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設備與工具為繼續(xù)促進經(jīng)濟增長并鼓勵創(chuàng)新，美國白宮科技政策辦公室（OSTP）近日公布了無人機系統(tǒng)（UAS）商業(yè)、科學、公共安全及其他非娛樂性用途的基本規(guī)則。這些規(guī)則將促進新一代航空技術(shù)的安全發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機會、維護公共安全，并促進科研發(fā)展。本文將圍繞美國新一代航空科技無人機系統(tǒng)來介紹其發(fā)展?jié)摿?，監(jiān)管及隱私保護等相關(guān)問題。
2009年以來，美國持續(xù)促進無人機創(chuàng)新發(fā)展并實現(xiàn)首次大規(guī)模商用。商業(yè)經(jīng)營者可根據(jù)需求選擇不同尺寸及功能的無人機。這些無人機大多攜帶方便，用手機或平板電腦就能直接操作。在符合一系列操作和安全規(guī)定的前提下，無人機可用作商業(yè)、科學、公共事業(yè)和教育目的。
一、無人機系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿?/strong>
航空科技革命已開始，并將逐漸轉(zhuǎn)變我們收集信息、提升科學精準度、推廣產(chǎn)品、保護公共健康的能力。短期內(nèi)，無人機將為以下領(lǐng)域帶來重大變化：
1.農(nóng)業(yè)領(lǐng)域
農(nóng)場主可運用無人機實時監(jiān)控種植物的健康狀況，無人機將降低農(nóng)用飛機事故死亡率，高質(zhì)量數(shù)據(jù)的收集也將會帶來更好的收成。
2.基礎(chǔ)設施監(jiān)控領(lǐng)域
用無人機監(jiān)控手機信號塔、大橋、管道、電氣線路和石油鉆塔，免去了人工監(jiān)控的潛在生命危險，工人可更安全地監(jiān)控信號塔等基礎(chǔ)設施。
3.科學研究領(lǐng)域
科學家與工程師能運用無人機進行更有效的環(huán)境監(jiān)測，對美國的自然資源、荒地和航道進行監(jiān)管。
據(jù)業(yè)內(nèi)估計，未來10年內(nèi)，商用無人機將為美國帶來820億元收入并創(chuàng)造10萬個工作機會。
二、無人機使用中的監(jiān)管問題
OSTP認為，應有效擴大無人機使用范圍，通過明確的規(guī)定來確保安全性并有效保護公民隱私。美國的航空系統(tǒng)歷來依靠有人駕駛飛機，將無人機融入美國國家空管系統(tǒng)，需對其他飛機、公民及其財產(chǎn)進行保護。美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）將與各級政府、機場、飛行員及企業(yè)緊密合作，確保相關(guān)規(guī)定的有效實施。
為保護地面上的人和其他有人駕駛飛機，無人機操作需遵循以下規(guī)定：
①無人機不可在人上方飛行。
②無人機駕駛員應通過筆試，并完成與普通飛行員相同的安全審查程序。
③無人機應處于機場8千米范圍之外；無人機應在122米以下的高度飛行；應將有人駕駛飛機與無人機隔開。
④無人機駕駛員應將無人機保持在視線范圍內(nèi)。
參照業(yè)內(nèi)人士及相關(guān)研究人員的意見后，F(xiàn)AA還將不斷完善規(guī)定，進一步確保無人機的安全操作。
三、無人機應用中的隱私保護問題
隨著商用無人機的不斷發(fā)展，企業(yè)將有可能利用其收集新型數(shù)據(jù)。這種做法雖能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益，卻也有可能帶來隱私問題。隱私保護應成為各飛行計劃及無人機系統(tǒng)操作的必要組成部分。根據(jù)總統(tǒng)備忘錄《在發(fā)展無人機以提升經(jīng)濟競爭力的同時保護隱私、公民權(quán)利及自由》，OSTP制定了以下計劃：
1.制定嚴格的聯(lián)邦標準
美國國防部、內(nèi)政部、司法部、交通部及國家航空航天局共同制定了無人機系統(tǒng)隱私政策，指導聯(lián)邦機構(gòu)在運用無人機執(zhí)行任務時，要尊重美國公民的隱私。此外，聯(lián)邦政府承包方也需遵守同樣的隱私標準。
2.積累業(yè)內(nèi)隱私保護有效經(jīng)驗
為在私營領(lǐng)域推廣嚴格的標準，國家電信與信息管理局（NTIA）與隱私倡導者及業(yè)內(nèi)人士一起，積累無人機隱私保護、透明度及責任相關(guān)有效經(jīng)驗。這些經(jīng)驗得到了幾家無人機業(yè)內(nèi)大企業(yè)、行業(yè)協(xié)會的支持和認可，包括亞馬遜、Google X、國際無人機協(xié)會、商用無人機聯(lián)盟等。OSTP鼓勵所有無人機操作者及企業(yè)學習這些有效經(jīng)驗，并思考如何將與自己相契合的有效經(jīng)驗運用到無人機操作中去。
