无人机（jī）已经走过了一个世纪的发展历程，民（mín）用无人机（jī）迅（xùn）猛发展

在最近一段时（shí）间的新冠肺炎疫情防控工作中，无人机发挥了许多作用（yòng），受到人们（men）的广泛（fàn）关（guān）注。

无（wú）人机是无人驾驶飞机的简称(英（yīng）语简称UAV)，个头可大可小（xiǎo）。从最初的雏形诞生至今，无人（rén）机（jī）已经走过了一（yī）个（gè）世纪的发展历程（chéng），但无（wú）人机真正走进我们的生活（huó），在娱乐（lè）、环保、交通等（děng）领域大展（zhǎn）身手，不过是最近（jìn）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（kòng）制机（jī）器的运（yùn）行创造了可能。1898年，物理学家特（tè）斯拉向人们展示了通（tōng）过无线电（diàn）遥控一条（tiáo）模型船的航行，从而首（shǒu）次实现了遥控技术（shù）的应用（yòng）。当飞机被（bèi）人们（men）发明出来并在（zài）第一（yī）次世界大战中得到应用后，发明家们开始（shǐ）尝试将遥控技术与（yǔ）飞机结合，制成一种无须飞行员亲自驾驶的飞机。

早（zǎo）在1909年，美国工程师（shī）就发明了一种名叫“陀螺仪（yí）”的装（zhuāng）置，可以测定飞机的飞行方向及机身正以什么样的姿势在空中飞（fēi）行。这种装置是现代飞机（jī）自动控制和惯（guàn）性导航系统的核（hé）心组成（chéng）部分。这种（zhǒng）装置出现（xiàn）后，美国海（hǎi）军对此很感（gǎn）兴趣，希（xī）望以此为基础研究（jiū）一种不需要飞（fēi）行员驾驶的飞（fēi）行器。当时，美国海军将其称之为“飞行（háng）鱼雷”。为了提高飞行鱼雷的（de）导航精度，美（měi）国西部电（diàn）器公司还为它开（kāi）发了（le）专用的无线电导航系统。飞行鱼雷是无人机最早的雏形之一，而惯性导航与无线电控制技术，至（zhì）今仍然是遥控无人（rén）机的核心技术。

1917年，英国皇家飞行队（duì）的罗上尉（wèi）制造了一架遥控飞机。这是一架（jià）木（mù）制结构的飞机，通过安装在卡车上的（de）弹射装置起飞。罗上尉（wèi）本希（xī）望可以通过遥控的方（fāng）式，让飞机平稳飞行（háng）一段（duàn）时（shí）间，但（dàn）在实际的飞行（háng）表演中，飞（fēi）机（jī）刚刚起飞就（jiù）失控了，仅仅飞（fēi）行了一小段距离便（biàn）坠落到（dào）了（le）地上。虽然试验遭（zāo）遇失败，但由（yóu）于飞机在飞行过程中（zhōng）的确（què）响应了罗上尉通过无（wú）线电（diàn）发出的（de）控制信号，因此这次试飞仍然被视为是无人（rén）机（jī）技术（shù）的（de）发端。

2.战场上初（chū）露锋芒

飞（fēi）行员（yuán）在进入战场作战前（qián），需要像使用（yòng）枪支的射手射（shè）击靶子一样，在训练（liàn）中实际攻击天空中（zhōng）的靶机，来提升自己的作战技能。地面的高（gāo）炮防空部队也需要用（yòng）靶机进行训练。在两次世界（jiè）大战期间（jiān），美国、英国（guó）和（hé）德国（guó）都开（kāi）始了将无人机作为靶机的尝试。美国军方还发现，无人（rén）机有可能（néng）方便快捷地在战场上传递信息，代（dài）替当时还广泛使用的传令兵，并在之前飞行鱼雷（léi）的基础上研发了“信使”无人机（jī）。

1941年，美国海军萌生了使（shǐ）用（yòng）无人机攻击敌人（rén）空中（zhōng）和地（dì）上目标的想法，研发了（le）TDN-1和TDR-1型无人攻击机。1944年9月至10月间，这两（liǎng）种无人机在太平（píng）洋战（zhàn）争中小试牛（niú）刀，攻击了日军（jun1）的（de）堡垒和火炮阵地等目标，取得（dé）了（le）一定战果。

