无人机技术发展简况与分析

2016-12-01何雨瑄

山东工业技术 2016年20期

关键词：发展

何雨瑄，杨涛

（1.成都外国语学校；2.成都大学，成都 610000）

无人机技术发展简况与分析

何雨瑄1，杨涛2

（1.成都外国语学校；2.成都大学，成都 610000）

无人机在军事和民用领域应用前景广泛，市场巨大，是航空航天制造业中高新技术密集型的产业，市场需求和技术进步持续推动无人机发展。文章简要回顾了无人机发展历程，分析了无人机技术发展趋势，阐述无人机主要技术发展热点和应用领域。对从事无人机产业规划、技术研究、产品制造有一定的参考意义。

无人机；发展简况；技术人点；应用

0 前言

无人机是航空飞行器的一种，一般将可回收的无人驾驶飞行器简称为无人机。有遥控飞行或程控飞行两种模式，通过网络通信数据链实现对无人机的遥控，操控指令上传，任务执行信息回传。无人机一般由结构本体、动力系统、外挂载荷、管理与控制、网络通信、发射平台、回收平台、综合保障等组成。军用无人机外挂载荷完成无人机战术要求的信息情报侦察获取、电子对抗和火力打击等任务。管理与控制系统完成作战/任务计划制定，任务信息加载，空中飞行状态监控，信息记录，以及对目标打击效果实施评估等任务。发射平台与回收平台配套完成无人机发射和回收任务。综合保障主要完成无人机的日常维护，综合保障，及故障维修等任务。

无需人员参与，无人机可直接进入生/化/核等特殊污染场所，执行现场信息侦察和情报获取等复杂任务。根据任务需要，无人机可长时间飞行，不间断执行作战任务，避免信息侦察盲区的产生或最佳打击窗口错失。由于不需要考虑人员安全等因素，无人机可挂载更多的任务载荷，作战效能比有人驾驶飞机高，或更多使用隐身材料，大幅度提升使其隐身性能。更为重要的一点是，在战争中不存在人员伤亡事件发生，降低政治和军事风险。普遍认为无人机攻击能力强、机动能力高、防护难度大、操控灵活、飞行时间长、保障容易和无人员伤亡，具有较高的作战效费比和体系贡献率。

在近20年的几场局部战争中，到处都有无人机的身影。美军在多次战争中成功使用无人机，战功显赫，表现突出，引起了全球各国，尤其是军事强国高度关注。装备使用无人机成为新时期武器装备的热点，在信息情报、军事斗争和局部战争中发挥着无法替代的作用。

1 无人机发展简况

1915年人类首先出现无人飞行，当时泰思勒设想，如果无人飞行器装载相应情报侦察、火力打击等设备，可以达到保卫美国的目的。1919年，埃默斯佩里使用无人机击沉了一艘被德国战舰，验证了陀螺导航技术。1953年，美国在亚利桑那州华楚卡堡建设陆军测试、试验和验证无人机的专门基地。到1979年，美国陆军首次实施无人机采购计划“天鹰座项目”。1985年，美国防部首次采购了攻击型无人机“先锋”系统。1987年，开展了105次“天鹰座项目”作战测试试验，其中7次实验满足初始任务要求。

上世纪90年代开始，无人机在战争中取得了大量的成功应用案例。1991年沙漠风暴战争中，“敢死蜂”、“先锋”、“指针”等无人机执行了300多次战斗任务，用于打击飞毛腿导弹和高价值目标。1995年科索沃战争中，“捕食者”、“先锋”、“猎人”、“红隼”、“不死鸟”等无人机参加战争。2001年阿富汗战争和2003年伊拉克战争多次成功使用“捕食者”、“全球鹰”、“猎人”等明星无人机，激发了人们对于无人机的兴趣，掀起了无人机技术发展高潮。

美国一直占据无人机装备与技术发展制高点，是无人机发展速度最快、水平最高的国家，引领着无人机技术与装备发展方向。先后研制出上百种无人机，形成一个大/中/小体积、高/中/低空、远/ 中/近程、地基/车载/舰载无人机装备发展体系，用于执行各种复杂条件下战术、战略需要的多梯次多层面战争任务。开展无人机研制的主要厂商有波音公司、通用原子航空系统公司、诺-格公司以及洛-马公司等。代表性产品主要有“影子-200”、“龙眼”、“敢死蜂”“探路者-大乌鸦”、“捕食者”、“指针”、“扫描鹰”、“全球鹰”、“火力侦察兵”等各型侦察/打击无人机，以及正在测试的X－47B无人战斗机、X-51高超音速无人机等。