除此之外，OSTP還采取了以下措施來保護隱私：
1.發(fā)起公共隱私教育運動
FAA發(fā)起了相關(guān)運動，對駕駛員及公民進行無人機隱私教育，其中包括在無人機系統(tǒng)注冊階段向用戶提供隱私指導，在駕駛員資格審查階段對其進行隱私保護教育，向當?shù)睾椭菡l(fā)布無人機隱私指導文件等。
2.呼吁相關(guān)企業(yè)與組織共同保護隱私
新技術(shù)與商業(yè)慣例也有助于保護隱私。OSTP呼吁私營企業(yè)與非營利性組織一起，發(fā)展新技術(shù)并形成商業(yè)慣例，在無人機操作期間保護隱私。有些業(yè)內(nèi)人士已經(jīng)有了行動。例如，某無人機生產(chǎn)者研發(fā)了新工具，讓無人機駕駛員規(guī)劃其飛行路徑，只在目標范圍內(nèi)捕捉圖像，進而防止無意中收集到敏感數(shù)據(jù)。
四、無人機在美國各機構(gòu)的運用
無人機目前已被運用到泥石流、野火、颶風、核事故、海嘯等災難事故的應急處理中，它還將提升美國開展研究、監(jiān)控野生動物、保護生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)管的能力，有利于公共安全的保護，促進科研的發(fā)展。
1.內(nèi)政部
自2009年開始，內(nèi)政部（DOI）已將無人機用于探測野生動植物（保護瀕危物種）、考古學研究、緊急狀況響應、野火消防管理等方面。DOI在未來一段時間還有如下計劃：
①在2018年前對其下屬的9個局開放無人機高精度遠程傳感技術(shù)，提升航拍影像的分辨率、捕捉高分辨率數(shù)據(jù)，從而更好地完成部門使命，如侵害性動植物的監(jiān)測、搜索及救護、野火消防、洪澇災害管理、地震預測等。
②在2018年春天前完成運用無人機監(jiān)測、評估并撲滅野火的協(xié)議、定位工作人員并保障消防員的安全。2020年前，內(nèi)政部將為所有部門消防小組配備無人機，作為消防必要工具之一。
③2020年之前，實現(xiàn)無人機緊急狀況響應服務全美覆蓋。
研究并預測氣候、天氣、海洋和沿海區(qū)域變化：自2008年開始，國家海洋與大氣管理局（NOAA）持續(xù)運用無人機提升天氣、氣候、沿海區(qū)域及海洋研究效率。NOAA在未來一段時間還有如下計劃：
①將于2019年完成小型無人機操作、培訓、安全和數(shù)據(jù)管理計劃，將小型無人機用于該機構(gòu)日常操作，促進NOAA與其他政府機構(gòu)及相關(guān)機構(gòu)的合作，形成暴風災害、河流洪水、海洋野生物和生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境、極地冰原突然變化等問題的快速響應圖像。
②NOAA與美國國家航空航天局（NASA）、美國海軍（U.S. Navy）、美國國家科學基金會（NSF）等機構(gòu)合作，對無人機進行全面研究、評估，提升暴風的預測效率。此研究能幫助美國政府預測天氣，預測并減小颶風、龍卷風等極端天氣帶來的危害，挽救生命和財產(chǎn)，并盡可能降低防災救災成本。
③低空無人機空管：NASA和FAA將合作開展低空大型無人機操作方面的新研究。研究注重以下2個方面：向無人機駕駛者提供安全距離信息，促進無人機空管系統(tǒng)的發(fā)展；與FAA空管系統(tǒng)整合，確保無人機系統(tǒng)安全、高效運行。2016年，NASA將多次進行視距外無人機操作等測試，進而提出并不斷完善相關(guān)要求，最終實現(xiàn)無人機系統(tǒng)的空域整合。
④聚集政府與大眾力量，促進無人機發(fā)展：OSTP表示，將于2016年在白宮舉辦活動，邀請政府機構(gòu)、學術(shù)界及企業(yè)界相關(guān)人士參與，重點研究無人機對科研、創(chuàng)造新就業(yè)機會、挽救生命等方面的促進作用，并將討論進一步促進此領(lǐng)域發(fā)展所應采取的行動。
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來源：航空制造技術(shù)
作者：陶于金、李沛峰
無人駕駛飛機是一種有動力、可控制、能攜帶多種任務設備、執(zhí)行多種任務并能重復使用的無人駕駛航空器，簡稱無人機（Unmanned Aerial Vehicle）。無人機的發(fā)展具有悠久的歷史，可追溯到一戰(zhàn)時期，第一架無人機是1917年由英國研制成功的。早期的無人機是在退役飛機基礎(chǔ)上進行改裝的，只能按預設程序沿固定航線飛行，無法進行人工干預，更不會自主反應，僅能完成簡單的任務，主要用于炮兵輔助靶標演練。