二战结束后（hòu），无人机（jī）开始（shǐ）投（tóu）入（rù）战场侦察工（gōng）作。世界上第一种实用型的无人侦察机是无线电控制的美国AN/USD-1战场无人监视机。这种飞机装备有一台（tái）可以在（zài）白天工作的（de）光学（xué）照（zhào）相机和（hé）一台（tái）在（zài）夜间工作的（de）红外照相机，通过火箭助推（tuī）器起飞，完成（chéng）任（rèn）务（wù）后（hòu）释放（fàng）降落伞降落。但它（tā）拍来的（de）照片（piàn）还需要复杂耗时的处理和分析工作（zuò）。

在（zài）冷战和越南战争（zhēng）期（qī）间，美军（jun1）发现无人（rén）机除了照相外，还可以执行（háng）另一（yī）种形（xíng）式的搜索（suǒ）任务。无人机飞临敌人控制的空（kōng）域后（hòu），可以诱骗敌人的防（fáng）空雷达开机，获得防空（kōng）雷达的信号（hào）特征。敌人的高炮、防空导弹、战斗机在（zài）拦截无（wú）人机的过（guò）程（chéng）中，也会将（jiāng）自（zì）身的部（bù）署情况暴（bào）露。一（yī）旦无人机被（bèi）击落（luò），因为（wéi）没有飞行员驾驶，不会引起一（yī）系列的后（hòu）续问题。在无人（rén）机第一次大规模实战应（yīng）用的越南（nán）战争期间，美军在战（zhàn）场上大量（liàng）使用“火蜂”型无人侦察机执行这方面的工作。在此期间，还催（cuī）生出了直（zhí）升（shēng）机在（zài）半空回收（shōu）无人机（jī）的技术。

3.新（xīn）科（kē）技助力指令控制

进入上（shàng）世纪80年代后，电子工业（yè）和航（háng）空（kōng）工业的发展为无人机发展带来了（le）新的（de）契机。此时，军用无人机的飞行控（kòng）制技术（shù）出现了两大分支，自动飞行控制系统和指令控制系统。

自动飞（fēi）行控制系统需要在无人机（jī）起飞前将本次飞（fēi）行的路径（jìng）、高度和（hé）侦察目标等（děng）信（xìn）息设定好，无人机依靠（kào）这些信（xìn）息自己（jǐ）完成飞（fēi）行任（rèn）务。这种模式虽然看起来比（bǐ）较简单，但一旦（dàn）目标位置出现了变化，提（tí）前设定（dìng）的飞（fēi）行路线就得不到（dào）需要的信息了。而指令控（kòng）制模式，将（jiāng）飞行员的位置由飞（fēi）机上搬到了地面站（zhàn）的控（kòng）制室中。得益于视（shì）频图像技术（shù）的（de）发展，无人机可以通过无线（xiàn）电信号实时将侦察图像信息传回（huí）控制室，而控制员可以根据画（huà）面实时操控无人（rén）机飞行，根（gēn）据瞬息万变的战（zhàn）场形势（shì）控制无人机飞行。上世纪80年代（dài）以（yǐ）后（hòu），指令控制技术逐渐成（chéng）为军用无人机飞行控制系统的主（zhǔ）流（liú）。

此外（wài），卫星通（tōng）信（xìn）技术和GPS导航技术（shù）也（yě）给指（zhǐ）令控制技术的应（yīng）用带来了帮助。在应（yīng）用卫星通信（xìn）前，无人机的飞行（háng）距（jù）离（lí）受到控制信号传输和山（shān）川阻挡等因素的限制。应用卫星通信技术后（hòu），地面控制站（zhàn）可以将控（kòng）制（zhì）信号上（shàng）传（chuán）至太（tài）空中的通信卫星，由卫星（xīng）中继放大后发送到无人机接收天线上，从而突（tū）破了（le）地面障碍物和地（dì）平线的限制。GPS导航技术，可以让（ràng）控制人员更（gèng）准确（què）地获取（qǔ）无人机的位置，同时，在（zài）控制（zhì）信号因为干扰中断时，无人机（jī）可（kě）以使用GPS导航自主返航回收。

