无人（rén）机（jī）已经走过了一个世纪（jì）的发展（zhǎn）历（lì）程，民用无（wú）人（rén）机（jī）迅猛发展

在（zài）最近（jìn）一（yī）段时（shí）间的新（xīn）冠（guàn）肺炎（yán）疫（yì）情防（fáng）控工作（zuò）中，无人机发（fā）挥了许多作用，受（shòu）到（dào）人们（men）的（de）广泛关注。

无（wú）人（rén）机是无人驾驶飞机（jī）的简称(英语简称（chēng）UAV)，个头可（kě）大（dà）可小。从最初的雏形（xíng）诞生（shēng）至今，无人机已经走过了一个世纪的（de）发展历程，但无人机真正走（zǒu）进我（wǒ）们的生活，在娱乐、环保、交通等领域大展身手（shǒu），不过是最近十年的事。

1.百年前先驱探索

19世纪，无线电的发现（xiàn）和运（yùn）用给人（rén）们远（yuǎn）距离控制机器（qì）的运行创造了可能。1898年（nián），物理学家（jiā）特斯拉向（xiàng）人（rén）们展示了通过无线电（diàn）遥控一条模型船（chuán）的航行（háng），从而首（shǒu）次实现（xiàn）了遥控技术的应用。当（dāng）飞机被人（rén）们发明（míng）出来并在第一次世界大（dà）战中得到（dào）应用后，发明家（jiā）们（men）开（kāi）始尝试将遥控（kòng）技术（shù）与飞机结合，制成一（yī）种无须飞（fēi）行员亲（qīn）自驾驶的飞机。

早在1909年，美国工程师就发明了一种名（míng）叫“陀（tuó）螺仪（yí）”的装置，可以测定飞机的（de）飞行方向及机身正以什（shí）么（me）样的姿势在空中飞行。这种装（zhuāng）置是现代飞机（jī）自动（dòng）控制和惯性导（dǎo）航系（xì）统的核心组成部分。这种装置（zhì）出现后，美国海军对此很感兴趣，希（xī）望以此为（wéi）基础研究（jiū）一种不（bú）需要（yào）飞行（háng）员（yuán）驾驶的飞（fēi）行器。当时，美（měi）国海军将其（qí）称之为“飞行鱼雷（léi）”。为了提高（gāo）飞行鱼雷的（de）导（dǎo）航精度，美国（guó）西部（bù）电器公司（sī）还为它开发了专（zhuān）用的无线电导航系统。飞行鱼雷是无人机最早的雏形之一，而惯性导（dǎo）航与（yǔ）无线电控制（zhì）技术（shù），至（zhì）今（jīn）仍然（rán）是遥（yáo）控无人机的核心技术。

1917年，英（yīng）国皇家（jiā）飞（fēi）行队的罗上尉制造（zào）了一架遥（yáo）控飞机。这是一（yī）架木制结构的飞机（jī），通过安装在（zài）卡车（chē）上的弹射装置起飞。罗上尉本（běn）希望可以通过（guò）遥控的方式，让飞机平稳飞行一（yī）段时（shí）间，但（dàn）在实际的飞行表演中，飞机刚刚起飞就失（shī）控了，仅仅飞行了一小段距离（lí）便坠（zhuì）落到了地上。虽（suī）然试验遭遇（yù）失败，但由（yóu）于飞（fēi）机在飞行过程中的确响应（yīng）了罗上尉通过无线电发出的控制（zhì）信号，因（yīn）此这次（cì）试飞仍然被视为是（shì）无人机技术的发端（duān）。

2.战（zhàn）场上（shàng）初露锋芒

飞行员在进入战场作战前，需要像使用枪支（zhī）的射手（shǒu）射击靶子一样，在训练中实际攻击天空中的靶机，来提升自（zì）己的（de）作战技能。地面（miàn）的高炮（pào）防（fáng）空部（bù）队也（yě）需要用（yòng）靶机（jī）进（jìn）行训练。在两次世界大战期（qī）间，美国、英国（guó）和德国都开始（shǐ）了（le）将无人机作为靶机的（de）尝试。美国军方还发现，无人机有可能方便快捷地在战场上传递（dì）信息，代替当时还（hái）广泛使用的传令兵，并在之前（qián）飞行鱼雷的基础上（shàng）研发（fā）了“信使（shǐ）”无（wú）人机。

