无人机的发展历程
什么是无人机?无人机其实就是无人驾驶飞机的简称,缩写为“UAV”,是一种无线电遥控的无人驾驶飞机。2016年,无人机作为消费电子类的重头戏,迅速点燃了整个消费市场,一时间家喻户晓。但是早期的无人机设计重点并不在民用方向,而是在军用方向。无人机的发展大概经历了以下3个阶段。
1.萌芽期
1917年,皮特·库柏(Peter Cooper)和埃尔默·A.斯佩里(Elmer A .Sperry)发明了第一台自动陀螺稳定器,这种装置能够使飞机保持平衡向前的飞行,无人飞行器自此诞生。这项技术成果将美国海军寇蒂斯N-9型教练机成功改造为首架无线电控制的不载人飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)。斯佩里空中鱼雷号(Sperry Aerial Torpedo)搭载约136 kg的炸弹飞行50 mile(1 mile≈1.609 km),但它从未参与实战(图1-6)。
1935年之前的空中飞行器飞不回起飞点,因此也就无法重复使用。蜂王号无人机的发明,使无人机能够回到起飞点,使这项技术更具有实际价值。蜂王号无人机(图1-7)最高飞行高度约为5 182 m,最高航速为160 km/h,在英国皇家空军服役到1947年。蜂王号无人机的问世才是无人机真正开始的时代,可以说是近现代无人机历史上的“开山鼻祖”。随后,无人机被运用于各大战场,执行侦察任务。然而,由于当时的科技比较落后,导致无人机无法出色完成任务,所以逐步受到冷落,甚至被军方弃用。
图1-6 斯佩里空中鱼雷号
图1-7 蜂王号无人机
第二次世界大战时,阿道夫·希特勒希望拥有攻击非军事目标的飞行炸弹,因此,德国工程师弗莱舍·福鲁则浩(Fieseler Flugzeuhau)于1944年设计了一架时速可达到756 km的无人机——复仇者一号(Vergeltungswaffe)(图1-8),它是为攻击英伦列岛而设计,也是当代巡航导弹的先驱。复仇者一号载弹量比前代更大,经常搭载重达908 kg的导弹。英国有900多人死于该型无人机之下,复仇者一号从弹射道发射后能按照预先设定的程序飞行 240 km。
由瑞安航空1951年制造的火蜂原型机XQ-2在4年后进行首次试飞。这架世界上首台喷气推动的无人机主要用于美国空军。火蜂号无人机适用于情报收集及无线电交流的监控活动(图1-9)。
图1-8 复仇者一号
图1-9 瑞安火蜂号
2.发展期
1986年12月首飞的先锋系列无人机为战术指挥官提供了特定目标及战场的实时画面,执行了美国海军“侦察、监视并获取目标”等各种任务。这套无人定位系统的花销很小,满足了20世纪80年代美国在黎巴嫩、格林纳达及利比亚以低代价开展无人获取目标的要求,并首次投入实战。先锋号现在仍在服役,通过火箭助力起飞,起飞质量约为189 kg,航速每小时约为174 km。先锋系列无人机能够漂浮在水面,并且通过海面降落进行回收(图1-10)。
通用原子公司(General Atomics)在1994年制造了MQ捕食者无人机,捕食者无人机的升级版能够将完全侦查用途的飞机改造成用于携带武器并攻击目标的飞机。在美国空军服役的捕食者无人机已超过125架,6架在意大利空军服役。1995年,捕食者无人机在联合国及北约对波斯尼亚的战争中首次使用,同时也出现在美军阿富汗和伊拉克战场上,但是正逐步被淘汰(图1-11)。
图1-10 先锋RQ-2A
图1-11 MQ捕食者无人机
图1-12 全球鹰高空飞行器
全球鹰高空飞行器拥有长时间飞行的能力(图1-12)。服役于美国空军的该类无人机装备是能够开展情报收集、侦察及监视等功能的综合传感器。2001年开始研发的全球鹰项目成为航空历史的重大标杆。这是已知的第一架能够不经停,直接飞越太平洋的无人机,该无人机在2006年 7月获准在美国领空飞行。
3.蓬勃期
21世纪初,由于原来的无人机体积较大,目标明显且不易携带,所以人们研制出迷你无人机,机型更加小巧、性能更加稳定,一个背包就可携带。同时,无人机更加优良的性能,催发了民用无人机的诞生。
2006年,影响世界民用无人机格局的大疆无人机公司成立,其先后推出的Phantom(精灵)系列无人机,在世界范围内产生深远影响(图1-13)。
2009年,美国加州3D Robotics无人机公司成立,这是一家最初主要制造和销售DIY类遥控飞行器(UAV)相关零部件的公司,在2014年推出X8+四轴飞行器后而名声大噪,目前已经成长为与中国大疆相媲美的无人机公司。
2014年,一款用于自拍的无人机Zano诞生,曾经被称为无人机市场上的iPhone。该无人机在众筹平台上筹款340万美元,获得超过15 000人的支持,人们都对该款产品充满期待,由于无法解决无人机量产而引发的软硬件调校误差,该研发公司于2015年破产,Zano只能活在人们的记忆中。即便如此,无人机应用在自拍领域的研究也会继续下去。
2015年是无人机飞速发展的一年,各大运营生产商融资成功,为无人机的发展创造了十分有利的条件,还上线了第一个无人机在线社区——飞兽社区。
图1-13 精灵无人机