4.现代（dài）战（zhàn）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（wú）人机得（dé）到全方位的应用。两种美军现役的（de）“明（míng）星无人（rén）机”——“捕食者”和“全球（qiú）鹰”也在此期间开始应用。

“捕食者”无人机源自于之前研发的“蚊”-750II型远程（chéng）无人机（jī），正（zhèng）式（shì）型号为RQ-1，该机（jī）是一种长航时无人机（jī），采用涡轮增压的（de）螺旋桨发动（dòng）机（jī）作为（wéi）动（dòng）力（lì）。最大续航时间60小时，可（kě）在目（mù）标（biāo）上空飞（fēi）行24小时。侦察型的“捕食者”配有光（guāng）电/红外侦察设备，在（zài）白天和夜间均（jun1）能（néng）执行侦（zhēn）察任务。在“捕（bǔ）食者”上（shàng），还（hái）装备（bèi）有一（yī）种被称作“合成（chéng）孔径雷达”的新（xīn）装备。这种装备可以通过发射（shè）无线电信号（hào）并接收大（dà）地（dì）或（huò）目标反（fǎn）射（shè）信号的方（fāng）式（shì），绘（huì）制出目标的高分辨率图（tú）像。即便在（zài）有云层或雾气（qì）遮（zhē）挡（dǎng）的情况下，这种雷达依（yī）旧（jiù）可以返（fǎn）回（huí）与相（xiàng）机照片类似的图像。从（cóng）2000年（nián）起，美军开始对“捕食（shí）者”进（jìn）行改进，使它具备了（le）使用武器对敌人进行攻击的能力。通过在无人机头部安装用于指引导弹打击目（mù）标的激光指示器，“捕食者”可以发射用来打击（jī）坦克、装甲车等目标的“地狱火”导弹。2006年，攻击型“捕食（shí）者”的升级版（bǎn）MQ-9“死神（shén）”无人（rén）攻击机（jī）问世，这种无（wú）人机体积更大、性能更（gèng）强，还能发射激光制（zhì）导（dǎo）炸弹等武器。

“全球鹰”是一种无人侦察（chá）机。和“捕食者”一样，“全球鹰”也具备（bèi）使用合（hé）成（chéng）孔径雷（léi）达等多个（gè）频段的侦察（chá）设备（bèi）获（huò）取战场（chǎng）信息的能力，可以执行对陆地目标和海上目标的侦察任务（wù）。由于使用了喷气（qì）式（shì）发动机作（zuò）为动力，“全球鹰”有着比“捕食者”更高的飞行速（sù）度。美（měi）军（jun1）本来也（yě）打算将“全球鹰”无人侦察机改装成攻击型无人机，但由（yóu）于“全球（qiú）鹰”的飞行（háng）高度较高，用来执行（háng）对地（dì）攻（gōng）击（jī）任务并不十分合适，因此放弃（qì）了这一（yī）想法。

除了“全（quán）球鹰”和（hé）“捕食（shí）者”这类大型（xíng）无人机外，美军（jun1）还研发（fā）了（le）小型化的（de）无人机，如RQ-11“大乌鸦”和“龙眼”无人机。由于这些无人机体积轻（qīng）巧、便于携带，基层部队可以在（zài）日常巡逻中将无人机随身携带，一（yī）旦遇到（dào）战斗情（qíng）况，可以就地将无人机放飞，提供侦察支援，灵活性大大提（tí）高，特别适合反恐作战（zhàn）。

5.民用无人机迅猛发展

虽然无（wú）人机技（jì）术的发展（zhǎn）源于军事需求（qiú），但（dàn）目前大家（jiā）最熟（shú）悉的无人机（jī），还是（shì）那种有着多个旋翼，可以（yǐ）灵活地在空中运动或悬停，进行（háng）航拍（pāi）活（huó）动（dòng）的多旋翼（yì）无人机。这种（zhǒng）无人（rén）机是（shì）自21世纪以来（lái）迅猛发（fā）展的民（mín）用无（wú）人（rén）机的典型代表。

