七个关键词解读无人机发展

□文/朱祥德

七个关键词解读无人机发展

□文/朱祥德

你以为无人机就是酷酷的大玩具，或者拉风的跟拍神器，那么肯定低估了它，无人机发展已有百年历史，作为“空中机器人”将越来越融入我们的生活。如何理解无人机的产品和市场、又如何前瞻地预见这个行业，作者有着满满的情怀和干货……

一：历史

无人机的前世今生

无人机作为无人航空载具，走上人类的历史的舞台已过百年。1916年9月12日，第一架无线电操纵的无人驾驶飞机在美国试飞。但是对无人机的广泛应用则是从20世纪50年代开始，并主要用作靶机，这种局面直到阿富汗战争才彻底结束。

上世纪中后期，随着战争的需要和技术的进步, 无人机上安装了光学、红外摄像设备,以及角雷达反射器、通信侦察接收机和干扰发射机等, 从而产生了具有情报侦察、雷达诱饵和电子对抗等功能的无人机。越南战争后，新一代无人侦察机向实时化侦查进化。不过受制于当时的技术能力，大部分研制计划受挫，只有美国的R Q-2“先锋”无人机成为佼佼者，并在海湾战争中大放异彩。特别是无人机在海湾战争中充分体现了在战场监视和情报搜集方面的能力，使得各国重新重视起用无人机技术。优异的小型化侦察摄像机、高性能计算机、大规模集成电路、卫星通信、GPS 导航等极大地促进了无人机技术的发展。卫星通信数据链路出现后，诞生了新一代大型远程无人机，著名的R Q-1“捕食者”无人机服役。

图1：左为“先锋” ，右为“捕食者”

图2 ：左为“全球鹰”，右为“死神”

朱祥德AOSSCI首席信息官

之后，美军继续强化无人机的攻击力。2003年RQ-4“全球鹰”服役，而RQ-1“捕食者”无人机被美军加装了“地狱火”导弹、激光制导炸弹等武器，成为MQ-1无人攻击机。2006年，一种体积更大、性能更先进的无人攻击机MQ-9“死神”问世，让美军拥有了更强大的打击力量。

以往认为，美国占据着世界军用无人机发展的制高点，并引领世界无人机的发展方向。以色列起步较早，并在战术无人机、长航时无人机方面具有特色和优势；欧洲各国奋起直追；中国作为后起之秀成长迅速。但是近些年随着无人机向无人机系统方向快速发展，中国已跻身无人机系统强国之列，并涌现了一系列性能优异的机型，受到国际买家的青睐。全球防务市场，以“翼龙”为代表的由中国自主研制的先进的军民两用无人机成为欧美同量级产品中最大的挑战者。

除了军用领域，民用领域同样也是风起云涌。在一月结束的第50届美国“CES”展会上，无人机与无人驾驶、VR等技术成果构成了今年CES的主要看点。其中，超过九成的无人机企业来自中国深圳。据中国海关统计，截止到2015年末，中国约有400家无人机制造商，供应全球70%的无人机需求市场。此外，海关数据还显示，2014年至2016年11月底我国（不包括港澳台地区）出口的HS 85258039类商品呈现良好的线性增长势头。截止到2016年11月底，该类商品出口金额达到5亿多美元，较2015年全年出口金额上涨43%。此外，大疆创新副总裁徐华滨近期接受澎湃新闻采访时透露，大疆创新2016年销售额将达到100亿元，大疆80%的销量来自于海外。

但是，随着消费级无人机市场快速接近饱和，市场格局已定，企业级消费市场及具备基础防务能力的军民两用无人机系统正在快速催生无人机的新市场。

图3 ：“翼龙”无人机

美国联邦航空管理局（FAA）预计，与2016年的250万架相比，2020年的无人机销量将飙升至700万架，其中工业级无人机的销量会增长三倍以上，从60万架提高到270万架，并且工业级无人机市场将在2017年出现重大转机。对此，华尔街持有相同观点。2016年，高盛出版了多期无人机研究报告，在持续看好无人机市场的增长背后，特别看好商用/政府市场的价值。高盛认为，正如之前的互联网和GPS技术一样，无人机正在不断变化，甚至超越它们的军事起源，成为强大的商业工具，并预测，到2020年，无人机市场将有机会达到1000亿美元，其中，无人机市场最快的增长机会来自企业和民间政府，工业级无人机的需求量将大幅攀升，并在建筑、农业、保险索赔、石油管道巡线、警务、消防、空气检测等领域发挥重要作用。