20世紀60年代以后，隨著無線電技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，應用計算機飛行控制系統(tǒng)的無人機可以按較復雜的任務剖面飛行，自動駕駛儀、電傳操縱系統(tǒng)、基于航路點的導航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈和先進傳感器使無人機不再完全依賴地面控制，可以靈活執(zhí)行多種任務，成為真正意義上的無人機，并應用于戰(zhàn)爭行動中。越戰(zhàn)期間，面臨越軍大量蘇制地空導彈帶來的威脅，美國使用“火烽”無人機收集越軍防空部署的情報，共飛行了近3500架次，返回2900架次，回收率達到80%以上，提供的情報量占美軍總情報量的80%，大大減少了人員傷亡或被俘虜?shù)娘L險。1982年“貝卡谷地”之戰(zhàn)，以軍以“偵察兵”、“猛犬”無人機為誘餌配合戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)，以極小的代價摧毀了敘軍整個防空導彈陣地。因此，無人機不受人員生理與生命風險限制，適合執(zhí)行“枯燥”、“骯臟”、“危險”任務的突出優(yōu)勢得到世界各國的高度重視。
20世紀90年代以來，隨著信息化技術(shù)、輕量化/小型化任務載荷技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、復合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)、高效空氣動力技術(shù)、新型能源與高效動力技術(shù)、起降技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人機性能不斷提升、功能不斷擴展，各種類型和功能的無人機不斷涌現(xiàn)，應用領(lǐng)域也越來越廣泛。無人機按規(guī)?？煞譃槲⑿蜔o人機、小型無人機、中型無人機、大型無人機；按飛行高度可分為低空無人機、中空無人機、高空無人機、臨近空間無人機；按飛行速度可分為低速無人機、高速無人機；按機動性可分為低機動無人機、高機動無人機；按能源與動力類型可分為螺旋槳式無人機、噴氣式無人機、電動無人機、太陽能無人機、燃料電池無人機；按活動半徑可分為近程無人機、短程無人機、中程無人機、遠程無人機；按起降方式可分為滑跑起降無人機、火箭助推/傘降回收無人機、空投無人機、炮射無人機、潛射無人機等；按功能用途可分為靶標無人機、誘餌無人機、偵察無人機、炮兵校射無人機、電子對抗無人機、電子偵聽無人機、心理戰(zhàn)無人機、通信中繼無人機、測繪無人機、攻擊無人機、察打一體無人機、預警無人機……
各種類型的無人機性能各異、功能紛呈，具體的關(guān)鍵技術(shù)也千差萬別，這正是無人機作為一種新型裝備蓬勃發(fā)展的重要特色所在。無人機研制周期相對較短，研制經(jīng)費較省，使用風險較低，各種新技術(shù)、新材料可大量應用于新型無人機的發(fā)展，各種關(guān)鍵技術(shù)也得到高度重視。在信息化、網(wǎng)絡化、體系化背景下，無人機的發(fā)展將更加突飛猛進。
國外無人機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
1.國外無人機發(fā)展現(xiàn)狀
目前在全世界范圍內(nèi)已掀起了無人機的研制熱潮，全球共有57個國家研制和發(fā)展無人機，種類達1000多種，其中已成為無人機產(chǎn)品的有400多種。這些無人機主要應用于軍事領(lǐng)域，并逐步向民用領(lǐng)域擴展。其中美國和以色列水平最高、起步最早、發(fā)展最快、技術(shù)最成熟、應用最廣泛，緊隨其后的是英國、法國、德國、意大利等歐洲發(fā)達國家。
美國占據(jù)無人機發(fā)展的制高點，引領(lǐng)著無人機的發(fā)展潮流。其無人機產(chǎn)品在研制水平、性能指標、技術(shù)成熟度方面都居于世界前列。目前已開發(fā)出高、中、低空，大、中、小型上百種無人機，覆蓋了情報/監(jiān)視/偵察、電子對抗、通信中繼、攻擊作戰(zhàn)等任務領(lǐng)域。研制無人機的公司主要是諾斯羅普·格魯曼公司、通用原子航空系統(tǒng)公司、航空環(huán)境公司以及美國飛機軍械有限公司，典型產(chǎn)品包括“掃描鷹”、“影子”、“捕食者”、“死神”、“全球鷹”、“RQ-170”等（見圖1）。
（a） 捕食者無人機
（b）全球鷹無人機
圖1美國現(xiàn)役典型無人機