1941年，美（měi）国（guó）海（hǎi）军萌生了使（shǐ）用无人机攻击（jī）敌人空中和地上目标（biāo）的想法，研发了TDN-1和TDR-1型无（wú）人攻击机。1944年9月至10月间，这两种无（wú）人机在太平（píng）洋战争（zhēng）中小试牛刀，攻击了日军的堡垒和火炮阵地等目标，取得了（le）一定战果。

二战结（jié）束后，无人机开始投入战场侦察工（gōng）作。世界上第一种（zhǒng）实用型（xíng）的无人侦察机是无线电控制的美（měi）国AN/USD-1战场无人监视机（jī）。这种飞机装备（bèi）有一台可以在白（bái）天工作的光学照相机（jī）和（hé）一台在夜间工作的红外照（zhào）相机，通过火箭（jiàn）助推器（qì）起飞（fēi），完成任（rèn）务（wù）后释放降落（luò）伞降（jiàng）落。但它拍来（lái）的照片还需（xū）要复（fù）杂耗（hào）时（shí）的处理（lǐ）和（hé）分析工作。

在冷战和越南战争期（qī）间，美军发现无（wú）人机除了照相外，还可以执行另（lìng）一种形式的搜索（suǒ）任（rèn）务。无人（rén）机飞（fēi）临敌人控制的空域后，可以（yǐ）诱骗（piàn）敌人的防空雷达开机，获得防空（kōng）雷（léi）达的信号特（tè）征。敌人的高炮、防空导弹（dàn）、战斗（dòu）机在（zài）拦截无人机的（de）过程中，也会将（jiāng）自身的部（bù）署（shǔ）情况（kuàng）暴露。一旦（dàn）无人（rén）机被击（jī）落，因为没有飞（fēi）行员驾驶，不会引起一系列的（de）后（hòu）续问题。在无人机第一（yī）次大规模（mó）实（shí）战应用的越南战争（zhēng）期间，美军（jun1）在（zài）战场上大（dà）量使（shǐ）用“火蜂”型无人侦察机执行这方面的工作。在此期间，还催生出了直升机在半空回收无人机的技术。

3.新（xīn）科技助力指（zhǐ）令控制

进（jìn）入上（shàng）世纪80年代后，电子（zǐ）工业和航空（kōng）工业的发展为无人（rén）机发展带来了新的（de）契机。此时，军用无人机（jī）的飞行控（kòng）制技术出现了两大分支，自动飞行控制系（xì）统和（hé）指令控制系统。

自动飞行控制系统需要在无人机起飞前将本次飞行（háng）的路径、高度（dù）和（hé）侦察目标等信息设定好，无人（rén）机依靠（kào）这些信息自己完成飞行任（rèn）务。这种模式虽（suī）然看起来比（bǐ）较简单，但一旦目（mù）标位置（zhì）出现了变化，提前设定的飞行（háng）路线就得不到需要的信息了。而（ér）指令控制模式，将飞行（háng）员的位置由飞机（jī）上（shàng）搬到了地面站的控制室中。得（dé）益（yì）于视频图像技（jì）术的发展，无人机可以通过无线电信号实（shí）时（shí）将侦察（chá）图像信息传（chuán）回控（kòng）制室，而控制员可以根据画面（miàn）实时操控无人机飞行，根（gēn）据瞬息万变的战场形势控制无人机飞行。上世纪80年代（dài）以后，指（zhǐ）令（lìng）控制技术逐渐（jiàn）成（chéng）为军用无人机（jī）飞行控（kòng）制系（xì）统的（de）主（zhǔ）流。

此外，卫星通信技术和GPS导航技术也（yě）给（gěi）指令控制技术的应用（yòng）带来了（le）帮助（zhù）。在（zài）应用卫星通信前，无人机的飞行距离受到控制信号传输和山川阻挡等因素的限制。应用卫星通信技术后，地面（miàn）控制站可以将控制信号上传（chuán）至太空中（zhōng）的通信卫星，由卫星中继放大后发送到无人机接收天（tiān）线上，从而突破了地面障碍物和地平线的（de）限制（zhì）。GPS导（dǎo）航技术，可以让（ràng）控制人员更（gèng）准确地获（huò）取（qǔ）无人机的（de）位置（zhì），同（tóng）时，在控制信号因为干扰中断时，无人机（jī）可以使用GPS导航（háng）自主返航回收。