关键词二：创业

2015年无人机迎来创业潮

“眼看他起朱楼，眼看他宴宾客，眼看他楼塌了”，用这句话来形容此前的无人机创业潮再合适不过。

2014年9月，国内无人机制造商极飞完成2000万美元A轮融资。

2014年12月，成立仅8个月的亿航完成了来自GGV资本的1000万美元A轮融资。

2015年1月，雷柏科技5000万元注资零度智控并设立合资新公司深圳零度。

2015年2月，北美无人机厂商3D R obotics获得了高通风险领投的5000万美元融资。

2015年3月，深圳艾特无人机宣称估值已达20亿元，获IDG、高盛、摩根士丹利、赛伯乐的投资。

2015年5月，大疆获得Accel 7500万美元融资，在此之前大疆的估值已达100亿美元。

2015年5月，工业级无人机制造商北方天途完成了3000万元首发融资，PR E-A轮估值3亿元人民币。

2015年8月，亿航再次融资4200万美元。

……

据全球著名的风投研究机构CB Insight统计，2015年全球无人机初创公司融资规模、融资数量都创造了历史新高。该年全球无人机创投领域共计产生了 74 笔投融资行为，是 2014年的 1.11 倍；创业公司共计获得了 4.5 亿美元融资，是 2014年的 3 倍。其中，2015年第三季度融资规模为 1.4 亿美元，达到新高；2015年第四季度共计完成22 笔投资，也创造了历史。其中，获得大额融资的公司数量也在明显增多，共有11笔超过1000万美元的融资，包括大疆获得7500万美元B轮融资，Y uneec获得6000万美元融资，3DR获得5000万美元C轮融资。而此前的三年仅有8笔超过1000万美元的融资。此外，天使期、种子期的创业公司也超过了一半。由此，CB Insight曾乐观估计，随着2016年无人机行业应用进一步被重视，这些公司中很可能会有不少获得新一轮融资。

然而，几个月后的2016年CES现场，无人机同质化的问题开始受到诟病。而经过一年的发展，消费级无人机非但没有继续获得融资，反而出现投资机构撤资、减员、倒闭潮等问题。对此一些媒体用“中国的无人机企业得了怪病”来形容这一现象。那中国无人机企业的病根在哪里？

一些行业的观察者提出“战略错误”论。认为不少无人机领域的初创公司犯了战略错误。以3DR为例，硅谷在总结3DR败走麦城的原因时着重提到两点。一是3DR遭遇的重挫让硅谷意识到，以软件为中心的硅谷传统公司，已经很难与中国拥有强大垂直整合能力的制造商相抗衡；二是3DR失控的供应链管理，无法有效地设计产能，导致积压了太多的商品。其中第二点是典型的战略错误。中国的无人机初创公司则犯了另一些战略错误。2016年，无人机技术在向小型化、轻量化的发展过程中，中国的一些无人机企业一味地追求小型化、轻量化，致使生产的产品无法满足消费者最基本的需求。此外，也有少数观察者提出了内斗、内耗的问题。然而，上述错误仍然属于问题的现象。究其本质，则是“技术”的普及。

事实表明，中国的消费级无人机创业潮是一次受益于开源创新的典型例证。2007年，3DR的创始人Chris Anderson创办了DIY无人机社区（DIY Drones），并推出了开源飞控产品APM（Ardu PilotMega）。而此前后，正是中国第一批消费级无人机企业创办的时间，如大疆创新、零度智控、极飞等。

2014年，开源无人机飞控取得了进一步突破式的进展，除了PIX Hawk的推出外，DroneCode在这一年发布。DroneCode是由Linux Foundation联合12家技术公司于2014年推出的开源项目，这个新项目的推出，相当于建立了一个聊天群，把各个领域开发的资源都上传到了群文件。不仅为无人机系统和工具开发者提供了公共资源，还起到了一个共同沟通和管理的作用。截止到2014年底，全球已经有1200多位开发者在为DroneCode项目工作，并有170000用户下载使用DroneCode的开源代码。