此外，美國始終重視無人機技術(shù)的創(chuàng)新，積極開展隱身無人機、潛射無人機、變體無人機、短距/垂直起降無人機、傾轉(zhuǎn)旋翼無人機、太陽能無人機、氫動力無人機等新型無人機的預先研究。
以色列在中小型戰(zhàn)術(shù)無人機方面具有特色和優(yōu)勢，并抓緊研制大型長航時無人機。根據(jù)國情需要，以色列多年來重點發(fā)展中、小型戰(zhàn)術(shù)無人機、攻擊無人機，水平與美國相當。以色列具有無人機研制、生產(chǎn)和實際應用的豐富經(jīng)驗，研制無人機的公司主要是以色列飛機工業(yè)公司馬拉特（MALAT）分部和埃爾比特（Elbit）公司，典型產(chǎn)品有“哈比”、“獵人”、“搜索者”、“蒼鷺”、“赫爾墨斯”、“云雀”等。以色列也是無人機系統(tǒng)技術(shù)與整機的最大輸出國，其多種機型已經(jīng)出口到英國、俄羅斯、印度、韓國等10多個國家和地區(qū)，年出口銷售額達10億美元以上。
歐洲各國無人機發(fā)展雖落后于美、以兩國，但也不甘落后。近年來通過聯(lián)合研制、直接購買以及自主研發(fā)等方式，逐漸縮小了差距，并積極發(fā)展高空長航時、無人作戰(zhàn)等高端無人機。在高空長航時領(lǐng)域，歐洲航宇防御系統(tǒng)公司與美國諾斯羅普·格魯曼公司聯(lián)合開發(fā)“歐洲鷹”高空長航時無人機系統(tǒng)，該系統(tǒng)是“全球鷹”Block20的最新改型，并加裝了歐洲宇航防御公司研制的新型信號情報(SIGINT)任務系統(tǒng)。在無人作戰(zhàn)領(lǐng)域，由法國牽頭，瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希臘等國共同參與研制的無人作戰(zhàn)飛機“神經(jīng)元”已于2012年12月實現(xiàn)首飛，目前正在開展投彈、隱身等一系列測試試驗。此外，英國耗資2.5億美元選擇BAE系統(tǒng)公司研制“雷神”無人作戰(zhàn)飛機，2013年已經(jīng)實現(xiàn)首飛，計劃在2018年為空軍服役。
無人機的發(fā)展已不是歐美傳統(tǒng)航空發(fā)達國家的專利，日本、印度、韓國、伊朗、巴基斯坦、土耳其、朝鮮、臺灣等均積極發(fā)展無人機武器裝備。其中，日本正在研制飛行高度在20000m以上的長航時無人機；印度從20世紀80年代起開始研制無人機，目前正在全面引進以色列“蒼鷺”無人機生產(chǎn)線；韓國也在積極發(fā)展中高空、高空長航時和垂直起降等無人機；臺灣則研制了“天翔”系列無人機。
縱覽國外無人機，其發(fā)展呈現(xiàn)出以下主要特點：
（1）大/中/小/微型、遠/中/近程、高/中/低空各種類型無人機全譜系全面發(fā)展。既發(fā)展了大量供單兵、分隊、低層級建制使用的超近程、近中程無人機，又發(fā)展了一批供高層級建制、戰(zhàn)區(qū)司令部、政府要害部門使用的中高端無人機。在役無人機的任務半徑實現(xiàn)了近至視距、遠至5000公里以上的無縫覆蓋，既可用于陣地作戰(zhàn)支持，又可滿足遠程甚至洲際作業(yè)任務需要。低空可至近地，伴隨地面部隊前進；高空已達臨近空間低界。
（2）無人機型號系列化發(fā)展。為滿足不同客戶需求或為盡快顯著提高戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，多采用系列化改進改型。例如，美國通用原子航空系統(tǒng)公司為滿足美國陸軍需求，在空軍“捕食者”A的基礎(chǔ)上發(fā)展了MQ-1C“灰鷹”；為滿足空軍更高的要求，在“捕食者”A的基礎(chǔ)上研制了戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能顯著提升的MQ-9“死神”。為滿足客戶逐漸增加新功能和適度提升性能的需求，多采用批次漸進方式。例如，諾·格公司的RQ-4B“全球鷹”按第20、30、40批次漸進發(fā)展，逐漸增加情報能力和偵察性能，滿足美國空軍需求。
（3）采取以任務為牽引、平臺為核心的發(fā)展模式。根據(jù)不同任務研制了一系列全新飛行平臺，針對預定任務要求，高度注重平臺優(yōu)化設計，以重點滿足續(xù)航時間、飛行高度、飛行速度、低可探測性、任務載荷/數(shù)據(jù)鏈機載終端裝機要素等要求。采用“通用平臺、針對不同任務需求系列化發(fā)展模式”，根據(jù)不同任務需要，基于通用化飛行平臺，通過換裝光電/紅外、多光譜、雷達、電子對抗、通信中繼、氣象探測、地形測繪、磁力探測等任務設備以及武器等各類任務載荷，發(fā)展出偵察、電子對抗、探潛、察打一體等多種類型和功能的無人機。