4.现代（dài）战争中（zhōng）代替侦察（chá）兵（bīng）

在上世纪90年代初的海湾（wān）战争和21世（shì）纪初的伊（yī）拉克战争中，无人机（jī）得到全方位（wèi）的应用。两种美（měi）军现（xiàn）役的“明（míng）星（xīng）无人机”——“捕（bǔ）食者”和“全球（qiú）鹰”也在此期间开始应用（yòng）。

“捕食者”无人机（jī）源自于之前研发的“蚊”-750II型远程无人机，正式型号为RQ-1，该（gāi）机是一种长航时无（wú）人机，采用涡轮（lún）增压的螺旋桨发动机作为动力。最（zuì）大续航（háng）时（shí）间60小时（shí），可在目（mù）标上空飞行24小时。侦察型的“捕食（shí）者”配（pèi）有光电/红外侦察设备，在白（bái）天和夜间均能执行侦察任务（wù）。在“捕食者”上，还装备有一种被称作“合成孔径雷达”的新装备。这种装（zhuāng）备可以通（tōng）过发（fā）射无线电信号并接收大地或目标反射信（xìn）号的方式（shì），绘制（zhì）出目标的高（gāo）分（fèn）辨率图（tú）像。即便在有云（yún）层或雾气遮挡（dǎng）的情况下，这种雷达依旧可以返回（huí）与（yǔ）相机照片类似的图像。从2000年起，美军开始对“捕食者”进行改进（jìn），使它（tā）具备了（le）使用武器对（duì）敌人进行攻（gōng）击的能力（lì）。通过在（zài）无人（rén）机头部（bù）安装用于指引（yǐn）导弹（dàn）打击目标（biāo）的激光指示器，“捕食者”可以发射（shè）用来打击坦克、装甲车等目（mù）标的“地狱火”导弹。2006年，攻击型“捕食者”的升级版MQ-9“死神（shén）”无人攻击机问世，这（zhè）种无人机体积更大（dà）、性能（néng）更强，还能发射激光（guāng）制导炸弹等武器（qì）。

“全球鹰”是一种（zhǒng）无（wú）人侦（zhēn）察机。和“捕食（shí）者”一样，“全球鹰”也具备使用合成孔（kǒng）径雷达等多个频段（duàn）的侦察设备获取战场（chǎng）信息的能力，可以执行对陆地目标（biāo）和海（hǎi）上目标的侦察任务。由于使用了（le）喷气式发动机作（zuò）为动力，“全球（qiú）鹰”有（yǒu）着比“捕食（shí）者”更高的飞行速度。美军（jun1）本来（lái）也打算将“全球鹰（yīng）”无人侦察机改装成攻击型无人机，但（dàn）由于“全球鹰（yīng）”的飞行高度较（jiào）高，用来执行（háng）对地攻击任务并不十分（fèn）合适，因此放弃了这（zhè）一想法。

除（chú）了“全球（qiú）鹰”和“捕（bǔ）食者”这类大型（xíng）无人机外，美军还研发了小型化的无（wú）人机，如RQ-11“大乌鸦”和“龙眼”无人（rén）机。由于这些无人（rén）机（jī）体积轻巧、便于携带，基层部队可以（yǐ）在（zài）日常巡逻中将无人机随（suí）身携带，一旦（dàn）遇到战斗情况，可以就地（dì）将（jiāng）无人机（jī）放飞（fēi），提供侦察支援，灵（líng）活性（xìng）大大提高，特别适合反（fǎn）恐作战。

5.民用无人机迅猛发（fā）展

虽然无人机技（jì）术的发展源（yuán）于军事需（xū）求（qiú），但目前大家最熟（shú）悉的无人（rén）机（jī），还是那种有着（zhe）多个旋翼，可以灵活地在空中运动或悬停（tíng），进行航拍活（huó）动的（de）多旋翼（yì）无人机（jī）。这种无人机是（shì）自（zì）21世纪以来迅猛发展的民用无人（rén）机的典型代表。