在（zài）多旋（xuán）翼无人机中，四旋（xuán）翼无人机是最（zuì）常见的一种无人机类型。它和直升飞机一样，是通过（guò）与机（jī）身平（píng）行的螺旋桨桨叶产生的升（shēng）力垂（chuí）直（zhí）起飞，既无需机翼，又（yòu）不用设置跑道来起飞降落，因（yīn）而（ér）体积小巧、使用方便（biàn）。而和（hé）直升机这样的（de）单旋翼飞行（háng）器相比，多旋翼飞行器（qì）的螺旋桨（jiǎng）无需（xū）设（shè）置复杂的机械传动装置，也不需要（yào）尾（wěi）桨来抵消主螺旋桨带来的旋转，因此（cǐ）多旋（xuán）翼无人机不但具（jù）备理想的可靠性，还可以将制造成（chéng）本控（kòng）制得比较低，能够以一般（bān）消费者能（néng）承受的价格销售。更重要的是，在内部控制程序的配（pèi）合下，多（duō）旋翼无人机的操控（kòng）相当简（jiǎn）单（dān），非专业飞行人员短时（shí）间内就能掌（zhǎng）握基（jī）本的（de）操作方法，像玩电子游戏一（yī）样操控无人机的飞行，为无人机的普及扫（sǎo）除了（le）障碍。

多（duō）旋翼民用无人机能够迅速兴（xìng）起的另外一（yī）个关（guān）键设备，是以GoPro为代（dài）表的运动相机。运动相机可以获得比一般相机更加宽广的视（shì）野，拍摄高（gāo）清晰度的（de）照片或视频（pín），体积重（chóng）量还十（shí）分小（xiǎo）巧，特别适合安装在无人机上（shàng），获得从天（tiān）空或高处向下的视角。无人机操控手们不但可以在飞行过程（chéng）中实时享受无人机带来的视觉体验，拍摄的高（gāo）清（qīng）照片（piàn）、视频（pín）等还可以进行丰富的后期处理，得到更炫酷的（de）视（shì）觉效果。在无人机出（chū）现（xiàn）之前（qián），进行航拍需要租用有飞行员驾驶的飞机，不但过程相当（dāng）繁杂，飞机租用（yòng）价格也（yě）绝非一般人可（kě）以承担。而在无人机出现之后（hòu），个（gè）人就可以进行日常的（de）业（yè）余航（háng）拍活动。在（zài）运动会等大型活动现场，无人机也已经成了必（bì）备的拍摄工具。

进入21世纪后，由于基础技术的发展，民用无人（rén）机的（de）各个组成部分（fèn）性能（néng）越来越强、重量越来越轻，成本也（yě）越来越（yuè）低，给无人机的（de）普及创造了条件。目前，无人机（jī）搭载的高性能FPGA芯片，可以实现双CPU的功能，处理各（gè）种传感器传来的无人（rén）机状态（tài）信（xìn）息，控制无（wú）人机的高效飞行。Wifi技术的发（fā）展让（ràng）手（shǒu）机上网更方（fāng）便（biàn），也给民用无人机的（de）信号传输提供了一（yī）种简（jiǎn）单有效的实现（xiàn）方式，可以在一定距离内传输（shū）控制和影像信号。在续航方面，由于锂电池技术（shù）的发展（zhǎn），用一块重（chóng）量不大的电池就可以让无人机（jī）在天空（kōng）中（zhōng）飞行一段时间。

除了（le）四旋翼无人机（jī）外，固定翼（yì）无人机（jī）也在民用领域得到了广泛的应用。与四旋翼无人机或多（duō）旋翼无人（rén）机相（xiàng）比，固定翼无人机的续航（háng）时间更长，飞行（háng）高度（dù）更高、活动范（fàn）围（wéi）更大，采用更加可靠的控制系（xì）统和信（xìn）号传（chuán）输系统，因（yīn）此（cǐ）比四旋（xuán）翼无人机更适合专业生产（chǎn）领域（yù）的应用。

6.无人机越来越“万能”

除（chú）了娱乐航拍的功（gōng）能（néng）外，民用无人（rén）机还（hái）有（yǒu）多（duō）种多样的本领。大城（chéng）市道路大（dà）多拥堵严重，在发（fā）生（shēng）交（jiāo）通事（shì）故时，无人机可快（kuài）速低空飞（fēi）抵事故现场，第一时间进行执（zhí）法拍摄取证。它（tā）传（chuán）回的（de）图像还能让交通部门更好地疏导拥堵的（de）交（jiāo）通，从而更快到达现场进行（háng）事（shì）故救援工作。

