无人（rén）机已（yǐ）经（jīng）走过了（le）一个世纪的发展历程，民用无（wú）人机迅猛（měng）发展

在最近一段时（shí）间（jiān）的新（xīn）冠（guàn）肺炎疫情防控（kòng）工作中，无人机发挥了（le）许多作用，受到人（rén）们的广泛关注。

无人机是无人驾（jià）驶飞（fēi）机的（de）简称(英语简称UAV)，个头可大可小。从最初的雏形诞生至今，无人机（jī）已经走过了一个（gè）世纪的发展历（lì）程，但无（wú）人（rén）机（jī）真正走进我们的生活，在娱乐（lè）、环保、交通等领（lǐng）域大展（zhǎn）身手，不过是最（zuì）近十年的（de）事。

1.百年前先驱探索（suǒ）

19世纪，无线电的发（fā）现和运用（yòng）给人们远距离控制机器的运（yùn）行创（chuàng）造了可能。1898年，物理学家特斯拉向人（rén）们（men）展示了通过（guò）无线（xiàn）电遥控一条模型船的航行（háng），从而首次实现了遥控技术的应用。当飞机被人们发（fā）明出来（lái）并在第一次世（shì）界大战中得到（dào）应用后，发明家们开始尝试将遥控技（jì）术与飞机结合，制成一种无须飞行员亲自（zì）驾驶的飞（fēi）机。

早在1909年（nián），美国工程师就发明（míng）了一（yī）种名叫“陀（tuó）螺仪”的装置，可以测定（dìng）飞机的飞行方向及机身正以什（shí）么样的（de）姿势在空中飞行。这种（zhǒng）装置是现（xiàn）代飞机自动控制和惯性导航系统的（de）核心组成部分。这种装置出现后，美（měi）国海军（jun1）对此很感兴趣，希望以此为基础（chǔ）研究一（yī）种不需要飞行员驾驶的飞行（háng）器。当时，美（měi）国（guó）海军将（jiāng）其（qí）称之为“飞行鱼（yú）雷”。为了（le）提高飞行（háng）鱼雷的导航精（jīng）度，美（měi）国西（xī）部电器公司还为它开发了专用的无（wú）线电导航（háng）系统。飞行（háng）鱼雷是无人机最早的（de）雏形之一，而（ér）惯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（jì）术。

1917年，英国皇家飞行（háng）队的（de）罗上尉制造了一（yī）架遥（yáo）控（kòng）飞机（jī）。这是一架木制结（jié）构的（de）飞机，通（tōng）过安装（zhuāng）在卡车（chē）上的弹（dàn）射装置起飞。罗上尉本希望可（kě）以通过遥控的方式（shì），让飞机平（píng）稳飞行（háng）一段时（shí）间，但在实际（jì）的飞（fēi）行表（biǎo）演中（zhōng），飞机刚刚起飞就失控了，仅仅飞行了一（yī）小段距离便（biàn）坠落到了地上（shàng）。虽（suī）然试（shì）验遭遇失败，但由于飞机在飞行过程中的（de）确响应了罗上尉通过无线（xiàn）电（diàn）发出的控制信号，因（yīn）此这次试飞仍然被视为是无人机技术（shù）的发端。

2.战场上初露锋芒

飞（fēi）行员在进入战场作（zuò）战前（qián），需（xū）要像使用枪（qiāng）支的射手射击靶子一样，在训练中实际攻击天空中的（de）靶（bǎ）机，来提升自己的作战（zhàn）技（jì）能。地（dì）面（miàn）的高炮防空部队也需要用靶机（jī）进行训练（liàn）。在两（liǎng）次世（shì）界大战期间，美国、英（yīng）国和德国都开始（shǐ）了将（jiāng）无（wú）人机作为靶（bǎ）机的尝试。美国军方还发现，无（wú）人机有可能方（fāng）便快捷地在战场（chǎng）上传递信息，代（dài）替（tì）当时还（hái）广泛使用的传（chuán）令（lìng）兵（bīng），并在之前飞（fēi）行鱼雷的基础上研发了“信使”无人机。

1941年，美国海（hǎi）军（jun1）萌生了使用无人机攻击敌人空中和地（dì）上目标的（de）想法，研发（fā）了TDN-1和TDR-1型无人攻（gōng）击机。1944年9月至10月间（jiān），这两种无人机在太平洋战争中小（xiǎo）试牛刀（dāo），攻击了日军的（de）堡垒（lěi）和火（huǒ）炮阵地（dì）等目标，取得了一定战果。