在（zài）多旋翼无人机（jī）中（zhōng），四旋翼无（wú）人机是（shì）最常见的一种无（wú）人机类型。它和直升（shēng）飞机一样，是通过与机身平行（háng）的（de）螺旋桨桨叶产生的升力垂直起飞，既无需（xū）机（jī）翼，又不用设置跑道来起飞降（jiàng）落，因（yīn）而体积小巧、使用方（fāng）便（biàn）。而和直升（shēng）机（jī）这样（yàng）的单旋翼（yì）飞行器相（xiàng）比，多旋翼飞行器的螺旋桨无需（xū）设置复杂的机械传动装置，也不需要尾桨来（lái）抵消主（zhǔ）螺旋桨（jiǎng）带（dài）来的旋（xuán）转，因此多旋翼无人机不但（dàn）具备理（lǐ）想的可靠性，还（hái）可以将（jiāng）制造成本（běn）控制得比较低，能够以一般消费（fèi）者（zhě）能承受的价格销（xiāo）售（shòu）。更（gèng）重要的（de）是，在内部（bù）控制（zhì）程序的配合下，多旋（xuán）翼（yì）无（wú）人（rén）机的操控相当简单（dān），非（fēi）专（zhuān）业飞行人员（yuán）短（duǎn）时间内就（jiù）能掌（zhǎng）握基本的操作方法，像玩电子（zǐ）游戏一样操控无人（rén）机的飞行，为无人机的普（pǔ）及扫除（chú）了（le）障碍（ài）。

多旋翼（yì）民用无人机（jī）能（néng）够迅速兴起的另外一（yī）个关键设备，是以GoPro为（wéi）代表（biǎo）的运动相（xiàng）机。运动相（xiàng）机（jī）可以获得比（bǐ）一（yī）般（bān）相机更加宽广的视野，拍（pāi）摄（shè）高清晰（xī）度的照（zhào）片（piàn）或视频，体积重量还十分（fèn）小巧，特别适合安装（zhuāng）在无人机上，获得从天（tiān）空或高处向下的视角。无人机操控手们不但可以在飞（fēi）行（háng）过程中实（shí）时享（xiǎng）受无人机带（dài）来的（de）视觉体验，拍摄的高清照片、视频（pín）等还可以进行丰富的（de）后（hòu）期处理，得到（dào）更炫酷（kù）的视觉效果。在无（wú）人（rén）机出现（xiàn）之前，进行航拍需要租用有飞（fēi）行（háng）员驾（jià）驶的飞机，不（bú）但过程相当繁（fán）杂，飞机租用价格也绝非（fēi）一（yī）般人可以承担。而在（zài）无人机（jī）出现之后，个人就可以进行日常的业余航拍（pāi）活（huó）动。在运（yùn）动会等大型活动现场，无人机也已经成了必备的拍（pāi）摄工具。

进入21世（shì）纪后，由（yóu）于基（jī）础技术的发展，民用无人机的（de）各个组成（chéng）部分性能越来（lái）越强、重量越来越轻，成本也（yě）越来越低（dī），给无人机的普及创造（zào）了条件。目前（qián），无人机搭载的高性能FPGA芯片（piàn），可（kě）以实（shí）现双CPU的功能，处理各种传感器传来的无（wú）人机状态信息，控制无人（rén）机的高（gāo）效（xiào）飞行。Wifi技术的发展让手机上网更方便，也给（gěi）民用无人（rén）机的信号传输提供了一种简单有效的（de）实现（xiàn）方（fāng）式，可以（yǐ）在一定（dìng）距离（lí）内传输控制和影像（xiàng）信号（hào）。在续航方（fāng）面，由于锂电池技术（shù）的发展，用一块重量不大的电池就（jiù）可以（yǐ）让无人机（jī）在天空中飞（fēi）行一段时间。

除了四（sì）旋翼无（wú）人机外，固定翼无人机也在（zài）民用（yòng）领域得到了（le）广（guǎng）泛的应用。与四旋翼无人机或多旋翼无人机（jī）相比，固（gù）定翼无人机的（de）续航时（shí）间（jiān）更长（zhǎng），飞行高度（dù）更高、活动范（fàn）围更大，采（cǎi）用（yòng）更加（jiā）可靠的控（kòng）制（zhì）系统（tǒng）和信（xìn）号传输（shū）系统，因（yīn）此比四旋翼无人机（jī）更适合专（zhuān）业生产（chǎn）领（lǐng）域的应用（yòng）。

6.无人机越来越“万能”

除了娱乐航拍（pāi）的功（gōng）能外，民用无人机还有多（duō）种多样的（de）本领。大城市道路（lù）大多拥堵严重，在（zài）发生交通（tōng）事（shì）故时，无人机可快速低（dī）空飞抵（dǐ）事故现场，第一时间（jiān）进行执法拍摄（shè）取证。它传（chuán）回的图像还能让交（jiāo）通部门更（gèng）好地疏导拥堵的交通，从而更快到达现场进行事故救援（yuán）工作。

