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設(shè)備與工具無人飛行系統(tǒng)由無人機、無人浮空器、跨介質(zhì)無人飛行器等各類飛行平臺、任務設(shè)備、信息傳輸設(shè)備及地面配套設(shè)備組成，可以自主感知、自主決策、相互協(xié)同執(zhí)行任務，具有“平臺無人、系統(tǒng)有人”的屬性和環(huán)境適應能力強、自主程度高、非接觸、零傷亡、可長時間工作的特點，在軍事和民用領(lǐng)域中具有廣闊的應用發(fā)展前景，是世界各國高度重視的新技術(shù)、新方向。
現(xiàn)代無人飛行平臺包含各類無人機、浮空器和跨介質(zhì)飛行器，其總體方案設(shè)計主要瞄準重大和迫切的戰(zhàn)略需求，重點是對不同應用層面的無人平臺進行系統(tǒng)性設(shè)計。智能化是先進平臺技術(shù)的一個發(fā)展趨勢，而平臺智能化的基礎(chǔ)是系統(tǒng)性、綜合性的總體設(shè)計技術(shù)，以及多學科交叉融合設(shè)計。國外在系統(tǒng)性、綜合性的多學科無人飛行平臺設(shè)計方面，已經(jīng)獲得了顯著成果，發(fā)展了具有一定規(guī)模、包含不同門類和功能的平臺體系。這些先進的平臺方案代表了當前無人飛行平臺多學科總體設(shè)計的最新技術(shù)水平和進展。
高空長航時無人飛行系統(tǒng)是當前國際上發(fā)展出的一類重要的飛行器系統(tǒng)，具有重要的軍事意義。
這類無人飛行系統(tǒng)最新成果的典型代表是美國的“全球觀測者”無人機，飛行高度可達20000米，采用液氫燃料，飛行時間長達7~8天。目前已進行了原理樣機的飛行試驗。
美國的另一類型的超長航時無人機代表為“太陽神” ，采用太陽能電池為驅(qū)動能源，可在較低的高度上飛行達6個月之久。
左為“太陽神”，右為“西風”
英國的“西風”長航時無人機，采用太陽能電池為驅(qū)動能源，可在30000米高空連續(xù)飛行3個月，已達到在17800米高空連續(xù)54小時的飛行試驗記錄。
從高空超長航時無人平臺的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，結(jié)構(gòu)的大變形、大柔性是此類無人飛行平臺的主要特征，氣動與結(jié)構(gòu)的耦合效應顯著，設(shè)計時必須考慮多學科之間的關(guān)聯(lián)和耦合設(shè)計。
隨著使用空域的拓展，臨近空間高度逐漸被人們所認知，新時期無人飛行系統(tǒng)的發(fā)展則向高度發(fā)起挑戰(zhàn)。臨空無人飛行系統(tǒng)因其在軍事應用方面的巨大潛力，日益成為國內(nèi)外研究的熱點。臨近空間浮空器可作為實施軍事應用的飛行平臺，在定點持久監(jiān)視與偵察方面優(yōu)勢顯著，國外眾多項目對其進行立項研究。
美國DARPA為滿足其空軍在全球情報、監(jiān)視與偵察等方面的長遠需求，以及巡航導彈防御的需要，使美國空軍具有“全球警戒、到達和力量”的能力，2004年發(fā)起并投資了臨近空間新概念浮空器預研項目。此外，日本、英國、德國、以色列、俄羅斯等國也都提出了臨近空間浮空器計劃，均旨在發(fā)展具備超長航時、定點駐留、大載荷能力的臨近空間浮空器。
臨近空間新概念浮空器預研項目
近期，科技部積極開展論證，提出了臨空組合飛行器的創(chuàng)新構(gòu)想，在臨空浮空器平臺
基礎(chǔ)上結(jié)合高空無人飛行器組合概念，將兩種不同類型的無人飛行平臺組合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，在業(yè)內(nèi)開展了熱烈討論。臨空組合飛行平臺是體現(xiàn)總體設(shè)計系統(tǒng)性、綜合性的平臺概念，是我國無人飛行平臺有望實現(xiàn)跨代超越的一個突破點。
此外，面向海洋和河流湖泊等水面應用，可垂直起降的艦載無人飛行系統(tǒng)在本世紀得到快速發(fā)展，成為可軍民兩用的新興熱點方向。例如，2008年美國陸軍提出了“聯(lián)合通用重型直升機”項目，波音公司、西科斯基公司、貝爾公司、洛克希德馬丁公司等都提出了各自的方案；又如，DARPA設(shè)立了13億美元的垂直起降無人飛行器的X-Plane計劃，試圖激發(fā)出具有重大創(chuàng)新意義的垂直起降無人飛行器。
