无人（rén）机已经走过了（le）一（yī）个世（shì）纪的发展历程，民用无人机迅猛发展

在（zài）最近一段时间的新冠肺（fèi）炎（yán）疫情防控（kòng）工作中，无人机发（fā）挥（huī）了许多作用，受到（dào）人们的（de）广泛关（guān）注。

无人（rén）机是无人驾驶飞机的简称(英语简称UAV)，个头（tóu）可（kě）大可小（xiǎo）。从最初的雏（chú）形诞生（shēng）至今，无人（rén）机已经走过了一（yī）个世纪的发展历程（chéng），但无人机真正走（zǒu）进我们的（de）生（shēng）活，在娱乐、环保、交（jiāo）通等领域大展（zhǎn）身手（shǒu），不过是最近十年的事。

1.百年前先驱探索

19世纪，无线电的发（fā）现和运用给人们远距离控制机器的运行创造了可（kě）能。1898年，物理学家特斯（sī）拉向人（rén）们展示（shì）了（le）通过无（wú）线电遥控一条模型船的（de）航行，从而首（shǒu）次实现了遥控技术的应用。当飞机被人们发明出来（lái）并在第一次世界大（dà）战中得到应（yīng）用后，发明家们开始尝试将遥控技术与飞机结（jié）合，制成一种无须（xū）飞行员亲自驾驶的飞机。

早在1909年，美国工程师就发明了一种名（míng）叫“陀螺仪”的装置，可以测定飞机的飞行方向及（jí）机身正以什么样的姿势在空中飞（fēi）行。这（zhè）种装置是现代飞机（jī）自动控制和惯性导航系统（tǒng）的（de）核心（xīn）组（zǔ）成（chéng）部（bù）分（fèn）。这种装（zhuāng）置出现后，美国海军（jun1）对此很感兴趣，希望以此（cǐ）为基础研究一种不需要飞行员驾驶的飞行器（qì）。当时，美国海军将其称之为（wéi）“飞行（háng）鱼雷”。为了提（tí）高飞行鱼雷的导航精度（dù），美国西部电器公司还为它开发了专用的无线电导航系统。飞（fēi）行鱼雷是无人（rén）机最早的（de）雏形之一，而惯性导航（háng）与无线电控制技术，至今仍然是遥控无人机（jī）的核心（xīn）技术。

1917年，英国皇家飞行队的（de）罗上尉制造了一（yī）架遥控飞机。这是一架木制结构（gòu）的飞机，通过安装在卡车上的弹（dàn）射装置起飞。罗上尉本希望（wàng）可以通（tōng）过遥控的（de）方式，让飞机平稳飞行一段时间，但在（zài）实际（jì）的飞行表演中，飞机刚（gāng）刚起飞（fēi）就失（shī）控了，仅仅（jǐn）飞行了（le）一小段距离（lí）便（biàn）坠落到了地（dì）上。虽然试验遭遇失败（bài），但由于（yú）飞机（jī）在飞（fēi）行过程中的确（què）响应了罗（luó）上尉通（tōng）过无线（xiàn）电发出的控制信（xìn）号，因此这次试飞仍（réng）然被视为是无人机（jī）技术的发端。

2.战场上初露锋芒（máng）

飞行员在进入战场作（zuò）战前，需要像使（shǐ）用枪支的射手（shǒu）射击靶子一样，在训练中实际攻（gōng）击天空中的靶（bǎ）机，来提升自己的作战技能。地面（miàn）的高炮防空部队也需要用（yòng）靶（bǎ）机进行训练。在两次世界大战期间（jiān），美国、英国和（hé）德国都开始（shǐ）了将无人机作为靶机（jī）的尝试。美国（guó）军方（fāng）还发现（xiàn），无人机（jī）有（yǒu）可能（néng）方便快捷地在战（zhàn）场上（shàng）传递（dì）信息（xī），代替当时还广泛（fàn）使（shǐ）用的（de）传令兵（bīng），并在（zài）之前飞行鱼（yú）雷的基础上研发（fā）了“信（xìn）使”无人机。

1941年，美国（guó）海军（jun1）萌生了使用无人机攻击敌人（rén）空中和地上目（mù）标（biāo）的想法，研（yán）发了TDN-1和TDR-1型无人攻击（jī）机。1944年9月至10月间，这两（liǎng）种无（wú）人机在太平（píng）洋战争中小试牛（niú）刀，攻击了日（rì）军的堡（bǎo）垒和火炮阵（zhèn）地等目（mù）标（biāo），取得了一定战果。