回过头，聚焦2015年无人机创业潮。这些兴起的中国创业公司，它们中的绝大部分主要是通过在海外的开源平台上购买APM、PIX Hawk等开源项目获取飞控技术，甚至购买整套解决方案。这种类似智能硬件的生产方式，虽然有助于初创的无人机企业快速形成产品，丰富产能，但是对整个产业的长远发展不利，特别是对不具有二次研发能力的中小无人机企业百害无一益。

当然，2015年无人机创业潮对产业发展更多起到的还是推动作用。中国的消费级无人机产业不断孕育新技术；那些具备一些设计、研发能力的无人机企业在大浪淘沙般的进程中，不仅进一步巩固了市场地位，而且其技术方案也得以进一步优化；而一些企业通过采用先进的“精益生产”方式，发挥产业集群的优势，在供应链上形成了强大垂直整合能力，全面碾压欧美的科技型创业公司，为中国现代制造业树起了金字招牌。此外，创业潮引发的内部竞争加剧，客观地加强了中国无人机产业对市场的判断力和信息优势。以大疆创新为例，大疆精灵4、精灵4Pro使用了非常新的技术，包括双目测距、全方位避障等，这些关键性技术的提前研发是中国无人机产业集群效应的显证。

图4 ：大疆精灵4

关键词三：开源

中国推进无人系统的开源的意义

如上所述，2015年无人机创业潮是一次受益于开源的典型例证。在这个过程中，中国大量的中小无人机企业在海外的开源平台上购买了大量来自海外的开源项目。这些项目虽然帮助中国公司快速形成了产能，但是同时又限制了中国公司的原创性技术发展；甚至，这种简单的拿来主义会对中国公司长远发展产生不利影响，包括无人系统的技术安全和人才培育储备。应当说，开源，不仅仅是一种创新模式，还是一种创新理念、创新文化和创新生态。只有当技术和应用激烈碰撞，达到一定融合程度时，才会诞生出引人入胜的模式创新点，而掌握先机的人会在此遥遥领先。同时，开源资源本身和石油、稀土一样都是不可再生资源。

今天，越来越多的人看到了开源的创新内涵。目前全球排名前10位的IT企业开发新产品或新服务时，高达80%的软件创新模块来自于外部开源软件，内部开发的自创成果只占20%。但是，开源还有另一个更为重要的内涵，即只有当成为“第一个吃螃蟹的人”之后，所有的开源社区或者开源的人才才会聚集在这个解决方案旗下，就像谷歌的开源一样。从另外一个角度看，在开源社区的竞争其实比在单一技术细节上的竞争更为激烈，因为基本上不允许第二名的存在。换句话说，你必须是某一个方案或构架的第一人，你才有权力去做这件事。但同时，你的地位在短期之内也难以被撼动。中小企业，甚至主要竞品都需被迫依附。

当前，无人机系统技术作为人工智能、机器人、大数据等单体高技术的重要平台性技术，正在牵引各种新兴高技术汇集，并最终发展成为彻底改变世界的“海／陆／空／天”无人系统技术。我国科技力量在无人机系统技术领域和世界并肩出发，有望通过建立世界领先的无人机系统开源平台获得这场科技创新竞赛的胜利，形成以我国技术解决方案为核心的世界最领先的开源无人机系统基础构架，并最终发展成为智能机器人和所有无人系统的开源创新基石。

但是，从目前的形势来看，开源创新领域已出现了由美国占有完全主动地位的倾向，而对于集聚未来软硬件核心高技术的无人机技术领域，美国已展现出对相关开源创新项目的密切关注和开源创新主导地位的强力把控，面对这种动向，我国亟须保有对未来无人机技术开源创新的领导力和规则制定能力。