二战结束后，无人机开始投入战场（chǎng）侦察工作。世界上（shàng）第（dì）一种实用型的无人侦察机（jī）是无线电（diàn）控制（zhì）的美国AN/USD-1战场无人监视机（jī）。这种飞机装备有（yǒu）一（yī）台可以在（zài）白天工作的光学照相机和一台在夜间工作（zuò）的红外照相机（jī），通（tōng）过火箭助推器起（qǐ）飞（fēi），完成任务后释放（fàng）降（jiàng）落伞降落。但它拍来的照片（piàn）还需（xū）要（yào）复杂耗时的处理和分析（xī）工作。

在（zài）冷战和越（yuè）南战争期（qī）间，美军发现（xiàn）无人机除了（le）照相外（wài），还可以执（zhí）行另一种形式（shì）的（de）搜索任务。无人机飞临（lín）敌人控制的（de）空域（yù）后（hòu），可以诱骗敌人的防空雷达开机，获得防（fáng）空（kōng）雷（léi）达（dá）的信号特征。敌（dí）人（rén）的高炮、防空导弹、战斗机在拦截无人机的过程中，也会将自身（shēn）的（de）部署情况暴露（lù）。一旦无人机被击落（luò），因为没（méi）有飞行员驾（jià）驶，不会（huì）引起一系（xì）列的后续（xù）问题（tí）。在无（wú）人机第一（yī）次大规模实战应用的（de）越南战争期（qī）间（jiān），美军在（zài）战场上大（dà）量使用“火蜂”型无人（rén）侦（zhēn）察机执行（háng）这方面的工作。在此期间，还（hái）催生出了直升机（jī）在半空回（huí）收无人机的（de）技术。

3.新科技助力指令（lìng）控制

进（jìn）入上世纪80年代后，电（diàn）子工业（yè）和航空工（gōng）业的发（fā）展为无（wú）人机发（fā）展带来了新的契机。此时（shí），军用无人机的飞行控制技术出（chū）现（xiàn）了两大（dà）分（fèn）支，自动飞行控制（zhì）系统和指令控制系统。

自动飞行控制系统需要在无人机起飞前将本（běn）次飞（fēi）行的（de）路径、高（gāo）度和侦察（chá）目标等信息设定好，无人机依靠这些信息（xī）自己完成（chéng）飞行任务。这种模式虽然看起（qǐ）来比较简单，但一旦目标位置出现（xiàn）了（le）变化，提前（qián）设定的（de）飞行路线就得不到（dào）需要的信息（xī）了。而指令控制模式，将飞（fēi）行（háng）员的位置由飞机上搬到了地面站的（de）控制室中。得（dé）益于视频图（tú）像技术（shù）的发展（zhǎn），无人机可（kě）以通过无线电信（xìn）号实（shí）时将侦察（chá）图像信息传（chuán）回控（kòng）制室，而控制员可以根据（jù）画面实时操（cāo）控无人机飞行，根（gēn）据瞬息万变的战场形势控制无人机飞行。上世纪（jì）80年（nián）代以后，指（zhǐ）令（lìng）控制技术（shù）逐渐成为军用无人机飞行控制系统的主（zhǔ）流。

此外（wài），卫（wèi）星通信技术和（hé）GPS导航技术也给（gěi）指令控制技术的（de）应用带（dài）来了帮助。在应用卫星通信前，无人机的飞行（háng）距离受到控制信号传输和山（shān）川阻（zǔ）挡等（děng）因素的限制。应（yīng）用（yòng）卫（wèi）星通信技术后，地面控（kòng）制站可以将控（kòng）制信号上传至太空（kōng）中的通信卫（wèi）星，由（yóu）卫星中继放大后发送到无人机（jī）接收天（tiān）线上，从（cóng）而突破（pò）了（le）地面障碍物和（hé）地平线的限制。GPS导航技术，可以（yǐ）让控制人员更准确（què）地（dì）获（huò）取（qǔ）无人机（jī）的位置，同时（shí），在控制信（xìn）号因为干（gàn）扰中（zhōng）断时，无人机（jī）可以使用（yòng）GPS导航（háng）自主返航（háng）回收。