二战结束后（hòu），无人机开始投入战场（chǎng）侦察工（gōng）作。世界上第（dì）一种实用型的无人（rén）侦察机是无线电控制的美国AN/USD-1战（zhàn）场无人监视机。这种飞机装备（bèi）有一台（tái）可（kě）以在白天工作（zuò）的（de）光学照（zhào）相机和一台在夜间工（gōng）作（zuò）的红外照相机，通过火箭助推器（qì）起飞，完（wán）成（chéng）任务后（hòu）释放降落伞降落。但它拍来（lái）的照片还需（xū）要复杂耗时的处理和分析工作。

在冷战和（hé）越南战争期间，美军发现无人机除了（le）照（zhào）相外，还（hái）可以（yǐ）执行另一种形式的（de）搜（sōu）索任务。无人机飞临敌（dí）人控（kòng）制的空（kōng）域后（hòu），可以诱骗敌人的防（fáng）空雷达（dá）开机，获得防空雷达（dá）的信号特征。敌人（rén）的（de）高炮、防空导弹、战（zhàn）斗机在拦截无（wú）人机的过程（chéng）中，也会将自身的部署（shǔ）情况（kuàng）暴露。一旦（dàn）无（wú）人机（jī）被击落，因为没有飞行员驾驶，不会引起一系列的后续问题。在无人机第一次大规模实战应用的越南战争期（qī）间，美军（jun1）在战场上（shàng）大量使用“火蜂”型无人侦察机执行这方面的工作。在此期间，还催生（shēng）出（chū）了直（zhí）升机（jī）在半空回收无人机的技术。

3.新科技助力指（zhǐ）令控制

进入上世纪（jì）80年代后，电子工业和（hé）航（háng）空工（gōng）业的（de）发（fā）展（zhǎn）为无人机发展带来了新（xīn）的契机。此时，军（jun1）用无人机的飞行控制技术（shù）出现了两大分（fèn）支，自动（dòng）飞行（háng）控制系统和指令控制（zhì）系统。

自动飞行控制系统需（xū）要在无人机起飞前将本次飞行的路（lù）径、高度和侦（zhēn）察目标等（děng）信息设定好，无人（rén）机（jī）依靠这些信息自己完成飞行任务。这种模式（shì）虽（suī）然看起来比（bǐ）较简单，但一（yī）旦（dàn）目标位置（zhì）出现（xiàn）了（le）变化，提前（qián）设定的（de）飞行路线就得不到需要的信息了。而指令控制模式（shì），将飞行员的位置由飞机上搬到了地面站的控制室中。得（dé）益于视频图像技术（shù）的发展，无人机可以通过无线电信号（hào）实（shí）时将侦察图（tú）像（xiàng）信（xìn）息传回（huí）控制室，而（ér）控制员可以根据画（huà）面实时操控无人机飞行，根据瞬息万变的战场形势（shì）控制（zhì）无（wú）人（rén）机飞（fēi）行。上（shàng）世纪80年代以后，指令控制技术逐渐成（chéng）为军用无（wú）人机飞行控（kòng）制系统的主流。

此外，卫星通（tōng）信技术和（hé）GPS导航技（jì）术也给（gěi）指令（lìng）控制技术（shù）的应用（yòng）带来了帮（bāng）助。在（zài）应用卫星通信前，无人机的飞（fēi）行距离（lí）受到（dào）控制信号传输（shū）和山川（chuān）阻挡（dǎng）等因素的限制。应用卫星（xīng）通信（xìn）技（jì）术（shù）后，地面控制站可（kě）以将控制信号（hào）上传至（zhì）太空中的通信卫星（xīng），由（yóu）卫（wèi）星中（zhōng）继放（fàng）大后发送到无人机接收天线上，从而突破了地面障碍物（wù）和地平线的（de）限制。GPS导航技术，可以让控制人员更准（zhǔn）确地获取无人机的位置，同（tóng）时，在控制信号因为干（gàn）扰中断时，无人机可以使用（yòng）GPS导航自主（zhǔ）返航回收（shōu）。

4.现代战争中代替（tì）侦察兵

在上世纪90年代初的海湾战争和21世纪初的伊（yī）拉（lā）克（kè）战争（zhēng）中，无人机得到全方位的应用。两种美军现役的“明星无人机（jī）”——“捕食者”和“全球（qiú）鹰”也在此期间开始应用。