3DR的创始人安德森在接受中国媒体采访时曾表示：“从开源社区到企业级服务的战略布局在美国由来已久。从早期在Hadoop开源社区上成长起来的Cloudera和Hontonworks, 到大热的Spark开源技术后的企业级服务公司Databricks，以及风靡全球开发者的Docker，都遵循了这样发展的路线。开源的本质是自底向上获取开发者和企业级客户，从而大大降低了教育市场和获取用户的成本。”同时，开源意味着控制。特别是一旦其他厂商采用了开源的源代码，研发开源代码的厂商便能对采用开源代码的厂商进行控制。而这也可以用来解释发生在Dronecode上一些糟糕的事情。

2016年8月，全球最活跃的开源飞控项目ArduPilot负责人Philip R owse宣布脱离Dronecode。据了解，事件的导火索是Dronecode方面发布了一封内部公开信，想要每半年做一个发行版提供给组织成员（外媒资料说是要以PX 4飞控代码为基础开发发行版平台，有利于其他厂商可以更方便地跟进协作，但这对于ArduPilot来说，研发成本有些高，而且意义不大。但隐藏在官方说法背后的原因则是“开源精神”和“商业利益”的激烈冲突。实际上，ArduPilot项目脱离 Dronecode 组织的背后，开发者谴责Dronecode被行业巨头把持，完全不顾开源社区。Dronecode给予了它的白金会员(英特尔、高通和3DR)特殊的权力，让它们能对Dronecode的未来施加不同寻常的控制。这意味着少数成员的商业利益优先于其余成员和社区的利益，特别是他们还在技术指导委员会移除了其它的最高级开源项目，只留下自己的提名人，并通过了一个决议要求所有项目交出商标、账号和域名的控制，以此来强化对全球无人机关键技术的控制。

此外，开源工程自身还能聚拢尖端人才。3DR的技术合伙人Jordi Muno正是安德森在其创办的DIY Drones社区时发现的技术人才。之后，也正是Jordi Muno帮助安德森创办了3DR。而由3DR提出的一系列技术变革，几乎影响了整个消费级无人机的技术发展。

所以，今天中国另起炉灶，推动无人系统开源创新已不仅仅是简单的软实力象征意义。更重要的是，只有通过这样的竞争，赢取优势地位，我国的无人机产业才可以更有效地去争夺开源领域不可再生资源、倒逼对手公开闭源创新成果、获取开源创新规则制定能力。

诚然，我们在消费级无人机开源创新中慢了一步，但是在工业级无人系统的开源创新中，特别是当无人机技术、理念在未来3~5年内势必取得重大突破的趋势下，中国拥有弯道超车的实力。

关键词四：新能源

电动或新能源取代油动的趋势

尽管现在大型的专业无人机依然主要采用油动，但是这并不妨碍我们看到电动作为无人机动力的发展和未来。着眼技术发展趋势，工业级无人机的动力模式最可能的是将沿着油动→油、电混合→电动的趋势发展。就像2006年诺贝尔物理学奖是巨磁电阻效应，自此之后，硬盘容量就变大了。今天的电池技术正在获得日新月异的发展，所以大能量密度电池也将在市场和科技的驱动下成为可能。届时，底层技术的创新增长必然会带动整个无人机系统平台技术的进步和发展。此外，电动和油动相比，电动方案很好地解决了燃油驱动技术固有的一些缺点。

首先，发动机的调试和保养。由于内燃机的工作特点，发动机包含了供油、润滑、冷却等功能需求，相比于只需要电缆连接的电动机，维护保养十分繁复。其次，发动机的振动问题。活塞式发动机最难避免的就是振动问题，而机械振动对机体、载荷和设备增加了更多的环境适应性要求。最后，燃料。虽然目前大家对锂电池的安全性仍存在着正反两种观点，但是相比于易燃易爆的化石燃料，电池供电的安全性具有突出优势。当然，在一些特殊场景中，燃油动力的野外补给能力依然强于电池动力。

此外，电动方案对比油动方案，还在便携性、安全性、经济性上有显著的提升，而且采用电动方案更利于垂直起降转水平飞技术的发展和普及。

首先，便捷性。固态的电池固然要比液态燃油更方便携带，而且装上电池，开机即飞，如果没有电就可以进行快充，省去了调试的麻烦。

其次，可靠性。纯电动的动力方式运动部件少、无油液管路，因此可靠性高于燃油动力。

再次，经济型。任何设计都要涉及到成本问题。考虑到无人机的全寿命周期成本，燃油动力的运营成本和维护成本相对于纯电动是非常高的。这跟Tesla和普通轿车的维护有相似之处。普通轿车的保养需要定期到4S店去维护，但是Tesla则要省事很多。

