无人（rén）机已经走（zǒu）过了一个世纪的发展历程（chéng），民用无人机迅猛（měng）发展

在（zài）最近一段时间的新冠肺炎疫情防（fáng）控（kòng）工作中，无人机发（fā）挥了许多（duō）作用，受到人们的广泛关注。

无（wú）人机（jī）是无人驾驶飞机的简称（chēng）(英语简称UAV)，个头可大可小。从（cóng）最初的雏形（xíng）诞生至今（jīn），无人机已经走过了一个世（shì）纪的发展历程，但无人机真正走（zǒu）进我（wǒ）们的生活，在娱乐、环保、交通等领域大展身手，不过是最近十（shí）年的事。

1.百年前先驱探索

19世纪，无线（xiàn）电的发现和运（yùn）用给（gěi）人（rén）们远距（jù）离控制机器（qì）的运行创造了（le）可能（néng）。1898年（nián），物理学家特斯拉向人（rén）们展示了通过无线（xiàn）电遥控一条（tiáo）模型（xíng）船的航（háng）行，从而首次实现了遥（yáo）控技（jì）术的应（yīng）用。当飞机被人们发明出来并在第一（yī）次世界（jiè）大战中（zhōng）得到（dào）应用（yòng）后，发明（míng）家们开始（shǐ）尝试（shì）将遥控技术与（yǔ）飞（fēi）机结合，制成一种无须飞行员亲（qīn）自驾驶的飞机。

早在（zài）1909年，美国工（gōng）程师（shī）就发明了一种名叫“陀螺仪”的装置，可以测定飞机的飞行方向（xiàng）及机身（shēn）正以什么样的姿（zī）势在（zài）空（kōng）中飞行。这种（zhǒng）装置是现代飞机（jī）自动控制和惯性导（dǎo）航系统的核心组成部分。这（zhè）种装置出现（xiàn）后，美国海军（jun1）对此很感兴（xìng）趣，希望以此为基础研究（jiū）一种不需（xū）要飞行（háng）员驾驶的飞行器。当时，美国海军（jun1）将其（qí）称之为“飞（fēi）行（háng）鱼雷（léi）”。为了提高（gāo）飞行鱼雷的导航精度，美国西（xī）部电器公司还（hái）为它开发了专用的无线电导航系统。飞行鱼（yú）雷是无人机最早的雏形之一，而惯性（xìng）导（dǎo）航与无线电控制技术（shù），至今仍然是遥控无人机的核心技术。

1917年，英国（guó）皇家飞行（háng）队的罗（luó）上尉制造了一（yī）架遥控（kòng）飞机。这是一架木制（zhì）结构的飞机，通过安装在卡车（chē）上的弹射装置起飞。罗上尉本希望可以通过遥控（kòng）的方式（shì），让飞机（jī）平稳飞行一段（duàn）时间，但在实际的飞行表演中（zhōng），飞机刚刚起（qǐ）飞就（jiù）失（shī）控了，仅仅（jǐn）飞（fēi）行了一小段距离便坠落到（dào）了地上。虽然试验遭遇失败，但由于飞机在（zài）飞行过程中的（de）确响应了（le）罗上尉通过无线电发（fā）出的（de）控（kòng）制信号，因此这次试飞（fēi）仍（réng）然（rán）被视为是无人机（jī）技术的发端。

2.战场上初露锋芒

飞行员在进（jìn）入战场作战前（qián），需要像使用（yòng）枪支的射手射（shè）击靶（bǎ）子（zǐ）一样，在训练中实际攻（gōng）击天空中（zhōng）的靶（bǎ）机，来提升自己（jǐ）的作战技能。地面的高炮防空部队也需要用靶机进行训练。在（zài）两次世界大战（zhàn）期间，美国、英国和德国都开始（shǐ）了将无人机作为靶机的尝试（shì）。美国军（jun1）方还发现（xiàn），无人机有（yǒu）可能方便快（kuài）捷地在战场（chǎng）上传递信（xìn）息，代替当（dāng）时还广泛使（shǐ）用的传令兵（bīng），并在之（zhī）前（qián）飞行鱼雷的基础上研发了“信使”无人机。