“捕食（shí）者”无人机源（yuán）自于之前研发的（de）“蚊（wén）”-750II型远程无人机，正（zhèng）式型号（hào）为RQ-1，该机是一种长（zhǎng）航时无人机，采用涡（wō）轮增压的螺旋桨发动机作（zuò）为动力。最（zuì）大续航时（shí）间60小（xiǎo）时，可在目标上空（kōng）飞（fēi）行（háng）24小时。侦察型的“捕（bǔ）食者（zhě）”配有光电/红（hóng）外侦察设备，在白天（tiān）和夜间均能执行侦察（chá）任务。在“捕食者”上，还（hái）装备有一种被称作“合成（chéng）孔径雷达”的新装备。这种装备可以（yǐ）通过发射无线电信号并接收大（dà）地（dì）或目标反射信号的（de）方式，绘（huì）制出（chū）目（mù）标的高分辨率（lǜ）图（tú）像。即便（biàn）在（zài）有云层或雾气遮挡（dǎng）的情况（kuàng）下（xià），这（zhè）种雷达依旧（jiù）可以返回（huí）与相（xiàng）机照（zhào）片类似的图像（xiàng）。从2000年起，美军开始对“捕食者（zhě）”进行改进，使它具备（bèi）了（le）使用武器对（duì）敌（dí）人（rén）进行攻击的能力。通过在（zài）无人（rén）机头部安装用于（yú）指（zhǐ）引导弹打击目标的激光指（zhǐ）示器（qì），“捕食者”可以发射用来打击坦克、装（zhuāng）甲车等（děng）目标的“地狱火（huǒ）”导弹。2006年，攻击（jī）型（xíng）“捕（bǔ）食者”的升级版MQ-9“死神（shén）”无（wú）人攻击机问世，这（zhè）种无人机体积（jī）更大、性能（néng）更（gèng）强，还能发射激光（guāng）制导炸弹（dàn）等武器。

“全球鹰”是（shì）一种（zhǒng）无人侦察机。和（hé）“捕食（shí）者”一样，“全球鹰”也具备使用合成孔径（jìng）雷（léi）达等多（duō）个（gè）频段的侦察设备获取战场信息的能（néng）力，可以执（zhí）行对陆（lù）地目标和海上目标（biāo）的侦（zhēn）察（chá）任务。由于使用了（le）喷气（qì）式发（fā）动（dòng）机作为动力，“全球鹰”有着比“捕食者”更高的飞行速度。美军本来（lái）也（yě）打算将“全球鹰”无人侦察（chá）机改装成攻击型（xíng）无人（rén）机，但由（yóu）于“全（quán）球鹰”的飞行高度较高，用来执行对地攻击任务并不十分合适（shì），因此放弃（qì）了这一想法。

除了“全球鹰”和“捕食者”这类（lèi）大型无（wú）人机外，美（měi）军（jun1）还研发了小型化的（de）无人机，如RQ-11“大乌鸦”和“龙眼”无（wú）人机。由于这些（xiē）无人机体（tǐ）积轻巧、便于携（xié）带，基（jī）层部队可以（yǐ）在日（rì）常巡逻中将无（wú）人机（jī）随身携（xié）带，一旦遇到（dào）战斗情（qíng）况，可以就地将无人（rén）机放飞（fēi），提供侦察支援（yuán），灵活性大大（dà）提高（gāo），特（tè）别适合反恐作战。

5.民用（yòng）无人机（jī）迅（xùn）猛发展（zhǎn）

虽（suī）然无人机（jī）技术的发展源于军事（shì）需求，但目前大家（jiā）最熟悉的无人（rén）机（jī），还是那种有着多个旋翼，可以灵活地在空（kōng）中运动或（huò）悬停，进行航（háng）拍活动的多旋翼无人机。这种无人（rén）机是（shì）自21世纪以来迅猛（měng）发展（zhǎn）的民（mín）用（yòng）无人机的（de）典（diǎn）型代表。