遇到犯罪分子（zǐ）驾车（chē）逃窜时，无（wú）人机可以在（zài）空中跟踪罪（zuì）犯的踪迹，引（yǐn）导警察实施抓捕（bǔ）。

在高层（céng）建筑（zhù）发生（shēng）火灾时，消防（fáng）员可（kě）以释放无人机（jī）航拍，快（kuài）速获（huò）取火灾（zāi）蔓延情况和被（bèi）困人员（yuán）位置，准确部署灭火力量（liàng）。

当洪水发生时，无人机可携带（dài）救生绳或（huò）救生圈，并将（jiāng）其投送（sòng）到需要者身边。

对（duì）位于偏远地区的输电（diàn）线路和石油管道，可以让无（wú）人（rén）机进行线路巡检的工（gōng）作（zuò）。无人机出动（dòng）一次就可以（yǐ）巡（xún）检几十（shí）甚至（zhì）上（shàng）百公里的线路（lù），减轻了工（gōng）人的（de）工作负担。

未（wèi）来（lái），在网购之后，人们还可能收到无人机送来（lái）的快递包裹。快（kuài）递企业计划用四（sì）旋翼（yì）或八（bā）旋翼无人机，在10公里的范围内派送重量（liàng）不超过10公斤的包裹。无人（rén）机不（bú）会取代（dài）快递（dì）小（xiǎo）哥们的工作，而（ér）是会专注于紧急（jí）快（kuài）件和偏远（yuǎn）地区（qū）快件的（de）派送，提（tí）高（gāo）配送效率，减少（shǎo）人力、运力（lì）成本。目前，国外的亚马逊、DHL和（hé）国内（nèi）的顺丰、京东等（děng）快递物流企业，都（dōu）在开展无人机配送（sòng）快递的尝试。德国DHL公司已（yǐ）经开始使（shǐ）用无（wú）人机，为居住（zhù）在偏远海（hǎi）岛上的人们送去药品等必需物资。亚马逊推出的PrimeAir服（fú）务，可以将包裹在30分钟（zhōng）内送交客（kè）户。美（měi）国邮（yóu）政还研制出了（le）一（yī）种电动邮政汽车和无人（rén）机结（jié）合（hé）的派送模式，由（yóu）司机驾（jià）驶（shǐ）电（diàn）动邮车（chē）到达社区，再（zài）由无人（rén）机从邮（yóu）车上（shàng）自动取走（zǒu）包（bāo）裹、送交住（zhù）户。2017年，中（zhōng）科院工热所还成功研制了世界上（shàng）第一种大（dà）型货运（yùn）无人机。这种无人机可（kě）以在极短的跑（pǎo）道上起飞（fēi）降落（luò），一次可以运输（shū）重（chóng）达1.5吨（dūn）的货物，特别适合将（jiāng）一批（pī）快递包裹（guǒ）集（jí）中运到偏远的（de）乡镇和村庄，使那里的（de）人们也能（néng）享（xiǎng）受网购带来的便利。2018年，中国邮政在浙江（jiāng）安吉山村地区开通了（le）第（dì）一条无人机配送航线，试点偏远地区配送服务。

炫（xuàn）彩世界

无（wú）人机集群（qún）不仅是“表演”

这（zhè）些年，我们经（jīng）常能（néng）够看到无人机编队表演的新闻报道。成百上（shàng）千架无人机（jī），在夜色中通（tōng）过自（zì）身携带的彩色灯光设备，组成各种各样的美丽图（tú）案，甚至还能随着音乐节奏的变（biàn）化翩翩起舞。这种奇观的出现，得益于无人机集（jí）群技术的（de）发展。

实际上（shàng），早在这种表演为人所知之前，无人机集群技术（shù）在军事领域就已经（jīng）得到了发展与应用。2000年，美国国（guó）防部的高级计划局就启动了有关研究项（xiàng）目，通过借鉴蚂蚁的（de）群体组织方法，研究多架无人机（jī）在空（kōng）中协同发现目标的技（jì）术。经过近二十年的发展，无人机（jī）集群技术（shù）已经日臻成熟（shú）。在执（zhí）行（háng）任务的过程中，集群中的无人机要组织好自己的队形，在完成任务的同时避（bì）免发（fā）生碰撞。同时，无人机之（zhī）间还要分享所（suǒ）处位置态势的（de）感（gǎn）知，一架无人机所观察到的情况可以被所有无（wú）人机掌握。这样，大量无人机可以在单一（yī）操作员的指挥下，完成一架无人机所不可（kě）能完成的各种任务。

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