1941年，美国（guó）海军萌生（shēng）了使（shǐ）用（yòng）无人机（jī）攻击（jī）敌人（rén）空（kōng）中和地上目标的（de）想法，研发了TDN-1和TDR-1型无人攻（gōng）击机。1944年9月至10月间，这两种无人机在太平洋战（zhàn）争（zhēng）中（zhōng）小试（shì）牛刀（dāo），攻击了日军的堡（bǎo）垒和火炮阵地（dì）等目标，取得了一定战（zhàn）果。

二战结束后，无人机开始投入战场侦察工作。世界上第一种实用型的无人侦察机是无线电控制的（de）美国（guó）AN/USD-1战场无人监视机。这种（zhǒng）飞（fēi）机装备有一台可以（yǐ）在白天工作的光学（xué）照（zhào）相机和一台在（zài）夜间工作的红（hóng）外照相机，通过火箭助推器起飞，完成任务后释放降落（luò）伞（sǎn）降落。但它拍来的（de）照片（piàn）还需要复杂耗时的（de）处理和分（fèn）析工作。

在冷战和（hé）越南（nán）战争期（qī）间，美军发现无人机除了照相外，还可以执行另一种形（xíng）式（shì）的搜（sōu）索任务。无人（rén）机飞临敌人（rén）控制（zhì）的空域后，可以诱骗敌人的防空雷（léi）达开机（jī），获得防空雷达的信号特（tè）征（zhēng）。敌人的（de）高炮、防空（kōng）导弹、战斗机在拦截（jié）无人（rén）机（jī）的过（guò）程（chéng）中，也会将自身的部署情况暴露（lù）。一旦无人机被击落，因为没有飞行员驾驶（shǐ），不会引（yǐn）起一系列的后（hòu）续问题（tí）。在（zài）无（wú）人机第一次大规模实战应用的越南战争期间，美军在战场上大量使用（yòng）“火蜂”型（xíng）无人侦察（chá）机执行这（zhè）方面的工作。在（zài）此期间，还催生出了直升机（jī）在半空回收（shōu）无（wú）人机的技术。

3.新（xīn）科技助力（lì）指令（lìng）控制

进入上世纪80年（nián）代后（hòu），电（diàn）子工业和航空工业的发展为无（wú）人（rén）机发展（zhǎn）带来了新的契机。此时，军用（yòng）无人机的飞（fēi）行控制技术（shù）出现（xiàn）了两大分支（zhī），自动飞行控制系统（tǒng）和指令控制（zhì）系统。

自动（dòng）飞行控（kòng）制（zhì）系（xì）统需要在无人机起飞前将本（běn）次飞行的路（lù）径、高度和侦察目标等信息设定好，无人机（jī）依靠这些信息（xī）自己完成飞（fēi）行任务。这种模式虽然看（kàn）起来比较（jiào）简（jiǎn）单，但一旦目标位置出现了变化，提（tí）前（qián）设（shè）定的（de）飞行路线就得（dé）不到需要的信（xìn）息了。而指令控制模式，将飞行员的位（wèi）置由飞机上搬到了地面站的控制室中。得（dé）益于视频图（tú）像技术的发展（zhǎn），无人机可以（yǐ）通过无（wú）线电（diàn）信号（hào）实时将侦察（chá）图像信息传（chuán）回控（kòng）制（zhì）室，而（ér）控制员可以根据（jù）画面（miàn）实时操控（kòng）无人机飞行，根（gēn）据瞬息万变的战场形势控制无人机飞行（háng）。上（shàng）世纪80年（nián）代以后，指令控（kòng）制（zhì）技术逐渐成为军用无人机飞行控制系统的（de）主流（liú）。

此外，卫星（xīng）通信技术和GPS导航技（jì）术也给指（zhǐ）令控制技术的应用（yòng）带（dài）来了帮助。在应用卫星通信前，无人机的飞（fēi）行距（jù）离受到控制信号（hào）传（chuán）输和山川阻挡等因素（sù）的限制。应用卫星通信（xìn）技（jì）术后，地面控制（zhì）站可（kě）以将控制信号上传至太空中的（de）通信（xìn）卫星，由卫星中继放大后发送到无人机接收天线上，从而突破了地面障碍物和（hé）地平（píng）线的限制。GPS导（dǎo）航技（jì）术（shù），可（kě）以让（ràng）控制人员更准确地获取无人机的位（wèi）置，同时，在（zài）控（kòng）制信（xìn）号因为干（gàn）扰中断时（shí），无人机可以使用（yòng）GPS导航自（zì）主返（fǎn）航回收。