（4）無人機自主化水平有待提高。目前國外現(xiàn)役無人機以遙控飛行或預編程自主飛行為主，總體上看自主控制技術(shù)等級僅達到3~4級（依據(jù)美國國防部2005年版《無人機路線圖》的自主控制技術(shù)等級劃分）于自主態(tài)勢判斷、自主決策、集群協(xié)同、有人機/無人機協(xié)同的自主控制尚未達到實際應用水平。
2.國外無人機發(fā)展趨勢
（1）中小型無人機仍將占有重要的位置。中小型無人機操作簡便靈活，使用成本低，具有較強的機動性能和低空飛行優(yōu)勢，而且隨著機載設備的不斷小型化和系統(tǒng)集成技術(shù)的提高，中小型無人機完成的功能越來越強大，應用領(lǐng)域越來越廣泛。隨著全球反恐和特種作戰(zhàn)任務的需要，歐美等軍事強國對中小型無人機的發(fā)展十分重視。
（2）無人作戰(zhàn)飛機發(fā)展迅猛。美國《新世紀展望：21世紀的航空航天力量》的研究報告指出：“不久的將來，無人作戰(zhàn)飛機將有可能成為21世紀空中作戰(zhàn)的主導力量?！比缑绹摹安妒痴摺薄ⅰ盎鹆刹毂钡炔齑蛞惑w化無人機和“X-47”系列無人作戰(zhàn)飛機近年來發(fā)展迅猛，并得到了應用。
（3）用于偵察監(jiān)視的高空長航時無人機需求旺盛。從當前世界各國，尤其是美國的發(fā)展看，無人機的應用仍然是以信息支援為主，各軍事大國均在發(fā)展中小型無人機的基礎(chǔ)上，向新技術(shù)更密集、作戰(zhàn)效率更高、覆蓋面積更大、生存力更強的隱身、高空、高速、長航時無人機方向發(fā)展，且性能不斷提高。
（4）“飛翼布局”無人機是高端無人機發(fā)展的重要方向。隱身性能已成為提高生存力和作戰(zhàn)效能的基本手段，無人機的高隱身性能是各國追求的目標。外形隱身是飛行器隱身設計中最重要的因素，飛翼布局具有先天外形隱身優(yōu)勢，從而成為國際上遠程隱身轟炸機、隱身無人戰(zhàn)斗機、隱身偵察機的首選布局形式（見圖2）。
（a） RQ-180 無人機
（b） X-47B 無人機
圖2飛翼布局無人機
（5）臨近空間超高速無人機將作為重要突防裝備進行大力發(fā)展。臨近空間超高速無人機飛行速度快（Ma>3）、飛行高度高（>30000m），不僅能快速抵達目標區(qū)執(zhí)行任務，而且突防能力很強，目前尚缺乏有效防空手段對其構(gòu)成威脅。
（6）近中程多用途無人直升機成為新的熱點，將成為無人機大家族中不可或缺的重要組成部分。無人直升機由于其靈活方便的起降方式，能夠在特定環(huán)境下使用，將在陸軍和海軍得到廣泛應用。無人直升機包括常規(guī)單旋翼帶尾槳無人直升機、傾轉(zhuǎn)旋翼無人機、涵道/螺旋槳無人直升機、旋翼/固定機翼轉(zhuǎn)換式無人直升機以及微型無人直升機等。
（7）無人機系統(tǒng)技術(shù)全面協(xié)調(diào)發(fā)展。平臺通用化且不斷完善，向更高自主能力、模塊化、開放式結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡化發(fā)展；任務設備向多功能、全天候、高分辨率、遠距離和小型化發(fā)展；數(shù)據(jù)鏈向遠距離、安全保密、通用化、網(wǎng)絡化發(fā)展；地面控制站向通用化發(fā)展，逐步實現(xiàn)互連、互通、互操作；飛行控制向自主方向發(fā)展，逐步具備容錯、自修復、自動規(guī)避防撞、自主敵我識別和自主飛行等能力。
無人機關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展預測
1.能源與動力技術(shù)
無人機采用的推進系統(tǒng)形式要比有人飛機多，采用的能源與動力類型各異，包括：傳統(tǒng)的小型渦扇發(fā)動機、小型渦噴發(fā)動機、小型渦槳發(fā)動機、活塞發(fā)動機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機以及電池組、太陽能電池、燃料電池、超燃沖壓發(fā)動機、定向能及核同位素等。不同用途的無人機對動力裝置的要求不同，但都希望動力裝置燃油經(jīng)濟性好、重量輕、體積小、可靠性高、成本低、使用維修方便。從經(jīng)濟因素、可靠性等方面考慮，現(xiàn)階段無人機均采用技術(shù)成熟的活塞、渦扇、渦噴、渦槳發(fā)動機或在這些發(fā)動機基礎(chǔ)上進行適應性改進?；钊桨l(fā)動機適合于低空低速中小型、長航時無人機；渦扇、渦槳發(fā)動機適合于高空長航時無人機以及無人作戰(zhàn)機，這類發(fā)動機油耗低，發(fā)動機尺寸、重量和推力能與無人機達到較好的匹配；渦噴發(fā)動機適合于低成本、短壽命、高機動的靶機或自殺攻擊類無人機。
