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作者：孙之骏

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前言

自1903年“飞行者一号”问世以来，历经一个多世纪的发展，飞行器不断向更高、更快的方向发展。得益于各式复杂、庞大的机械系统，提及飞机，给人的第一印象常常是会飞的“巨型铁鸟”。这一印象随着硬件系统的逐步微型化而被打破，各种功能强大的集成硬件系统逐渐替代了笨重的传统设备。处于科技前沿的航空产业同样深受其益，功能器件微型化使得飞行器的变化充满了想象空间，“小、微、精”成为飞行器发展的新动向。

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微型无人飞行器起源

1992年，美国兰德公司和国防高级研究计划局(DARPA)举办了一个关于未来军事技术的研讨会，资深科学家奥根斯坦主持了有关微型无人飞行器的讨论。会后，兰德公司针对无人飞行器的微型化原理进行了研究，认为带有微小传感器的微型无人侦察机是可以实现的。兰德公司根据研究论证结果，提出微型无人飞行器（ micro air vehicle，MAV）这一全新概念。相关研究人员对未来微系统技术的发展水平做了预估，给出MAV 的有关参数的预期：微型飞行器应为长、宽、高在15 cm 以下、质量在10 g-300 g、最佳使用高度在0-150m范围、飞行速度10-20m /s。

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微型无人飞行器发展现状

微型无人飞行器在现代军事和民用方面应用的巨大优势，得到了世界各国的极大关注和高度重视，成为当今先进国家竞相研究的科技前沿课题。各方研究机构的积极响应，投入了大量的研究资源，研发了一系列概念性产品，部分无人飞行器已经投入实战使用。

DARPA率先提出了一系列微型飞行器计划，随后以美国为核心的北约各国逐步跟进，发布了一系列采用固定翼、旋翼以及仿生等多种形式的无人飞行器。目前，微小型无人飞行器正逐步由概念研究向应用研究逐步过渡，其中不乏一些佼佼者已经投入实战使用。

“黑黄蜂”（Black Honey）无人飞行器

“黑黄蜂”微型无人飞行器由挪威Prox Dynamics公司研发，全长仅168mm，整机重量28g，是目前世界上实用化的军用无人飞行器之一。作为单兵使用装备，“黑黄蜂”在电池充满电的状态下可持续飞行25分钟，最远可控距离1.6km，最高飞行速度18km/h。机身携带微型摄像头，通过保密数据链向操纵员传输所拍摄的高清视频或静止画面（照片），执行实时侦察任务。该无人飞行器只有手掌大小，非常便于随身携带，距离较远时很难被观察到，尤其是在茂密的丛林、建筑物内部、人员密集的村庄等受限环境中。同时“黑黄蜂”依靠低噪音电动马达驱动旋翼飞行，有很低的视觉与噪声信号特征，具有良好的隐蔽性能。2011年，英国陆军率先订购了第一批“黑黄蜂-1”型无人飞行器，并投入阿富汗战场使用，取得了惊人的效果。在城市废墟交战的过程中，成功实现了复杂环境下的对敌侦查。在街头巷战，室内突破，反狙击等场景下发挥了巨大作用。

“黑黄蜂-3”型无人飞行器及操作终端

黑黄蜂”自推出后，历经数次技术革新，在电机系统、摄像系统方面均进行了大量的升级优化。最新改进型“黑黄蜂-3”进行了大量升级，升级了包括室内无GPS情形下的飞行控制，更快的飞行速度（22km/h）与任务半径（最大传输距离2km）。同时将机载传感器与电池进行模块化设计，根据需要可以替换任务传感器。将普通光学摄像头替换为搭载有光电传感器和热成像装置，能在夜间执行监视任务。同时，对飞行控制系统进行了升级，增加了用于自主飞行避障能力的传感器，在任务执行过程中可以自主躲避飞行路径中的障碍物，降低了飞行操作难度。