4.现代战争中代替侦察兵

在上（shàng）世纪90年代初的海湾战争和21世纪初的伊拉克战争中，无人机得到全（quán）方（fāng）位的应用。两种美（měi）军（jun1）现役的“明星无人机（jī）”——“捕（bǔ）食者”和“全球鹰（yīng）”也在此期间开始应用。

“捕（bǔ）食者”无人机源自（zì）于之（zhī）前研发的“蚊”-750II型远程无人机，正式型号为RQ-1，该机是一种长（zhǎng）航时无人（rén）机（jī），采用涡（wō）轮增压的螺旋桨发动（dòng）机（jī）作（zuò）为动力。最大（dà）续航时间60小（xiǎo）时，可在目标上空飞行24小时。侦察型的“捕食者”配有光电/红（hóng）外侦（zhēn）察设备，在白天和夜间均能执（zhí）行侦察任（rèn）务。在“捕食者（zhě）”上，还装备有一种被称作“合成孔径雷（léi）达”的新装备。这种装备可以通过发射无线电信号（hào）并接（jiē）收大地或目标反射信号的方（fāng）式，绘制出目标（biāo）的（de）高（gāo）分辨率图像。即便在有云（yún）层或雾（wù）气遮挡的（de）情况下，这种雷（léi）达依旧可以返回（huí）与相机照片（piàn）类似的图像。从2000年（nián）起，美军开始对（duì）“捕（bǔ）食者”进行改（gǎi）进，使它具备（bèi）了使用武器对敌人进行攻击的能力。通过（guò）在无（wú）人机头部安装用于指（zhǐ）引导弹（dàn）打击（jī）目标的激光指示器，“捕食者”可以发射用来打击坦（tǎn）克、装甲车等目标（biāo）的“地狱（yù）火”导弹（dàn）。2006年，攻击型“捕（bǔ）食（shí）者”的升（shēng）级版MQ-9“死神”无人攻击机（jī）问世（shì），这种无人（rén）机（jī）体积更大、性能更强（qiáng），还能发射激（jī）光制（zhì）导（dǎo）炸弹等武器。

“全（quán）球（qiú）鹰”是一（yī）种无（wú）人侦（zhēn）察机。和“捕（bǔ）食者”一样，“全球（qiú）鹰”也（yě）具备使用合成孔径（jìng）雷达等多个频段的侦察设备获（huò）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标的侦察任务。由于使（shǐ）用（yòng）了喷气式发动（dòng）机作为（wéi）动力，“全球鹰”有着比“捕（bǔ）食（shí）者（zhě）”更高的飞（fēi）行速度。美（měi）军（jun1）本来（lái）也打算（suàn）将（jiāng）“全（quán）球鹰”无人侦（zhēn）察机改装成（chéng）攻（gōng）击型（xíng）无人机，但（dàn）由于“全球鹰”的飞行高（gāo）度较高，用来执行（háng）对（duì）地攻（gōng）击（jī）任（rèn）务并不十分合适，因此放弃了这一想法。

除了“全球鹰”和“捕（bǔ）食者”这（zhè）类大型无人机外，美军还研发（fā）了小型化的无（wú）人机，如RQ-11“大乌鸦”和（hé）“龙眼”无人机。由于这些无人（rén）机体积轻巧、便于携带，基（jī）层部队可以在日常巡逻中将（jiāng）无人机随身携（xié）带，一（yī）旦遇到战斗情况，可以就（jiù）地将无人（rén）机放飞，提供侦察（chá）支援，灵（líng）活性大大提（tí）高（gāo），特别适合反恐作战（zhàn）。

5.民用无人机迅猛（měng）发展（zhǎn）

虽然无人（rén）机技术的发展源于军事需求，但（dàn）目前大家最（zuì）熟悉的（de）无人机，还是那种有着多个旋（xuán）翼，可（kě）以灵活地（dì）在空中（zhōng）运动或悬停（tíng），进行航（háng）拍活动的多旋（xuán）翼（yì）无（wú）人机。这种无人机是自21世纪（jì）以来（lái）迅猛发展的民用无人（rén）机的典型代（dài）表。