從長遠發(fā)展來看，單純對現(xiàn)有發(fā)動機進行改型并不能完全滿足無人機對飛行速度、高速、續(xù)航性能等指標的要求，開發(fā)適合于無人機使用的發(fā)動機十分必要，尤其是中小推力的大涵道比、小尺寸核心機的渦扇發(fā)動機，這類發(fā)動機將是未來無人機動力裝置發(fā)展的重點。此外，開展太陽能、燃料電池、液氫燃料系統(tǒng)等新型能源的應用研究，可為無人機提供更高效的動力源。新能源無人機如圖3所示。
圖3太陽能無人機
2.無人機平臺技術(shù)
（1）高效氣動力技術(shù)。
無人機在氣動力設計要求、設計理念方面與有人機存在較大差別。有人機氣動設計通常以航程、速度作為優(yōu)先優(yōu)化目標，然而無人機通常以航時作為優(yōu)先優(yōu)化目標。無人機尺寸小、速度低，存在低雷諾數(shù)條件下的高升力、高升阻比、高續(xù)航因子設計要求。高效氣動力技術(shù)是提高無人機性能的重要技術(shù)途徑。
（2）隱身技術(shù)。
提高無人機的生存能力的關(guān)鍵就是降低其可探測性。隨著材料、電磁學、熱力學、空氣動力學等學科的不斷發(fā)展，越來越多的新技術(shù)也將應用于無人機的隱身設計中，具體包括以下幾個方面。
外形隱身技術(shù)。采用翼身高度融合的無尾飛翼布局、內(nèi)埋式進氣道、二維噴管等設計技術(shù)可有效降低雷達反射面積和紅外特征，提高無人機的隱身能力。
等離子體隱身技術(shù)。理論和試驗研究表明，等離子體技術(shù)是隱身技術(shù)發(fā)展的新方向之一，飛行器上安裝的等離子發(fā)生器所產(chǎn)生的等離子體能對飛行器關(guān)鍵部位進行遮擋，并對雷達照射進行吸收，從而實現(xiàn)飛行器隱身。目前，這項技術(shù)在研究中暴露出了很多問題，仍有待解決。
主動隱身技術(shù)。主動隱身技術(shù)是根據(jù)照射到飛行器上的電磁波頻率、入射方向等，利用機載有源射頻發(fā)射裝置主動地發(fā)射與散射回波相位相反、幅度一致的電磁波，實現(xiàn)與散射回波的對消。目前，主動隱身技術(shù)尚處于理論與試驗研究階段，但隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，特別是飛行器近場散射特性技術(shù)、ESM(電子支援措施)等技術(shù)的發(fā)展，主動有源對消隱身技術(shù)必將成為未來發(fā)展的重點。
(3)氣動彈性技術(shù)。
為追求長航時性能，無人機通常采用大展弦比布局以盡可能提高升阻比（如一些無人機展弦比達到30以上），采用輕量化機體結(jié)構(gòu)降低飛行重量。但大展弦比布局、輕量化結(jié)構(gòu)與機體強度和剛度要求會產(chǎn)生突出矛盾。
(4)氣動載荷設計技術(shù)。
滯空型無人機一般飛行速度較低、翼載小、升力大，對于同樣強度的陣風，無人機陣風載荷比有人機大得多。無人機結(jié)構(gòu)強度一般需要將陣風載荷作為主要的設計工況，而陣風載荷大小決定了無人機結(jié)構(gòu)設計的強度。如果以現(xiàn)有輕型飛機、通用飛機的強度設計標準進行無人機載荷設計，無人機結(jié)構(gòu)將付出很大的代價。以輕量化結(jié)構(gòu)為目標，綜合無人機氣動力特性、無人機飛行控制操縱方式、無人機設計壽命等因素開展無人機氣動載荷設計技術(shù)是提高無人機綜合性能的重要技術(shù)途徑。
（5）復合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)。
無人機以復合材料結(jié)構(gòu)為主，不同類型的無人機對復合材料結(jié)構(gòu)有不同的要求，如大型無人機主要對大尺寸、全復材結(jié)構(gòu)有較高要求，而小型無人機對復合材料結(jié)構(gòu)的要求是低成本、快速加工制造、快速修復等。
3.自主控制技術(shù)
根據(jù)無人機自主控制的定義和內(nèi)涵，無人機自主控制的關(guān)鍵技術(shù)應該包括態(tài)勢感知技術(shù)、規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)、自主決策技術(shù)以及執(zhí)行任務技術(shù)4個方面。
（1）態(tài)勢感知技術(shù)。
實現(xiàn)無人機自主控制必須不斷發(fā)展態(tài)勢感知技術(shù)，通過各種信息獲取設備自主地對任務環(huán)境進行建模，包括對三維環(huán)境特征的提取、目標的識別、態(tài)勢的評估等。
（2）規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)。
規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)涉及兩個方面的技術(shù)：路徑規(guī)劃和協(xié)同控制。這兩個方面相互依托，互相聯(lián)系。
