科技演化与科技突破

一、科技演化与科技突破

(一)地理定位

飞行器为了完成任务,必须精确了解、定位自己所处的空间位置。直到20世纪90年代,自动驾驶仪只能依靠自身的惯性测量仪定位,惯性测量仪包括机械陀螺仪与陀螺仪连接的磁罗盘和压力传感器。整个飞行过程中,飞行器通过测量自身承受的加速度实现定位。但是,除了机械本身的可靠性问题之外,惯性测量仪体积大而笨重,随着时间流逝,其精确度会降低。1995年,全球卫星定位系统的应用改变了这种局面。从那以后,飞机可以用指甲大小的天线接收卫星发出的信号,即时定位自身的位置。该系统的工作原理是通过多颗人造卫星组成的卫星群(用24颗人造卫星工作的全球卫星定位系统),或者俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)全球卫星导航系统,抑或未来将投入使用的欧洲伽利略(GALILEO)卫星导航系统,将持续发送由原子钟测算而出、报告精确时刻与位置的信号,通过三边测量法计算出位置距离。为了准确定位,飞行器必须接收至少4颗人造卫星发出的信号,如果能接收到6颗或更多人造卫星发出的信号,则会提高定位的精确度。

(二)微电子机械系统迷你化

2mm长的气压高度计、大小相仿的指南针、3mm的加速计……现在,没有活动部件、不需维护的微型组件替代了以前的机械传感器,这种组件被称作微电子机械系统(MEMS),移动电话的普及促使这类系统进入工业化生产。现在,微型无人机自动驾驶仪的回路中就采用了微电子机械系统,包括传感器在内,自动驾驶仪的总重量不到25g。

(三)数据联络通道

民用无人机无法使用卫星联络,因为设备价格高昂,而且天线过大。但是,从21世纪开始,民用无人机可以使用高效又安全的数字无线电。以前,无线电一直使用频率41MHz或者72MHz的模拟信号,这种信号会受到其他发射装置的干扰,而且电动引擎也会令信号停顿。进入21世纪后,出现了更高频率的数字模式无线电,频率达2.4GHz。从初次开始使用,可以把发射器和接收器配对,让接收器只能识别遥控器发出的信号,这样就不会受到第三方的干扰。联络通道变成双向,发射器下达指令,同时接收器上反映传感器状态的信息。此外,还有一个优点,发射器不需要以前1m长的遥控天线,也不需要机身外侧保持紧绷的接收器长线,现在的发射器和接收器只需10cm长的天线而已。

(四)无刷电动机(又名磁力同步自动驾驶机)

丰田普锐斯(Toyota Prius)汽车、电动小型摩托、CD光盘机都配备了无刷电动机。从20世纪80年代开始,无刷电动机替代了电刷电动机。如果没有无刷电动机的存在,众多多旋翼无人机(占民用无人机的80%)将永远不会问世。

和前几代电动机不同,这种电动机需要直流电供电,电流通过引擎外部的连接器,连接器把直流电转化成三相交流电。该连接器通过调整每秒钟的脉冲数控制引擎速度,避免了传统直流电引擎的所有缺点,比如惯性,并且无刷电动机效率更高、寿命更长。

(五)实用载荷——数字相机

拍摄照片、拍摄之后立刻查看、删除照片、重新拍摄、每次飞行拍摄储存数百张照片、修饰照片、用照相机镜头录制地面情况……20世纪90年代末,在数字相机问世之前,如此花样繁多的功能几乎无法想象。进入21世纪,数字传感器凭借其惊人的品质彻底取代了胶片技术,无人机的摄影测量法等新技术也随之问世。胶片摄影的洗印既昂贵又不方便,如果没有数字相机技术,无人机产业绝不可能如此繁荣发展。