jì）上，早在这（zhè）种表演为（wéi）人所知之前（qián），无人机集群技术在（zài）军（jun1）事领（lǐng）域（yù）就已经得到了（le）发展（zhǎn）与应用。2000年（nián），美国国防部的高级计划局就启（qǐ）动了有关（guān）研究项目，通过借鉴（jiàn）蚂蚁的群体（tǐ）组织（zhī）方法，研究多架无人（rén）机在空中协同（tóng）发现目标的（de）技术。经过近二十年的发展，无人机集群（qún）技术已（yǐ）经（jīng）日（rì）臻成熟。在执行任务的过程（chéng）中，集群中的无人机要组织好自己（jǐ）的队（duì）形（xíng），在完成任务的同时避免发生（shēng）碰撞。同时，无人机之间还要分享所（suǒ）处位置态势的感知，一架无人机所（suǒ）观（guān）察到的（de）情况可以被所有无人机掌握。这样（yàng），大（dà）量无人机（jī）可以在单一操作员的（de）指挥（huī）下（xià），完成一架（jià）无人机所（suǒ）不可能（néng）完成的各种任（rèn）务（wù）。

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