無人機路徑規(guī)劃與重規(guī)劃能力是無人機自主控制系統(tǒng)必須具有的，即系統(tǒng)可以根據(jù)探測到的態(tài)勢變化，實時或近實時地規(guī)劃、修改系統(tǒng)的任務路徑，自動生成完成任務的可行飛行軌跡。自主飛行無人機典型的規(guī)劃問題是如何有效、經(jīng)濟地避開威脅，防止碰撞，完成任務目標。
未來無人機的工作模式包括無人機單機行動和多機編隊協(xié)同，協(xié)同控制技術(shù)主要包括：優(yōu)化編隊的任務航線、軌跡的規(guī)劃和跟蹤、編隊中不同無人機間相互的協(xié)調(diào)，在兼顧環(huán)境不確定性及自身故障和損傷的情況下實現(xiàn)重構(gòu)控制和故障管理等。
（3）自主決策技術(shù)。
對于復雜環(huán)境下工作的無人機，必然要求具有較強的自主決策能力，以適應未來的需要。自主決策技術(shù)需要解決的主要問題包括：任務設定、編隊中不同無人機協(xié)調(diào)工作、機群的使命分解等。
（4）執(zhí)行任務技術(shù)。
無人機自主控制發(fā)展的最終目的是使它對環(huán)境和任務的變化具有快速的反應能力。無人機自主控制應該具有開放的平臺結(jié)構(gòu)，并面向任務、面向效能包含最大的可拓展性。先進的無人機自主控制應當提供編隊飛行、多機協(xié)同執(zhí)行任務的能力。
4.網(wǎng)絡化通信技術(shù)
目前的無人機系統(tǒng)作為相對獨立的系統(tǒng)只在局域使用，未來的戰(zhàn)場在同一空域?qū)⒊涑庵鞣N功能、各種類型的無人機與戰(zhàn)斗機、直升機。無人機之間、無人機與有人機之間、無人機與地面作戰(zhàn)系統(tǒng)必須進行有機協(xié)調(diào)，使無人機都成為“全球信息柵格”的一個節(jié)點，實現(xiàn)無人機與其他無人機或指揮控制系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通、互操作。
針對無人機集群作戰(zhàn)、協(xié)同作戰(zhàn)以及網(wǎng)絡化作戰(zhàn)的應用需求，應突破無線寬帶分布式動態(tài)多址接入、實時魯棒的寬帶傳輸、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡頑存等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建無人機集群數(shù)據(jù)鏈自適應網(wǎng)絡體系，為實現(xiàn)實時、寬帶、安全的無人機集群數(shù)據(jù)鏈提供技術(shù)支撐。
針對無人機寬帶網(wǎng)絡多跳中繼動態(tài)變化、節(jié)點容量受限問題，需要將網(wǎng)絡編碼技術(shù)與路由技術(shù)相結(jié)合，通過選擇編碼機會最大的路徑進行傳輸、優(yōu)化基于網(wǎng)絡編碼的節(jié)點接入策略、多跳網(wǎng)絡節(jié)點間信息交換傳輸策略，在不增加時延的情況下提高網(wǎng)絡吞吐量，實現(xiàn)網(wǎng)絡的大容量傳輸。
5.多任務載荷一體化、平臺/任務載荷一體化技術(shù)
有效載荷是無人機執(zhí)行偵察、監(jiān)視、電子對抗、打擊、戰(zhàn)效評估任務的關(guān)鍵因素，應用于無人機的有效載荷包括通用傳感器(光電、雷達、信號、氣象、生化)、武器、貨物(傳單、補給品)等。無人機系統(tǒng)作戰(zhàn)效能不僅僅對任務載荷本身性能有較高的要求，而且必須滿足無人機尺寸、重量、功耗、隱身等裝機要素約束以及成本要求。隨著電子、通信、計算機等技術(shù)的進步，無人機的傳感器技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
多光譜/超光譜探測技術(shù)。該技術(shù)可探測可見光和紅外區(qū)域的幾十個甚至幾百個頻段，它利用檢測低反差目標的雜波抑制和光譜識別可以降低誤判率，極大提高了目標識別和探測的準確性，常用于探測隱蔽或普通偽裝的目標。
先進的合成孔徑雷達技術(shù)。相對于光電/紅外探測系統(tǒng)，合成孔徑雷達能在夜間以及能見度低的惡劣天氣條件下工作，以高分辨率進行大范圍成像偵察，但其設備重量和功耗均較大，只適合于大型無人機裝載使用。隨著輕型天線和緊湊信號處理裝置等技術(shù)的進步，合成孔徑雷達有向小型化發(fā)展的趨勢，并可裝備于中小型的戰(zhàn)術(shù)無人機。
激光雷達技術(shù)。激光雷達具有分辨率高、隱蔽性好、低空探測性能好、體積小、重量輕等顯著優(yōu)勢，不但可以探測“樹下目標”，還可以對目標進行分類，為指揮人員提供精確的目標信息。將激光雷達技術(shù)與無人機相結(jié)合，必將發(fā)揮更大的作用。然而當遇到大雨、濃霧、濃煙等惡劣天氣時，激光衰減急劇加大，而且大氣環(huán)流還會導致激光光束發(fā)生畸變、抖動，直接影響激光雷達的測量精度。