“CICADA”无人飞行器

美国海军研究实验室(NRL)推出一款概念无人飞行器取名“CICADA”。该项目始于2006年，初衷是开发一种低成本、GPS制导、一次性的微型无人飞行器，每架无人飞行器只携带微型电子设备，由飞机、气球甚至大型无人飞行器投放，像播种一样向某个区域大量集中部署。它们可以用所携带的特殊传感器检查目标区域是否存在核生化污染，或测量暴风雨区域的气象参数，使人员避免过于接近危险区域。此外，该机还能完成军用侦察任务及情报搜集任务，未来用途相当广泛。

CICADA 无人飞行器

CICADA自身并不携带动力设备，可从8km高空滑翔下降，并能在GPS信号引导下自主飞行到预定地点，误差可控制在4.5米以内。降落到地面后，CICADA可通过数据链接手段实现关联，形成“无人探测集群”。CICADA没有摄像头或光电传感器，但可以安装天气、温度、湿度和气压传感器，也可以安装声学探测或生化探测设备。执行任务时，该无人飞行器能形成庞大而稳定的“探测矩阵”。数量多、尺寸小、价格便宜，这些无人飞行器在释放后不能也不必回收，且具有很明显的成本优势。

机身使用3D打印技术，可最大限度减少手动装配时间。项目以此提出了无人飞行器任务装备快速成型的概念，旨在形成战场条件下的无人飞行器快速制造能力。针对战场多变的任务载荷需求，可以设计任务所需的特殊构型，并通过3D打印技术进行现场制造。

“GLUAS”系统

美国陆军研究实验室开展了一种“榴弹枪射无人飞行器系统”（GLUAS）应用研究。该系统旨在解决抵近侦察场景下无人飞行器的快速部署问题，通过榴弹发射器发射无人飞行器，迅速抵达目标区域，帮助士兵完成侦察任务。

GLUAS目前正处于原型机研制过程中，主要有两种形式，其中一种为电驱动螺旋桨动力的常规气动布局的小型无人飞行器，其配备有一个折叠式螺旋桨和聚酯薄膜制成的折叠机翼。而另外则是一种小型旋翼无人飞行器。这两款无人飞行器的最高飞行高度为 2000 英尺，航程可达 2 公里，续航时间也都能达到 90 分钟。

“GLUAS”项目采用的无人飞行器概念图

无人飞行器发射器主要是 M320A1 型 40 毫米单兵榴弹发射器，发射后，士兵就可以通过手持式接收控制设备控制无人飞行器的飞行并从中看到其机载高清摄像头拍摄到的实时图像。美陆军希望，未来通过批量装备这种无人飞行器可以有效提高其单兵在一些特殊地形或环境（比如山地、城区等）时的视野范围，从而可以有效反击隐蔽起来的敌方人员。

Drone 40无人飞行器

无独有偶，由澳大利亚Defend-Tex公司同样提出了一种榴弹发射型无人飞行器的方案Drone 40。其整体构型是一个具有四旋翼设计的榴弹外形。携行状态下，四个电机支臂折叠在弹体中，整体大小与常用的枪射榴弹相仿。通过榴弹发射器向目标空域发射，在空中展开成四轴飞行器的构型。通过内置的传感器及弹药载荷，执行战场侦查与打击任务。

Drone 40无人飞行器

Drone-40有效载荷110g，最长飞行时间12分钟。通过榴弹发射器发射，可在1~2分钟内迅速到达目标地点附近，通过内置的导航定位芯片，自主飞行到预定位置。无人飞行器配属了内置合成孔径雷达，可以在空中识别和跟踪目标，尤其是坦克、装甲车等地面大型载具，具有很高的识别率。通过多机配合，实现目标的定位、追踪和打击。

Mavic系列无人飞行器

相比于上述各类型无人飞行器在军事领域施展拳脚，Mavic系列无人飞行器则在民用消费级领域里大放异彩。作为民用无人飞行器领域里的领头羊，DJI公司在2016年推出了Mavic系列的第一代产品，将航拍飞行器成功推到消费级无人飞行器市场层面。随后推出的Mavic mini，将重量控制到了249g，折叠状态下的mini甚至仅有手机大小，做到了口袋携行的效果。