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

在高层建筑发生火灾时，消（xiāo）防（fáng）员可以释放无人机航拍，快速（sù）获取火灾（zāi）蔓延情况和被困人员位置（zhì），准确部署灭火力（lì）量（liàng）。

当洪水发生时，无人机（jī）可携带救生绳或救生（shēng）圈，并将（jiāng）其投送到（dào）需（xū）要者身边。

对位于偏（piān）远地区（qū）的输电线路和石油管道，可以让无人机进行线路巡检的工作。无人机出（chū）动一（yī）次（cì）就可以巡检（jiǎn）几十甚（shèn）至（zhì）上百公里的线（xiàn）路，减轻了工人的工作负担。

未来，在网购之后，人们还可能（néng）收到（dào）无人机送来的快递包（bāo）裹。快递企业计（jì）划用（yòng）四旋翼或八旋（xuán）翼无人（rén）机，在10公（gōng）里的（de）范（fàn）围内派送重（chóng）量不超过（guò）10公（gōng）斤的（de）包裹。无人机（jī）不（bú）会取代快递小哥（gē）们的工（gōng）作，而是会专注于紧急快件和偏远地区快件的派送，提高配送（sòng）效率，减少人（rén）力、运力成本（běn）。目前（qián），国外（wài）的亚马逊（xùn）、DHL和（hé）国（guó）内的顺（shùn）丰（fēng）、京东等快递物（wù）流企（qǐ）业，都在开展无人机（jī）配送快递的（de）尝（cháng）试。德国（guó）DHL公司（sī）已经开始使用（yòng）无（wú）人（rén）机，为居住在偏远海岛上（shàng）的人们送去药品等必需物资（zī）。亚马逊推出的PrimeAir服务，可以将包裹在30分钟内送（sòng）交（jiāo）客户。美国邮政还研制（zhì）出（chū）了一种电动邮政汽车和（hé）无人机结（jié）合的派送模式（shì），由司（sī）机驾驶（shǐ）电动邮车（chē）到达社区，再由无人机从邮车上自动取（qǔ）走包裹、送交住（zhù）户。2017年，中科（kē）院工（gōng）热所还成功研制了世界上第一种大型货运（yùn）无人机。这种无人机可以在极短（duǎn）的跑道上起飞降（jiàng）落（luò），一次可以运（yùn）输重达1.5吨的（de）货物，特别适合将一批快递包裹（guǒ）集中运到偏远的（de）乡镇和村庄（zhuāng），使（shǐ）那里的人们也（yě）能享受网购带（dài）来的便利。2018年，中国邮政在浙江安吉山村地区（qū）开通（tōng）了第一条无人机配（pèi）送航线，试（shì）点偏远地区（qū）配送服务。

炫（xuàn）彩世界

无人机集群不（bú）仅是（shì）“表演”

这些年，我们经常能够看到无人机（jī）编队（duì）表演的新（xīn）闻报道。成百（bǎi）上千架无人（rén）机，在夜色（sè）中通过自身（shēn）携带的彩（cǎi）色灯光设备，组成各种（zhǒng）各样（yàng）的美丽图案，甚至还（hái）能（néng）随（suí）着音乐节奏的变化翩翩起舞。这种奇观的出现，得益于无人机集群技术的发展。

实（shí）际上，早在这种表演为人所知之前，无人机集群技术（shù）在（zài）军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划（huá）局就启动了（le）有（yǒu）关研究项目，通过借鉴（jiàn）蚂（mǎ）蚁的群体组织方（fāng）法，研究多架无人机在空中协同发现目标的技术。经过近二十年的发展，无人机集群技术已（yǐ）经日臻成熟（shú）。在执行任务的过程中，集群（qún）中的无人（rén）机要组织好自己的队形，在完（wán）成任务（wù）的同时避免发（fā）生（shēng）碰（pèng）撞。同时，无人（rén）机之间还要（yào）分享所处位置态势的感知，一（yī）架无人（rén）机（jī）所（suǒ）观（guān）察到的情况（kuàng）可以（yǐ）被所有无人机掌握（wò）。这样（yàng），大量（liàng）无人机可以在单一操（cāo）作员的指挥下，完成一（yī）架无人机所不可能完成（chéng）的各种任务（wù）。

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