关键词五：融合

具备垂直起降的融合飞行器方案更受欢迎

翻看近年的项目资料，无论是DAR PA主导的无人机重点项目，还是美军在硅谷的创新单元DIUx、科技巨头谷歌的创新部门X的物流无人机项目，垂直起降飞行器（VTOL）始终是重点探索的领域。其中旋翼-固定翼融合飞行器的研制是重点中的重点。仅DAR PA主导的重要无人机项目中，超过1/3的项目与此有关。

众所周知，多旋翼无人机和固定翼无人机是两类相当成熟的飞行器门类。但是这两类方案的优点和问题也都很明显。

固定翼无人机的升力来自于机翼在高速前飞过程中产生的上下表面压差，前飞的动力则来自于螺旋桨或者涡轮发动机产生的推力。如果我们常见的客机和运输机，采用这样的飞行方式动力能耗小、效率高、速度快，飞行半径大，运载能力大等。所以固定翼无人机在巡线和公路的监控等这类要求航程和航时长的任务中成为了首选。但是，固定翼无人机相对于消费级的旋翼无人机来说更加专业化，而且目前还不算普及，操作也具有一定的难度。特别是对于起飞和降落的环境有一定的要求，不能实现复杂环境中的垂直起降与悬停，阻碍了用户灵活使用该类无人机。

多旋翼很好地解决了固定翼飞机无法在复杂环境下垂直起降与悬停，并具备体积小、重量轻；飞行高度低，具有很强的机动性；结构简单，成本低，拆卸方便，且易于维护；飞行操作控制相对比较简单的优点，但同时它的缺点也不少，比如飞行能耗大，飞行效率低，造成飞行半径小，从而续航时间短，不能长时间执行任务；飞行速度低，无法执行快速长距离或者快速扫掠较大面积的勘查任务。

旋翼—固定翼融合飞行器在设计理念上进一步改进了固定翼的设计，在传统固定翼飞行器的设计上加入了旋翼飞行器的设计，从而使其能够兼顾旋翼和固定翼的优点，既能实现垂直起降，又能将机动性提升至最高。但是相应的对控制、对材料、对结构的要求就更高。以尾座式垂直起降飞行器为例，这个概念由德国航空学家在二战时提出，并与飞翼式隐形喷气轰炸机、V2导弹视为纳粹的末日科技。但是直到近年，能源、材料、结构等学科的发展，这项技术才逐步成熟。

目前，包括波音、西科尔斯基、洛克希德·马丁公司、德国莱茵金属、瑞士无人机公司都在固定翼-旋翼融合、混合动力方面做出了不少有益尝试。傲势科技的重点也是放在了此类飞行器的设计研发上。值得一提的，尽管谷歌是最早将纯电尾座式垂直起降智能飞行器带入历史舞台，但是傲势科技却比谷歌更先一步掌握垂直起降转高效率水平飞的技术。而随着2017年TER N等项目的相继试飞，融合飞行器的技术发展还将继续向前推进，并有望在工业级无人机市场获得快速推广。

关键词六：轻量小型

无人机的轻量化、微小型化

2016年，美国防部在无人机领域重点发布了《2016—2036年小型无人机系统飞行计划》。该计划提出，小型无人机系统已证明其在战场上的价值，它可以为战术地面单元提供可以采取行动的实时信息。它们为指挥官和作战人员提供态势感知，避免造成人员伤亡，这是空地战方面的巨大技术进步。当前的小型无人机系统为地面部队提供了一种便捷易用的侦察、监视和目标捕获能力。常规作战和特种作战部队、安全部队、战斗照相大队和空军特别调查局都使用小型无人机系统，提供点、路线和环境侦察、目标捕获和发展、战损评估以及其他创新应用。此外，信号情报有效载荷的小型化使情报采集能力呈指数增长，进一步提高了小型无人机系统在战斗环境中的应用。