Mavic mini 无人飞行器

04

未来发展趋势

当今智能技术发展的如火如荼，这给微型飞行器带来了新的技术突破点。特别是随着信息技术、控制技术、通信技术的快速发展，极大地推动了无人机系统跨越发展。5G通讯技术、虚拟现实技术等一系列新型技术的出现，大大丰富了微型飞行器的能力需求。美军近年来不断更新其在无人技术方面的发展规划，逐步提出了无人系统的整体概念，将无人飞行器作为未来战术与战略系统的关键平台，制定了短期的无人系统综合路线图（表1）。我国航空工业集团公司在2018年发布了《无人机系统发展白皮书》，指出：在军事领域，无人系统的发展正在催生军事变革与新战争样式，成为各军事科技强国争夺的战略制高点；在民用领域，无人机系统已经渗透到不同行业的众多应用场景中，正在孕育着大规模的行业应用和产业化，将是世界航空工业未来最具活力的增长领域。

随着相关科学技术的不断进步，微型无人飞行器将大步向实用化进军，在有限的未来时间里，微型无人飞行器将会在如下方向迅速发展：

1、实现微型无人飞行器的大规模实用化。当前微型无人飞行器的大量先进技术尚处于概念验证阶段，随着技术经验的不断积累与优化，距离其实用化投入的时间将会越来越近。

2、 微型无人飞行器的集群化。微型无人飞行器的特征是小，单个飞行器的力量与功能有限，但群体的力量是无限的。微型无人飞行器大展宏图的关键在于走“群众”路线，发挥集群作战优势，通过协同合作弥补单机功能的不足。集群作战的数量规模将带来直观的运输、通讯与经济问题，控制单机成本、实现快速部署、高速率通信将是集群化使用的基础，这将牵引着一系列基础产业的快速发展。

3、微型无人飞行器的仿生化。自然界永远是人类最好的老师，飞行器发展的初衷便是“像鸟儿一样飞翔”。当前的无人飞行器的飞行能力尚不能与鸟类、昆虫相提并论，随着技术的不断成熟，仿生飞行方式将成为技术突破的一大亮点，是追求飞行初心的永恒目标。

4、微型无人飞行器的智能化。现有的无人飞行器本质上还处于遥控+有限自主的飞行方式。随着机器视觉、虚拟现实等技术的不断发展，无人飞行器将被赋予更“聪明”的“大脑”，实现智能控制、自主导航与路径规划等等功能，最终实现真正意义上的自主智能飞行。

美国无人系统2017—2042年四大发展主题、关键支撑技术及目标

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结 语

“麻雀虽小，五脏俱全”

未来成熟的微型无人飞行器将具有丰富的应用体系，充分发挥其体积小、质量轻、隐蔽性强、多功能、使用简单等优势，利用这些特征能够完成常规大型无人飞行器无法完成的任务。上可穿梭战场，如入无人之境；下可融入生活，嬉戏股掌之间，军事民用“两开花”。微型无人机拥有十分诱人的应用前景，必将在人类航空史上书写下辉煌的一页。

【1】李磊, 王彤, 蒋琪.从美军2042年无人系统路线图看无人系统关键技术发展动向[J]. 无人系统技术, 2018, 001(004):79-84.

【2】陈世适, 姜臻, 董晓飞,等. 微小型飞行器发展现状及关键技术浅析[J]. 无人系统技术, 2018, v.1(01):46-61.

【3】昂海松, 肖天航, 郑祥明. 微型飞行器的低雷诺数、非定常气动设计与分析[J]. 无人系统技术, 2018, 001(004):17-32.

【4】吴勤. 无人系统发展及对国家安全的影响分析[J]. 无人系统技术, 2018.

来源：沈阳所扬州院

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