我國無人機發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題及建議
1.我國無人機發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題
我國無人機研究起步于20世紀50年代，在90年代取得實質(zhì)性進展。經(jīng)過不懈努力，無人機技術(shù)取得長足進步，性能不斷提高，已形成較為完善的無人機體系，各種類型、各種功能無人機已投入使用。但從整體水平來看，我國無人機技術(shù)與美國和以色列等無人機強國相比差距明顯，存在以下幾個突出問題。
（1）行業(yè)規(guī)劃與規(guī)范問題。雖然我國在無人機技術(shù)發(fā)展方面取得長足發(fā)展，產(chǎn)品種類繁多，但存在重復投資、低水平重復、高端無人機發(fā)展依然較落后的突出問題。
（2）發(fā)動機瓶頸問題。我國無人機的發(fā)展很大程度上受制于發(fā)動機，一方面我國發(fā)動機研制基礎(chǔ)本身較為薄弱；另一方面在無人機特定的高空低雷諾、大過載等飛行條件下，對發(fā)動機也提出了特殊的要求。目前，我國無人機動力主要以活塞和燃氣渦輪發(fā)動機為主，活塞發(fā)動機技術(shù)成熟、應用廣泛。但作為未來主流，無人機動力所采用的渦扇發(fā)動機與國外差距明顯，不能完全滿足無人機對飛行速度、航時等指標的要求。
（3）網(wǎng)絡化通信問題。我國在無人機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)方面取得了長足進步，但需要進一步提高不同類別無人機之間，無人機與有人機之間，不同使用單位之間大范圍、大規(guī)模使用無人機的互操作能力；規(guī)范完善數(shù)據(jù)鏈與任務載荷、數(shù)據(jù)鏈與航電系統(tǒng)之間的接口標準體系；提高網(wǎng)絡化水平；進一步提高測控與信息傳輸速率，以滿足高分辨率、多光譜/超光譜、多載荷的傳輸速率需求。
2.對我國無人機發(fā)展的建議
重視系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展，提高無人機系統(tǒng)整體水平。無人機是一個完整的系統(tǒng)，涉及多領(lǐng)域、多學科的技術(shù)，而平臺（含動力）、通信、載荷是發(fā)展無人機最基本的幾項技術(shù)。借鑒國外先進設計思想，以任務為中心，重視平臺、通信、有效載荷協(xié)調(diào)發(fā)展，從而拓展無人機系統(tǒng)的任務功能，提高我國無人機系統(tǒng)的整體水平。
注重系統(tǒng)應用研究，提高無人機系統(tǒng)適用性。當前我國無人機系統(tǒng)種類繁多、功能各異，呈現(xiàn)出百花齊放的局面。因此，需要制訂相應的應用規(guī)范，重視各無人機間互聯(lián)、互通、互操作的應用，加強無人機與其他系統(tǒng)進行協(xié)同作業(yè)的能力，提高無人機系統(tǒng)的適用性。
加強市場培育與轉(zhuǎn)化，擴大無人機的民用領(lǐng)域。我國民用無人機的應用目前剛剛起步，主要處于項目論證和前期小規(guī)?？尚行栽囼炿A段。隨著氣象探測、人工影響天氣、防震救災、海洋赤潮探測、海況探測等對無人機提出的迫切需求，無人機民用市場具有很大的潛力。應該加強市場培育，與用戶積極溝通交流，向用戶推廣無人機產(chǎn)品并及時了解用戶需求，盡早研制出安全、可靠、實用、價廉的無人機，打破無人機進入民用領(lǐng)域這層堅冰。
結(jié)束語
無人機因其獨特的優(yōu)勢越來越受到國內(nèi)外高度重視。隨著技術(shù)的進步，無人機的性能不斷提高、功能不斷擴展，在軍事領(lǐng)域已從輔助裝備逐步發(fā)展成為不可或缺的主戰(zhàn)裝備。隨著軍、民用需求對無人機性能要求越來越高，無人機技術(shù)已不再是將有人機簡單地無人化，需要解決一系列獨特的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過多年不懈努力，我國無人機技術(shù)取得了長足發(fā)展，但也暴露出一些不足，需重點解決行業(yè)規(guī)劃與規(guī)范、發(fā)動機瓶頸、網(wǎng)絡化通信等一系列問題。隨著大量高新技術(shù)應用于無人機，其性能、功能將進一步提升，將迎來更加燦爛的明天。
2025-09-12 11:30
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