此外，随着尺寸、重量和功耗以及有效载荷冷却（SWaP-C）和速度、范围和持久性（SR aP）技术的进步，利用小型无人机系统可扩展或增强当前和未来的作战概念。小型无人机系统将通过“改变游戏规则”的概念来增强或重新定义空中力量的利用，包括蜂群、编队、“忠实僚机”以及诱饵。

总的来看，无人机小型化的趋势在未来几年将会持续增强。与大型无人机和其他航空器相比，小型无人机系统成本低且生命周期长，有望替代中等飞行高度的飞行器。特别是在实际作战中，小型无人机系统还呈现出实用性和作战灵活性等重要特征。

关键词七：研发

傲势科技的小目标：让中国的中小无人机企业初步具备设计研发能力

过去的几年间，中国的中小无人机企业一直很难走出海外的技术框架，并且现实中大部分企业也缺乏无人机系统的设计研发能力，最终导致同质化严重，产品无法满足消费者或客户的基本需求。但是随着全社会重塑制造业，以及数字化研发技术的运用，中国的中小无人机将初步具备设计研发能力，由此中国的无人机产业也将步入成熟，并形成一批具有市场影响力的无人机品牌。

无人机研发涉及气动、结构、控制、电气等多个专业，每个专业都有一系列严格的设计参数要求，同时对环境具有很强的敏感性。以气动专业为例，飞行器受到的气动力不光与飞行器外形、表面粗糙度有关，而且受到飞行器所处的空气温度、湿度、密度等环境因素密切影响，也就导致了同一个飞行器在不同的环境下表现的性能会有一定的差异。因此，在飞行器研发过程中需要紧密结合用户需求，并综合考虑不同专业、不同环境因素影响，进行反复“权衡”，迭代获得针对用户需求的综合最优产品。例如，某一个飞行器设计方案在低海拔飞行的性能表现最优，但海拔突然增加了一到两千米后性能会突然大幅下降，这就是典型的飞行器对高度的鲁棒性不太好。此时设计人员就需要同用户紧密沟通，明确用户的飞行状态，进行不同飞行高度的权衡，保证在用户飞行范围内性能的综合最优。

可以说“权衡”是飞行器研发过程中的主题，涉及到研发团队内不同学科的权衡，企业内研发、生产及维护之间的权衡，企业与供应链之间的权衡。这些权衡都是为整个产品生命周期的效率和质量服务，并最终转化成为最终用户的使用价值。在这些权衡中，数字化研发技术起了非常重要的作用。傲势科技的工程师们使用了大量的CAX工具，对飞行器的气动、结构、控制的多学科性能进行不停的计算、优化。

以X-Hawk为例，设计初期，总体提出需求后，工程师可以在数字化研发平台下进行快速建模及选型。进入详细设计阶段，数字化研发平台上搭载的计算流体力学工具可以帮助工程师快速高效地在计算机上模拟出风动实验的环境，帮助设计人员进行气动性能的验证。在X-Hawk的研发过程中，一般的部件或部件间的详细分析结果用时都是以小时计，大大压缩了整个的研发周期，并且让多型号无人系统研发成为可能。

此外，数字化研发平台也是X-Hawk变矩螺旋桨、控制等学科实现技术创新的“帮手”。造成尾座式飞行器曲折历史发展的重要原因是这种飞行器几乎不能被稳定控制。换到高度自主的无人机系统身上，则意味着给匹配该型号的“控制方程”出了一道超级难题，它需要“吃掉”更多的有效参数。数字化研发平台在验证阶段的另一项工作就是为“控制方程”提供这些参数，比如X-Hawk垂直起降转水平飞的过程中，滑流对舵效的影响等。这些参数可以帮助控制专业人员在计算机中进行反复的飞行验证，并实现对尾座式无人机的完美控制。

不过，傲势科技的工程师认为数字化研发技术不应是关在公司大门里的独门秘笈，它应该去帮助更多的中小无人机企业去完成工业设计研发，使他们初步具备设计研发能力，而不再受制于海外的方案设计。也唯有此，中国的无人机产业才能突破产业的天花板，并顺势按照“中国制造2025”的要求重塑产业链。

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