在多（duō）旋翼无（wú）人机中，四旋翼无（wú）人机是最（zuì）常见的一种无人机类型。它和直（zhí）升飞机一样，是通过与（yǔ）机身（shēn）平行的螺旋桨桨叶产（chǎn）生（shēng）的升力垂直起飞（fēi），既无需机翼，又（yòu）不用（yòng）设置跑道来起飞降（jiàng）落，因（yīn）而体（tǐ）积小巧（qiǎo）、使用（yòng）方便。而（ér）和直升机（jī）这样的单旋翼飞行（háng）器相比（bǐ），多旋（xuán）翼飞行器的螺旋（xuán）桨无（wú）需设置复杂的机（jī）械传动（dòng）装置，也不需要尾（wěi）桨来抵（dǐ）消主螺旋桨带来的旋转，因此多旋翼无人（rén）机不但具备理想的可（kě）靠性，还可以将制造成（chéng）本控制（zhì）得（dé）比较低，能够（gòu）以一般消费者能（néng）承受的价格（gé）销售。更（gèng）重要的是，在内部控（kòng）制程（chéng）序的配合下，多旋翼无人机的操（cāo）控相当（dāng）简单，非专业飞行人（rén）员（yuán）短时间内就能掌握基本的操（cāo）作方法，像（xiàng）玩电子游戏（xì）一样（yàng）操控无人（rén）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（sù）兴起的（de）另外一个关键设备，是以GoPro为（wéi）代（dài）表的运动相（xiàng）机。运动（dòng）相（xiàng）机可以获得比一般（bān）相（xiàng）机更（gèng）加宽（kuān）广的视野，拍（pāi）摄高清（qīng）晰（xī）度的（de）照片或视频，体（tǐ）积（jī）重（chóng）量还十分小巧，特（tè）别适合安装（zhuāng）在（zài）无人机上，获得从天空或（huò）高处向下的视角。无人机操控手们不但可以在飞行（háng）过程中实（shí）时享（xiǎng）受无人机带来的（de）视觉体验，拍摄的高清（qīng）照片、视频等还可以（yǐ）进（jìn）行丰富的后期（qī）处理，得到更（gèng）炫酷的视觉效果。在（zài）无（wú）人机出现（xiàn）之前，进行航（háng）拍需（xū）要租用有飞行员驾驶的（de）飞（fēi）机，不但过程（chéng）相当繁杂，飞（fēi）机租用价格也（yě）绝非一般人（rén）可以承担。而（ér）在无人机出（chū）现之后（hòu），个人就可（kě）以（yǐ）进行日常的业余航拍活动。在运动会（huì）等大型活（huó）动（dòng）现场，无人机也已经成了（le）必备（bèi）的拍摄（shè）工具。

进入21世纪后（hòu），由于基础技术（shù）的发展，民用（yòng）无人机的各个（gè）组成（chéng）部分性能（néng）越来越强、重（chóng）量越来越轻，成本也越来越低（dī），给无人机（jī）的普及创造了条件。目前，无人机搭载的高性能FPGA芯片，可以实现双（shuāng）CPU的（de）功能（néng），处理各种传感器传来的无人机状态信（xìn）息，控制无人机（jī）的高效飞行。Wifi技术（shù）的发展让（ràng）手机上网更（gèng）方便，也（yě）给民用无（wú）人机（jī）的信号传（chuán）输提供了一种简单有效的实（shí）现方式，可（kě）以在一定距离内传（chuán）输控（kòng）制（zhì）和影像（xiàng）信（xìn）号。在续航方面，由于（yú）锂电（diàn）池技术（shù）的发展（zhǎn），用一（yī）块重量不（bú）大的电池就（jiù）可以让无人机在（zài）天空中飞行一段时（shí）间。

除（chú）了四（sì）旋翼（yì）无人机外（wài），固定翼无人机也在（zài）民用领域得到了广（guǎng）泛的应用。与四旋翼无人机或多旋翼无人机相比，固（gù）定翼无人机的续航（háng）时间更（gèng）长，飞行（háng）高度更高、活动范（fàn）围更大，采用更加可靠的控制系统和信号传（chuán）输系统，因此（cǐ）比四旋（xuán）翼无人机更适合专业生（shēng）产领域的应用。

6.无（wú）人（rén）机（jī）越来越（yuè）“万能”

除了娱乐航（háng）拍的功能外，民用无人（rén）机还有多种多样的本领。大城市道路大多（duō）拥堵严重，在（zài）发生交通事故（gù）时，无人机（jī）可快速低空飞抵（dǐ）事（shì）故现场，第一（yī）时间进行执法拍摄取（qǔ）证（zhèng）。它（tā）传回的图像还能（néng）让交通部门更好（hǎo）地疏（shū）导拥堵的交通，从而（ér）更快（kuài）到（dào）达现场进行事（shì）故救援（yuán）工作。