以色列是无人机装备与技术最大的输出国之一，研制水平紧随美国。产品覆盖了所有大小、速度和任务需求，典型无人机有“侦察兵”、“先锋”、“赫尔墨斯450”、“搜索者”、“猎人”、“苍鹭”等。俄罗斯对发展无人机相当重视，中小型战术无人机代表有“R-90”、“图-141”，“卡-137”等。车臣反恐战中，“蜜蜂”－1T、图－243等无人机发挥了重要作用。近年来，加大了发展长航时无人机、电子战类无人机的力度。

进入21世纪，法、英、德、瑞、意等欧洲国家先后启动了多项无人机研究项目。最具代表性的有无人战斗机“神经元”、“欧洲鹰”、“梭鱼”、“大乌鸦”、“守望者”、“高度先进研究布局”（SHARC）攻击型无人机、“天空-X”等无人机。

以日本为代表的亚洲各国也不甘落后，在近/短程、中/低空、低速无人机等领域取得了大量的技术突破，并不断加大投资力度，发展高技术水平的高空/高速/长航时无人机。如日本利用其先进的传感器技术和雄厚的工业基础，研制发展飞行高度超过20，000m的长航时无人机，拟赶超美国的“全球鹰”。同时，日本、印度、印度尼西亚、韩国等策划成立一个购买和使用“全球鹰”无人机的区域财团联合体。

2 无人机发展趋势

随着新技术快速发展，尤其是新材料、隐身技术、信息技术和发动机技术的进步，并在无人机上的广泛应用，无人机的概念内涵、任务使命和技术需求较过去发生了根本性的变化。无人机的概念内涵，从近地低速无人飞行器扩展到临近空间高速无人飞行器；无人机系统的任务使命，从功能单一的侦察监视或充当诱饵领域进入到战场情报实时获取、通信中继、电子干扰、电磁徉动、精确火力打击、制空作战、作战效能评估等诸多领域；无人机系统技术进一步向智能化、自主化、网络化、高安全、高可靠、低成本大众化等方向发展。

2.1 以技术作推动，突出任务使命

从每两年左右就发布一次的美国无人机路线图可以，无人机任务使命在不断扩展变化，以满足市场发展及技术进步的需要。2005版无人机路线图中，扩展了电子干扰、通信截听、隐含电磁频谱图像生成、弱信号侦测等领域任务使命；提出无人机需装备射频/定向能武器，执行侵入、窃听、接管控制或攻击敌方网络的任务。2007版无人机路线图要求重点发展和完善探测水下鱼雷、探测生化/放射性/核武器威胁目标的任务使命。2010版无人机路线图把“通用性”和“开放性”体系结构作为无人机战略的两个关键性任务；要求无人机具备向地面指挥人员提供可重新分配资源、支援全面行动的功能。2013版无人机路线图提出的新任务是：不断开发、生产、测试、培训、作战和维护；发展无人水下载荷和地面载荷；要求达到满足未来作战要求所需的有效性、效率、低价、共用性、互用性、一体化和其他关键标准，进一步明确了无人机系统所需提供的侦察、监视、警戒、攻击、输送、执行通用任务、指挥和控制等8类能力或能力综合。

2.2 平台向高空/长航时/大型和微小型/灵巧两方向发展

高空/高速/长航时/大型无人机方面，向技术更先进、覆盖范围更宽、作战效费比更高、安全性更强的高空/高速/长航时大型无人机方向发展，兼具查打一体、电子对抗能力。微小型/灵巧无人机方面，充分利用微小型无人机操作方便灵活、机动性能强和低空飞行不易被探测的优势，发展微小型、使用灵活的无人机，满足各种反恐维稳和特种任务需要。

2.3 飞行高度向临近空间发展

临近空间是航空与航天的空间接合部，也是通信导航、无人机飞行安全性高的重要区域，是航空与航天技术的交叉，受到世界各国的关注。临近空间飞行器在对特定区域目标持续侦察监视、电子对抗、导弹防御等方面有着明显的优势，是海、陆、空、天、网等现有装备的重要补充，发展临近空间无人机技术意义重大。