這些新概念垂直起降無人飛行系統(tǒng)代表了此類無人飛行平臺的最新技術(shù)能力。垂直起降無人飛行平臺設(shè)計帶有多學科綜合的特征，比如，空中飛行模式轉(zhuǎn)變是一個涉及氣動、結(jié)構(gòu)/機構(gòu)設(shè)計和控制切換的復雜過程，必須在相關(guān)學科之間進行聯(lián)合的設(shè)計和動態(tài)仿真。因此，這類無人飛行平臺設(shè)計是一項多學科綜合的設(shè)計技術(shù)。
縱觀以上先進無人飛行平臺設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)性、綜合性是其總體設(shè)計的突出特點，也是平臺設(shè)計實現(xiàn)智能化的一個重要基礎(chǔ)。未來，智能無人飛行平臺必然是一個涉及多學科的復雜平臺，需要多學科綜合的設(shè)計理念和方法。多學科總體綜合設(shè)計作為一種系統(tǒng)級的科學思想，以數(shù)學方法為手段，以計算機技術(shù)為工具，是面向工程的方法論，可以有效地處理先進智能無人飛行平臺的設(shè)計實現(xiàn)問題，是無人飛行平臺總體設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。
為什么一定要發(fā)展無人飛行系統(tǒng)技術(shù)？
推動國家安全戰(zhàn)略落實
隨著信息技術(shù)和裝備技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭的概念和形態(tài)已逐步轉(zhuǎn)向信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)，轉(zhuǎn)向天、臨、空、陸、海、潛深度融合的一體化作戰(zhàn)，轉(zhuǎn)向基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)等?，F(xiàn)代無人系統(tǒng)研究和裝備研制的目標已經(jīng)不僅僅是提高單一平臺自身的性能，而是作為整個武器裝備體系中的一個系統(tǒng)充分發(fā)揮整個體系的效能，形成戰(zhàn)略上、系統(tǒng)級的優(yōu)勢。尤其是無人飛行系統(tǒng)，在科索沃戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭等近代戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重要作用，受到世界高度關(guān)注。無人飛行系統(tǒng)由于擁有很強的自主行為能力，可自主感知與控制，可在動態(tài)環(huán)境中獨立完成復雜任務，可與有人系統(tǒng)無縫集成，增強有人參與系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，甚至改變軍事力量的對比格局，對現(xiàn)代作戰(zhàn)模式和作戰(zhàn)思想帶來深刻變革而受到世界軍事強國的高度重視。
目前，以美國為首的世界軍事強國進行的無人飛行系統(tǒng)作戰(zhàn)研究呈現(xiàn)顯著的發(fā)展趨勢——作戰(zhàn)環(huán)境由安全區(qū)域向危險區(qū)域擴展；作戰(zhàn)任務由執(zhí)行偵察監(jiān)視任務向執(zhí)行主流作戰(zhàn)任務發(fā)展；戰(zhàn)場感知由結(jié)構(gòu)化環(huán)境感知向非結(jié)構(gòu)化環(huán)境感知與認知方向發(fā)展；平臺控制由遙控、程控向自主控制方式發(fā)展；通信方式由專用信道向共享信道、網(wǎng)絡(luò)化通信方向發(fā)展；平臺和體系結(jié)構(gòu)由專用化、單一化向通用化、標準化、互操作方向發(fā)展；作戰(zhàn)模式由單平臺作戰(zhàn)向有人/無人平臺協(xié)同作戰(zhàn)，多無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)方向發(fā)展。這些發(fā)展趨勢明顯突出智能化、一體化的特點。