4.现代战争中（zhōng）代替（tì）侦察兵（bīng）

在上世纪90年代初的（de）海（hǎi）湾战争和（hé）21世纪（jì）初的伊拉克战争中，无人（rén）机得到全方（fāng）位的应用。两（liǎng）种（zhǒng）美（měi）军现（xiàn）役（yì）的“明星无人机（jī）”——“捕食者”和“全球鹰”也在此期间（jiān）开始应用。

“捕食者”无（wú）人机源自于之前研发的“蚊（wén）”-750II型远程（chéng）无人机，正式型号为RQ-1，该（gāi）机是一种长（zhǎng）航（háng）时（shí）无人机，采（cǎi）用涡轮增压的螺旋桨发动机作为动（dòng）力。最大（dà）续航时间（jiān）60小时（shí），可（kě）在目标上空飞行24小时。侦察型的“捕食者”配有光电（diàn）/红（hóng）外侦察设备，在（zài）白天和夜间均（jun1）能执行侦（zhēn）察任务。在（zài）“捕（bǔ）食者”上（shàng），还装备有一种（zhǒng）被（bèi）称作“合成孔（kǒng）径雷达（dá）”的新装（zhuāng）备（bèi）。这种装备可以通过发射无线电信号并（bìng）接（jiē）收（shōu）大地或目标反（fǎn）射信号的（de）方式，绘制出目标的高分辨（biàn）率图像。即便在有云层（céng）或雾气（qì）遮挡（dǎng）的情况下，这种雷（léi）达依旧可以返回与相机照片（piàn）类似的图像。从（cóng）2000年（nián）起，美军开始对“捕（bǔ）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（lì）。通过在无人机头部安装（zhuāng）用于指引导（dǎo）弹打击（jī）目标的激光指示器，“捕食（shí）者”可以发射用来（lái）打击（jī）坦克、装甲车（chē）等（děng）目标（biāo）的（de）“地狱（yù）火”导弹。2006年，攻（gōng）击型“捕（bǔ）食者”的升级版MQ-9“死（sǐ）神”无人攻击机问世，这种无人机体积更大、性能更（gèng）强，还能发射（shè）激光制导（dǎo）炸弹（dàn）等武器。

“全球鹰”是一种无人侦（zhēn）察机。和“捕食者”一样，“全球鹰”也具备使用合成孔径（jìng）雷达等多个频（pín）段的侦察设备获取战场信息的能（néng）力，可以执行对陆地（dì）目（mù）标（biāo）和（hé）海上目标的侦察任务。由于使用了喷气式发动（dòng）机作（zuò）为动力，“全球鹰（yīng）”有着比“捕食者”更高的飞行速度。美（měi）军（jun1）本（běn）来也打算将“全球（qiú）鹰”无人侦察机改（gǎi）装成攻（gōng）击型无人机，但由（yóu）于“全（quán）球（qiú）鹰”的飞（fēi）行（háng）高度较高，用来执行对地攻击任务并不十（shí）分合适，因此放弃了这一想（xiǎng）法。

除了“全（quán）球鹰”和“捕（bǔ）食者”这类大型无（wú）人机外，美（měi）军还研发了小型化的（de）无人（rén）机，如（rú）RQ-11“大乌鸦”和“龙眼”无人（rén）机。由于这些无人机体积轻巧（qiǎo）、便于携带（dài），基层部队（duì）可以在日（rì）常巡逻中将无人机随身携带，一（yī）旦（dàn）遇到战斗情况，可以就地将无人机（jī）放飞，提供侦（zhēn）察支援，灵活性大大提高，特别适合反恐作战。

5.民用无（wú）人机迅猛发展

虽然无人机技术的发展（zhǎn）源于（yú）军事需求，但目前大家最熟悉（xī）的（de）无人机，还是（shì）那种有着多个（gè）旋（xuán）翼，可以灵活地在空中运动或（huò）悬（xuán）停，进（jìn）行航拍活动（dòng）的（de）多旋（xuán）翼无人机。这种无人机（jī）是自21世纪以来迅猛（měng）发展的民用无人机的典（diǎn）型代表（biǎo）。

