无人机技术发展历程浅析

乔善勋

1.河南工业贸易职业学院，河南　郑州　450012；2.航空经济发展河南省协同创新中心，河南　郑州　450000



无人机技术发展历程浅析

乔善勋1，2*

1.河南工业贸易职业学院，河南郑州450012；2.航空经济发展河南省协同创新中心，河南郑州450000

很多人以为无人机是近几年的产物，其实不然，早在航空技术起步发展之时，各国就开始研发无人机以便在战争时替代有人机。19世纪末时，一批航空先行者便开始了无人机的预研计划。战争是各种先进技术的催化剂，无人机也不例外。上世纪70年代各种无人机技术开始进入成熟期，90年代开始通信技术和卫星地理定位技术为无人侦察机开拓了新方向，就此无人机开始走入民用领域市场。

无人机；军用无人机；民用无人机

一、军用无人机的发展历程

早在19世纪末，无人机技术已经初露峥嵘。1898年，塞尔维亚裔美国发明家特斯拉在一艘“远程自动控制装置”(Teleautomaton)船上首次应用无线远程控制系统。1909年，美国发明家斯帕雷研发出惯性测量仪的原型机陀螺仪，这让飞行器自动飞行成为可能。1918年10月，美国发射了世界首架真正的意义的无人机“凯特灵虫”(Kettering Bug)，翼展4米，续航里程120公里，还能携带85千克炸药，也被誉为导弹的“鼻祖”。工程师为了确定飞机距离，事先设定好发动机转数，当它在飞行过程中，发动机达到一定的转数后便停止飞行，机翼翻转，飞机便下落完成任务。

由于精度的缺乏和无线电的干扰，大约经过20年发展，无人机才算进入实用阶段。在两次世界大战中，无人机倾向于在靶机方面的应用，用于训练飞行员、炮兵和防空部队的射击能力。英国在20世纪30年代末把“虎蛾”(Tiger Moth)双翼飞机改造成靶机，并将其命名为“女王蜂”(Queenbee)。

第二次世界大战结束，冷战铁幕拉开之际，无人机又得到蓬勃发展。1945年，美国为了解决拥有的大量库存飞机，决定把“赫尔卡特幽灵机”(Hellcat Phantom)改造成无人机，用于在太平洋原子弹试验后提取空气样本。冷战又催生了战术无人机(又称“无人侦察机”)，无人机以高速低空掠过战场，给常规目标或核武器拍照，然后无人机凭借降落伞着陆并收回，通过清洗胶片收集情报。陆军更是将之发扬光大，他们不用寻求空军协助，操作无人机便完成了信息采集工作。

尽管美国在冷战时期使用的无人机技术获得了无可争议的成功，但是无人机在防空炮火和战斗机面前显得十分脆弱，并极易遭受攻击。由于无人机的缺点，加上遥控导航技术的不成熟，无人机一直到新世纪才又获得新生。

2003年美国开始对伊拉克和基地组织展开打击行动，在这场危险的战斗中，美军有一条不成文的规定：依靠情报工作的长期性和准确性，尽可能不让部队处于危险境地，在远离美国本土的战争中实现“零伤亡”，无人机的应用是实现这一目标的重要途径。

21世纪初，无人机开始向微型化升级，这也让单人便携式无人机成为可能。美国天空环境公司研发了RQ-11“渡鸦”迷你无人机，固定机翼翼展1.3米，质量不足2千克。该无人机搭配摄像机和视频接收器，活动范围10千米。步兵手持投出这种无人机，无人机随重力落下而回收。这些特点让RQ-11无人机大获成功，行销20多个国家，销量达20000架。

二、民用无人机发展历程

进入21世纪，科技的进步尤其是半导体工业的突飞猛进，让军用无人机更加精进，同时也促进了民用无人机的发展。科技的演化和突破让无人机的地理定位从陀螺仪转向了全球卫星定位系统，数据联络通道的打通、无刷电机的发明和数字相机的普及都为无人机的民用化铺平了道路。

1995年之前，自动驾驶仪只能凭借自带的惯性测量仪器(包括机械陀螺仪、磁罗盘和压力传感器)进行导航。全球卫星定位系统(GPS)的应用改变了这一切，飞机可以通过硬币大小的传感器接受卫星发出的信号，就能进行自我定位。随着GPS精度的进一步提高，无人机的定位也进化到新高度。

微电子技术生产出了2毫米长的气压高度计、大小相仿的指南针，3毫米的加速计，现在没有活动部件、不需要维护的微型组件逐渐取代了之前的机械传感器。移动电话的普及也让这些系统更加的大众化，现在微型无人机自动驾驶仪中就采用了微电子机械系统，自动驾驶仪包括传感器在内的总重量不到25克。

20世纪80年代到90年代，复合材料和高强度塑料泡沫开始被广泛使用。复合材料是至少两种特性互补的材料结合而成，所以，复合材料也拥有两种各自材料本身不具备的特性，比如轻量化的坚固性。复合材料质量轻，容易塑形，在20世纪80年代开始逐渐取代用于制造空中客车和波音飞机的铝、钢和钛。时至今日，复合材料能占到飞机总重量的一半。生产总量的提升让单位成本急剧下降，复合材料的价格也逐渐被业内所接受。现在的无人机材料市场中，复合材料主要以碳或者玻璃纤维管的形式存在。

在航空业，人们一直通过制作体积较小的模型用来测试设计理论、改善已有机型，或是用于教育教学。随着FM调频无线电遥控技术的出现，飞机模型制造技术在20世纪70年代得以迅速发展。但是，由于没有可用的自动驾驶技术，无人机只能依靠遥控者的反应速度和敏捷度来操控。飞机驱动的主要方式来自热力发动机，这种发动机并不可靠，容易产生震动、积存污垢，所以后期需要精心保养。当时的无人机机身用木材制成，组装时间长，使用寿命短。

20世纪80年代，手提摄像机的出现逐渐改变图像传输问题。大型遥控直升机促使一些媒体应用，比利时飞行镜头公司的无人机直升机搭配摄像机，在巴黎香榭丽舍大街上空航拍法国大革命二百年纪念庆典开幕式，给人们留下了深刻印象。

在民用无人机领域中，日本在20世纪90年代开始占据了特殊地位。日本农民在小片稻田中用无人机大规模喷洒农药。雅马哈公司推出了99公斤重、可携带20升液体的无人机“Rmax”，凭借无人机总数达到3000架、年销量300架的规模，占据无人机市场的龙头地位。在日本农业部的鼓励下，无人机产业大获成功。日本农业部认为，使用无人机可以暂时缓解日本农村缺乏劳动力的压力。

[1]鲁道夫·乔巴尔著，吴博译.《玩转无人机》[M].人民邮电出版社，2015.

乔善勋，男，河南开封人，河南工业贸易职业学院信息工程系，助教，研究方向：交通运输。

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