不能忽視的是，目前我國在無人飛行系統(tǒng)的研究方面尚處于起步晚、投入少、發(fā)展慢、應用少的不利局面，在頂層設(shè)計、技術(shù)突破和系統(tǒng)應用方面，來自西方發(fā)達國家的壓力仍然巨大。在新的時代背景下，我國提出了新的軍事發(fā)展戰(zhàn)略，未來的作戰(zhàn)模式是體系化聯(lián)合作戰(zhàn)，一體化系統(tǒng)協(xié)同是我國新時期軍事發(fā)展的需要。以信息化為基礎(chǔ)，以智能化為特點的多維度無人飛行系統(tǒng)更加適用于未來的戰(zhàn)爭模式。因此，迫切需要提升我國在該領(lǐng)域的研究水平，推動我國無人飛行系統(tǒng)的軍事裝備研制，滿足國家安全的迫切需求。
促進軍民融合和國民經(jīng)濟發(fā)展
新技術(shù)、新產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，孕育著新的一輪產(chǎn)業(yè)革命，新興產(chǎn)業(yè)正在成為引領(lǐng)未來經(jīng)濟社會發(fā)展的重要力量，世界主要國家紛紛調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，大力培育新興產(chǎn)業(yè)，搶占未來經(jīng)濟科技競爭制高點。從國家層面看，黨的十八大以來，我國全面加強頂層設(shè)計，持續(xù)推進相關(guān)產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革。促進戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以實現(xiàn)我國經(jīng)濟的長期平穩(wěn)較快發(fā)展。國家對于無人飛行系統(tǒng)高度重視，社會各界積極參與，已經(jīng)顯示出良好的發(fā)展勢頭和美好前景，形成了大規(guī)模的研發(fā)生產(chǎn)規(guī)模。低空空域開放及通航新政策加速了無人飛行系統(tǒng)與國民經(jīng)濟和民生的融合，帶動其周邊產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
以無人機為例，據(jù)美國蒂爾公司預測：未來十年無人機仍將繼續(xù)成為世界航空航天工業(yè)領(lǐng)域最具增長活力的市場，支出總額將超過940億美元。同時在全球軍用航空平臺新交付價值中，無人機（不含微型無人機）所占比重將從2010年的8%提升到2018年的15%，新交付數(shù)量占比將從2010年的35%提升到2018年的49%。
作為新興的具有活力的市場，無人飛行系統(tǒng)及周邊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對于國民經(jīng)濟起到良好的促進作用。應對未來超大規(guī)模的使用局面，空中交通管理技術(shù)成為影響無人飛行系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和應用的焦點和瓶頸。
我國依然需要努力
無人飛行系統(tǒng)作為一個復雜、龐大的技術(shù)體系，集飛行器設(shè)計、導航、制導與控制，通信與信息系統(tǒng)、計算機應用技術(shù)等學科于一體，是科技創(chuàng)新的集中體現(xiàn)。目前，世界強國紛紛開始制定戰(zhàn)略規(guī)劃、明確發(fā)展目標、加強技術(shù)開發(fā)，根據(jù)本國戰(zhàn)略需求發(fā)展相關(guān)技術(shù)。雖然我國已取得一定的研究成果，但與世界先進國家在無人飛行平臺總體設(shè)計、自主控制水平、空中交通管理、綜合測控技術(shù)等方面，還有一定的差距。因此，發(fā)展無人飛行系統(tǒng)技術(shù)對推動我國相關(guān)領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)研究水平，維護國家權(quán)益和捍衛(wèi)國家安全，服務國民經(jīng)濟，促進科技創(chuàng)新等方面均具有重要意義。
2025-09-12 11:30
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