3 主要技术热点

无人机相关技术不断与其它领域的高新技术融合和互动，促进了无人机技术蓬勃发展。目前，先进人工智能、一体化飞行控制、微型导航控制集成、全电飞机、射频/光电综合、纳米材料、智能材料、特殊外形气动布局、高超声速推进与飞行、高效特种动力装置等前沿技术和核心关键技术正不断取得重大突破，无人机发展速度必然更加迅猛。

未来无人机技术发展热点将集中在新型动力、隐身、信息、组网、自主、模块化设计以及防护技术等方面。进一步解决无人机动力系统、飞行控制系统、遥控操作系统和通信系统的技术成熟度和可靠性，降低无人机故障率，提升无人机系统的可靠性和生存能力。

3.1 动力技术

目前，无人机主要采用燃气涡轮发动机和活塞发动机。具有低油耗、大过载、自适应控制等特点的涡轮冲压组合发动机逐渐成熟，在高超声速无人机上将得到应用。而微/小型无人机要求特殊的微/小型动力装置；高空长航时无人机要求体积重量小、油耗低、可靠性高的发动机。新型太阳能发动力、燃料电池动力系统、桨扇发动机等新概念动力技术将成为发展热点。

3.2 隐身技术

隐身技术主要包括雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、激光隐身和声波隐身等技术。通过综合应用各种新材料、新工艺、结构隐身设计等技术，降低无人机雷达反射面积、红外辐射特征以及其它声/光/电探测的显著可探测特征，从而降低无人机被发现、识别、跟踪、干扰和打击的概率和无人机的失事概率。

应用先进的隐身材料可提高无人机的隐身性能。如石墨合成材料可以吸收多种波长的微波，降低无人机被雷达探测的能力；采用等离子体等隐身材料，可实现对光电、微波等多种综合传感器的隐身；在无人机表面涂上吸收特定波长红外光的涂层，在发动机燃料中注入防红外辐射制剂，实现无人机红外隐身，降低被红外探测系统发现的概率。

3.3 信息、网络与自主控制技术

未来无人机不管是军事应用还是民用，不会局限于单平台或单个系统，可能由两个或两个以上的多型号种类的无人机组成体系和集群，协同工作，这需要依靠信息、网络、通信技术的进一步发展才能实现。加大数据无线网络传输宽带和信号发射功率，可保证传输的数据量和有效传输距离，但将带来设备体积重量和功耗的增加。因此，在传输之前对数据进行高效编码压缩技术，网络全覆盖和信号定向发射技术，激光通信技术，通信链路安全加密技术等都将得到发展和应用。

按照美国公布的多版无人机发展路线图，无人机自主控制程度可分为十个等级。从低至高分别是远程引导、实时故障诊断、对故障和飞行条件的适应、自主航线规划、集群配合、集群战术再规划、集群战术目标制定、分布式控制、集群战略目标制定和完全自主集群。

3.4 防护对抗技术

有效利用电子对抗、光电干扰、电磁徉动、信息欺骗等措施可使无人机的生存性能得到提高。常用的电子对抗设备包括声光电告警、干扰和信息欺骗等。目前在一些高空长航时侦察/打击无人机装备了不同类型的对抗设备。

4 主要应用方向

无人机在军事和民用应用前景广泛。在军事应用上，侦察监视、预警探测、通信中继、信息组网等无人机可完成信息支援、战场情报获取与分发、打击效果评估等任务；电子对抗无人机，网络战无人机，诱饵/欺骗无人机等主要完成信息对抗、电子干扰等任务；对地攻击无人机，制空作战无人机，反潜/反舰无人机，反水雷、防空反导无人机战术灵活，攻击能力强，主要完成对目标的火力打击任务。

在民用方面，无人机可用于完成海洋遥测，地质遥感遥测，地形测绘，矿藏勘测等遥感遥测和地理绘制任务；气象监测，环境监测，火灾、水灾、地震等自然灾害监测，重大设施巡视等监测巡视、情报获取任务；用于公安、海关、边防等巡逻、反恐维稳等任务，并具备对特定目标执行打击能力。