遇（yù）到犯（fàn）罪分子（zǐ）驾车逃窜时，无人机可以在空中跟踪罪犯（fàn）的踪迹，引导（dǎo）警（jǐng）察实施（shī）抓捕。

在（zài）高（gāo）层建（jiàn）筑发（fā）生火灾时，消防员可以释放无人（rén）机航拍（pāi），快速获取火灾蔓延情况和被困人员位置，准确部署（shǔ）灭火（huǒ）力（lì）量。

当洪水发生时，无人机可携带（dài）救生绳或救生圈（quān），并将其（qí）投（tóu）送到需要者身（shēn）边。

对（duì）位于偏远地（dì）区的输电线路（lù）和石油管道，可以让（ràng）无人机进行线路（lù）巡（xún）检的工作（zuò）。无人机出（chū）动（dòng）一次就可（kě）以巡检几十甚至上百公里的线路，减轻（qīng）了工人（rén）的工作负担。

未来，在（zài）网购之后，人（rén）们还可能收（shōu）到无人机送来的快（kuài）递包裹（guǒ）。快（kuài）递企（qǐ）业（yè）计（jì）划用四旋翼或八旋翼无人机，在10公里的（de）范围内（nèi）派送重量不超过10公斤（jīn）的包裹。无人机不会（huì）取代快递（dì）小哥们的工作，而是会专注于紧急快件和偏远（yuǎn）地区快件（jiàn）的（de）派送，提高（gāo）配（pèi）送效率（lǜ），减少人（rén）力（lì）、运力成本。目前，国外的亚马逊、DHL和国内的顺丰、京东等快递（dì）物流（liú）企业，都在开展无（wú）人机配送（sòng）快递的尝试（shì）。德国DHL公司已经开始使用无人（rén）机，为居住（zhù）在偏（piān）远海（hǎi）岛上的人们送去药品等必需物（wù）资。亚马（mǎ）逊推出的PrimeAir服务，可以将（jiāng）包裹在（zài）30分钟内送交客户。美国邮政还（hái）研制出了一（yī）种电动邮政汽车（chē）和无人机结合的派送模（mó）式（shì），由（yóu）司机驾驶（shǐ）电动邮车到达社区，再（zài）由（yóu）无人机从邮（yóu）车上自动取走（zǒu）包裹（guǒ）、送交住户。2017年，中科院工热所（suǒ）还成（chéng）功研制（zhì）了世界上第一种大型（xíng）货运（yùn）无人机。这种（zhǒng）无（wú）人机可（kě）以在极短的跑道上起（qǐ）飞降（jiàng）落，一次可以运输重达1.5吨的货物（wù），特别（bié）适合将（jiāng）一批快（kuài）递包裹集中运到偏远的（de）乡镇和村庄（zhuāng），使那（nà）里的人们也能享受网（wǎng）购带来的便利。2018年，中国邮政在（zài）浙江安（ān）吉山村地区（qū）开通了第一条无人机（jī）配送航线，试（shì）点偏远地区配送服务。

炫彩世界

无（wú）人机（jī）集（jí）群不仅是“表演”

这些年，我们经常能够看到无人机（jī）编队表（biǎo）演的新闻报（bào）道。成百上千架无（wú）人机，在夜（yè）色（sè）中通过自身携带的彩色（sè）灯（dēng）光设备，组成各种各样（yàng）的美丽图案，甚至还能随着音乐节奏的（de）变化翩翩起（qǐ）舞。这（zhè）种奇观的出现，得益（yì）于无人（rén）机集群（qún）技术的发展。

实际上，早在这种表演为人所知之前，无人机集群技术在军（jun1）事领域就已经得到了发展与应用。2000年，美国国防部的高（gāo）级计划局就启动（dòng）了有关研究项目（mù），通过借鉴蚂蚁的群体组织方法，研究多架无人机在空（kōng）中协同发现目（mù）标的技术。经过（guò）近二十年的发展，无（wú）人机集群技术已经日臻成熟。在执行任务的过程中，集群中（zhōng）的无人机（jī）要组织好自（zì）己的队形，在完成（chéng）任务（wù）的同（tóng）时避免发生碰撞。同时，无人机（jī）之间（jiān）还要分享所处位置态势的感知，一（yī）架（jià）无（wú）人（rén）机所观察（chá）到的情况可以被所有无人机掌握。这样，大量无（wú）人机可以在单一操作员的指（zhǐ）挥下（xià），完成一（yī）架无人机所不（bú）可能完成的各（gè）种任（rèn）务。

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