在多旋翼无人机中，四旋翼无人机是最常（cháng）见的（de）一种无人（rén）机类型。它和直升飞机一样，是通过与机身平行（háng）的螺旋桨桨叶（yè）产生的升力垂直起飞，既无需机（jī）翼（yì），又不用设置跑道来（lái）起飞（fēi）降落，因而体积小巧（qiǎo）、使用方便。而（ér）和直升机（jī）这样的单旋（xuán）翼飞（fēi）行器（qì）相比，多旋（xuán）翼飞（fēi）行器的螺旋桨（jiǎng）无需设置（zhì）复杂（zá）的机械（xiè）传动（dòng）装置，也不需要尾桨来抵消（xiāo）主螺旋桨带来的旋转，因此多旋翼无人机不但具（jù）备（bèi）理想的可靠性，还可以（yǐ）将制造成本控制得比较低，能够以一般消费者能承受的价格销售。更重（chóng）要的是，在内（nèi）部控制程序的配合下，多旋（xuán）翼无人（rén）机的（de）操（cāo）控相当简单，非（fēi）专（zhuān）业飞行人员短时（shí）间内就能掌握（wò）基（jī）本的操作方（fāng）法，像玩（wán）电子游戏一样操控无人机的飞行（háng），为（wéi）无（wú）人机的普及扫除了障碍。

多旋（xuán）翼（yì）民（mín）用无人机能够迅速兴（xìng）起的另外一个关键设备，是以GoPro为代表的运（yùn）动相（xiàng）机。运（yùn）动相机可以（yǐ）获得比一般相机更加宽广（guǎng）的视野，拍摄高清晰（xī）度的照片或视频，体（tǐ）积重量还十分小巧，特别适合安装在（zài）无（wú）人机上（shàng），获（huò）得从天空或高处向（xiàng）下的视（shì）角。无人机操控手们（men）不（bú）但（dàn）可（kě）以（yǐ）在飞行过程（chéng）中实时享受（shòu）无人机带来（lái）的视觉体验，拍（pāi）摄的高清照片、视频等还可以进行丰（fēng）富的（de）后期处理，得（dé）到更炫酷的视觉效果。在（zài）无人（rén）机出现之前，进（jìn）行（háng）航拍（pāi）需要租（zū）用有飞行员（yuán）驾驶的飞机，不但过程相当繁杂（zá），飞机租用价格也绝非一般人（rén）可以承担。而在无人机出现之（zhī）后，个人（rén）就（jiù）可以进行日常的业余航拍活动。在运动会等大型活动现（xiàn）场，无人机也已经成了必备的（de）拍摄工具。

进入21世纪后，由于基础技术的发展，民（mín）用（yòng）无人机的各（gè）个组成部分性能越来越（yuè）强、重量越来（lái）越轻，成本也越来越低，给无（wú）人机的普及创造（zào）了条件。目前，无（wú）人机搭载的高性能FPGA芯片，可以实（shí）现双CPU的功能，处（chù）理各种传感器传来（lái）的无人（rén）机状态（tài）信息，控制无人机的高（gāo）效飞（fēi）行。Wifi技术的发展让手机上网更方便，也给民（mín）用无人（rén）机的信号传（chuán）输提供了（le）一种简单有（yǒu）效的实现方式，可以在（zài）一定（dìng）距离内传（chuán）输控制和影（yǐng）像信号。在续航方（fāng）面，由于锂（lǐ）电池（chí）技术（shù）的发（fā）展，用一块重量不大的电池就（jiù）可以让无人机（jī）在天空（kōng）中飞行一段时间。

除（chú）了四旋翼无人机外，固定翼无人机也在（zài）民用领域得到了广泛的应用。与四旋翼（yì）无人机或多旋翼无人（rén）机相比，固定翼（yì）无人（rén）机的续航时间更长（zhǎng），飞（fēi）行高度（dù）更高、活动范围（wéi）更大，采用更加可靠的（de）控（kòng）制系统和信号传输系统（tǒng），因此比四旋翼无人机更适合专业（yè）生（shēng）产领域的应用。

6.无（wú）人机越来（lái）越“万能”

除了娱乐航（háng）拍的功能（néng）外，民用无人机还有多（duō）种多样（yàng）的（de）本领。大城市（shì）道路大多（duō）拥堵严重，在发生（shēng）交通事故时（shí），无人（rén）机可（kě）快速低（dī）空飞抵事故现场，第（dì）一时间进行执法拍摄（shè）取证。它传（chuán）回（huí）的图像还（hái）能让（ràng）交通部门（mén）更好地疏导拥（yōng）堵的交通，从（cóng）而更（gèng）快到（dào）达（dá）现场进行事故（gù）救（jiù）援工作。