在（zài）多旋（xuán）翼无人机中，四（sì）旋翼（yì）无人机是最常见的一种无人机类型（xíng）。它（tā）和直升飞（fēi）机一（yī）样，是（shì）通过（guò）与机身平行的螺旋桨（jiǎng）桨叶产（chǎn）生的升力垂直（zhí）起飞，既（jì）无需机翼，又不（bú）用设置跑道来起飞（fēi）降（jiàng）落，因而体积小巧（qiǎo）、使用方便。而和直升机这（zhè）样的单旋翼飞行器相比，多旋翼飞（fēi）行器的（de）螺旋桨无需设（shè）置复杂的机（jī）械传（chuán）动（dòng）装置，也不需（xū）要（yào）尾（wěi）桨来抵消主螺旋桨带来的旋（xuán）转，因（yīn）此多旋翼无人机不（bú）但（dàn）具（jù）备（bèi）理想的可靠性，还可以将制（zhì）造（zào）成本控制得比较低，能够以一般消费（fèi）者能承受的价格（gé）销售。更重要的是，在内部（bù）控制程序的配合下，多（duō）旋（xuán）翼无人机的操控相（xiàng）当（dāng）简单，非专业飞（fēi）行人员（yuán）短时间内就能（néng）掌握基本的操作（zuò）方法（fǎ），像玩电子游戏（xì）一样操控无人机（jī）的（de）飞行，为无人机的普及扫除了障碍。

多旋翼民用无（wú）人机能够（gòu）迅速兴起的另外一（yī）个关键设备，是以GoPro为代表的运动相机。运（yùn）动相机可以获（huò）得比（bǐ）一般（bān）相机更加宽广的视（shì）野（yě），拍（pāi）摄高（gāo）清（qīng）晰（xī）度（dù）的照片或（huò）视（shì）频，体积重量还十分小巧，特别（bié）适合安装在无人机上，获得从天空或高处向（xiàng）下的视角。无人机操控手们不但可以在（zài）飞行（háng）过程中实时（shí）享受无人机带来的视觉体验，拍摄（shè）的高清照片、视（shì）频（pín）等还可以进行丰富的后期处（chù）理，得到更炫酷的视（shì）觉效果。在（zài）无（wú）人机出现之前，进行航拍需要租（zū）用有（yǒu）飞行员驾（jià）驶的飞机（jī），不但过（guò）程相当繁杂，飞（fēi）机租（zū）用价格也绝非一般（bān）人可（kě）以承担。而在无人机（jī）出现之后，个人就可（kě）以进行日常（cháng）的业余航拍活动。在运动会等大（dà）型活（huó）动现（xiàn）场，无人机（jī）也已经成了必备（bèi）的拍摄工具。

进入21世（shì）纪后，由于（yú）基础技术的（de）发展，民用无人机（jī）的各个（gè）组（zǔ）成部分性能越（yuè）来越强、重（chóng）量越来越轻（qīng），成（chéng）本也越来越低，给无人机的普及创造了（le）条件。目前，无人机（jī）搭（dā）载的高性能FPGA芯片，可以实现双CPU的（de）功能（néng），处理各种传感（gǎn）器传来的无（wú）人机状态信（xìn）息，控制无（wú）人机的高效飞行。Wifi技（jì）术的发展（zhǎn）让手机（jī）上网更方（fāng）便，也给民用无（wú）人机（jī）的信号传输提供了一种简单有效的实现方式，可以在一（yī）定距离内（nèi）传输控制和影像信号。在（zài）续航方面，由于锂电（diàn）池（chí）技术的发展，用一块重量不大的电池（chí）就可（kě）以让无人机在天空中飞行一段时间。

除了（le）四（sì）旋翼（yì）无人机外，固（gù）定翼无（wú）人机也在（zài）民用领域得到（dào）了广泛的应用。与四旋翼无人机或多旋翼（yì）无人机相（xiàng）比，固定翼无人机的（de）续（xù）航时间更长，飞行高度更高、活动范围更大，采用更加可靠的控（kòng）制系统和（hé）信号传输系统，因（yīn）此（cǐ）比四旋翼无人机更适合专业生产领（lǐng）域的应（yīng）用。

6.无人机越来越“万能”

除（chú）了娱（yú）乐航（háng）拍的（de）功能外，民用无（wú）人机还有多种（zhǒng）多样的本领。大城市道路大多拥堵（dǔ）严重，在发生交通事故时，无人（rén）机可快速低空飞抵事故现场，第一时间进行执法拍摄（shè）取证。它（tā）传回的图像还能让交通部门（mén）更好地疏导拥（yōng）堵的交通，从而更快到达现场进行（háng）事（shì）故救（jiù）援工作。