遇到犯罪（zuì）分子驾车逃窜时，无人机可以在空（kōng）中跟踪罪犯（fàn）的踪迹，引导（dǎo）警察实施抓捕。

在（zài）高层建筑发生（shēng）火灾时，消防员可（kě）以释（shì）放无人机航拍，快速（sù）获（huò）取火（huǒ）灾蔓延情（qíng）况和（hé）被困人员位置（zhì），准确部署灭（miè）火（huǒ）力（lì）量。

当洪水（shuǐ）发生时，无人（rén）机可携带救生（shēng）绳或救生圈，并将其投送到需要者身（shēn）边。

对位于偏远地（dì）区的输电（diàn）线（xiàn）路和石油管道，可以让无人机进行线（xiàn）路巡检的（de）工作。无（wú）人机出动一次就可（kě）以巡（xún）检几十甚至上（shàng）百公（gōng）里的线路，减轻（qīng）了工人的工作负担。

未来，在网购之后，人们（men）还可能（néng）收到无人机送（sòng）来的快递包裹。快递企业计划用四旋翼或八旋翼无人机，在（zài）10公里的范围内派送（sòng）重量不超过10公斤的包裹（guǒ）。无人机不会取代快递（dì）小哥们（men）的工作，而是会专注于（yú）紧（jǐn）急快件和偏远地区快件的派送，提高配（pèi）送效（xiào）率，减少人力（lì）、运力成本。目前（qián），国（guó）外的亚马逊、DHL和国内（nèi）的（de）顺丰（fēng）、京（jīng）东等快递物流（liú）企业，都（dōu）在（zài）开展（zhǎn）无人机配送快（kuài）递的（de）尝试。德国DHL公司已（yǐ）经开始使（shǐ）用（yòng）无人机，为居住在偏（piān）远海岛上（shàng）的人们（men）送去药品等（děng）必需物（wù）资。亚马逊推出（chū）的PrimeAir服务，可以将（jiāng）包裹在30分（fèn）钟内送交客户。美（měi）国邮政还研制出了一种（zhǒng）电动（dòng）邮政汽车（chē）和无（wú）人机结合的派送（sòng）模式，由司机驾驶电动邮车到达社（shè）区（qū），再由无人机从邮车上自动取（qǔ）走包裹、送交住户。2017年（nián），中科院工热所还成功研制了世界上第（dì）一种大型货运无（wú）人机。这种无（wú）人机（jī）可以在（zài）极短的跑（pǎo）道上起飞降落，一次可以运输重达1.5吨的货物，特（tè）别适合将一批快（kuài）递包裹集中运（yùn）到偏（piān）远的（de）乡（xiāng）镇（zhèn）和村庄，使那里（lǐ）的人们也能（néng）享受网（wǎng）购带来的便（biàn）利。2018年，中国邮政在浙江安吉山（shān）村地区开（kāi）通了第一条无（wú）人机配送航线，试点偏远（yuǎn）地区配送服务。

炫彩（cǎi）世界

无人机集（jí）群不仅是“表演”

这些年，我们经常能够看到（dào）无人（rén）机编队表演的新闻报道。成百上千（qiān）架无人机，在夜色中通（tōng）过自身携带（dài）的彩色灯光设备，组成各（gè）种各样的美丽（lì）图案（àn），甚至还（hái）能随（suí）着音乐节奏的变化（huà）翩（piān）翩起舞。这种奇观（guān）的出（chū）现，得益（yì）于（yú）无人机集群技术的发展。

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，美国国防部的高级计（jì）划局就启（qǐ）动了有关研究项目，通过借鉴蚂蚁的群体组织方法，研（yán）究（jiū）多架（jià）无（wú）人（rén）机在空中协同发现目标的（de）技术。经过近二十年的发展，无人机集群技术已经日（rì）臻（zhēn）成熟（shú）。在（zài）执行任（rèn）务的过程中，集群中的无人（rén）机要组织好自己的队形，在（zài）完成任（rèn）务的同（tóng）时避（bì）免发生碰撞。同时，无人机之间还要分享所处位置态势（shì）的（de）感知，一（yī）架无人机所（suǒ）观（guān）察到的情况可以被所（suǒ）有无人机掌握。这样，大量无人机（jī）可以在单一操作员的指挥下（xià），完成（chéng）一架无人（rén）机所不可（kě）能完成（chéng）的各种任务。

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