遇到犯罪分子驾（jià）车逃窜时，无人机可以在空中跟踪罪犯的踪迹（jì），引（yǐn）导警（jǐng）察实施抓捕。

在高层建筑发生火灾时（shí），消防员可以释放无人机（jī）航拍，快速获取火灾蔓延情况（kuàng）和（hé）被困人（rén）员（yuán）位置，准确部署（shǔ）灭火力量。

当洪水发（fā）生时，无人机可携带救生绳或救生圈，并将其（qí）投送（sòng）到需（xū）要者（zhě）身（shēn）边。

对位于偏远（yuǎn）地（dì）区的输电线路（lù）和石油管道，可以让无人机进行线路（lù）巡检的（de）工（gōng）作。无人机出动一次（cì）就可以巡检几十甚至（zhì）上（shàng）百公里的线路（lù），减轻（qīng）了工（gōng）人的工作负担。

未来，在网（wǎng）购（gòu）之后，人们还可能（néng）收到无人机（jī）送（sòng）来的（de）快递包裹。快递企（qǐ）业计划用四旋翼或八旋翼无人机，在10公里的范（fàn）围（wéi）内派（pài）送重量不超（chāo）过10公斤的包（bāo）裹。无（wú）人机不会取代快（kuài）递（dì）小哥们的（de）工（gōng）作（zuò），而是会（huì）专注于紧急快（kuài）件和偏远地区（qū）快件（jiàn）的派送，提高（gāo）配（pèi）送效率，减少人力、运（yùn）力（lì）成本。目（mù）前，国外（wài）的（de）亚马逊、DHL和国内的（de）顺丰、京东等快递（dì）物流（liú）企（qǐ）业，都在开展无人机配送快递的（de）尝试。德国DHL公司已经开始使用无人机，为居住在偏远海岛上（shàng）的人们送去药品等必需物（wù）资。亚马逊推出的PrimeAir服务，可以将包裹在30分钟内送交客户。美国（guó）邮政（zhèng）还研制（zhì）出了一种（zhǒng）电动邮政汽（qì）车和（hé）无人机结合（hé）的派送模式，由（yóu）司机（jī）驾驶电（diàn）动邮车到达（dá）社区，再由无人机从邮车上自（zì）动取走包裹、送交住户。2017年，中科院工热所还成功研制了世（shì）界上第（dì）一种大型货运无人机。这种（zhǒng）无人机可以在极短的跑道上起飞（fēi）降落，一次可（kě）以运输重达1.5吨的货物，特别适合将一批快递包（bāo）裹集中运到偏远的乡（xiāng）镇和（hé）村庄，使那里的人们（men）也能享受网购带来的便利。2018年，中国邮政在浙江安吉山村地区开通了第一条无人（rén）机（jī）配送航线，试点偏远地区配送服（fú）务。

炫彩世（shì）界（jiè）

无人（rén）机（jī）集群不仅是“表演”

这些年，我们经（jīng）常能够看（kàn）到无人（rén）机编队表演的新闻报道。成百上（shàng）千架无人（rén）机，在（zài）夜色中通（tōng）过自身（shēn）携带的彩色灯光设备（bèi），组成各种各样的美丽图（tú）案，甚至还能随着音乐（lè）节（jiē）奏（zòu）的变化翩翩起（qǐ）舞。这种奇观的（de）出（chū）现，得益于无人机集群（qún）技术的发（fā）展。

实际上，早在（zài）这种表演为人所知之前，无人机集（jí）群技术在军事领域就（jiù）已经得（dé）到了发展与应用（yòng）。2000年，美国国防（fáng）部（bù）的高级计划局就启动了有关研究项（xiàng）目，通过借鉴蚂蚁的群体组织方法，研究多（duō）架无人机在空中协同发现目标的技术。经过近二十（shí）年（nián）的（de）发展，无人机集群技术已经日臻成（chéng）熟。在（zài）执（zhí）行任务的过程中，集群中的无人机（jī）要组（zǔ）织好自己（jǐ）的队形，在完成任务的（de）同时避免（miǎn）发（fā）生碰撞。同时，无人（rén）机之间（jiān）还要分享所处位置态势的感（gǎn）知，一架无（wú）人机（jī）所观察到的情况可以被所有无人机（jī）掌握。这样，大量无人机可以在单一操作员（yuán）的（de）指挥（huī）下，完成一架无人机所不（bú）可能完（wán）成的（de）各种任务。

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