從2022年2月起，俄羅斯和烏克蘭兩國(guó)之間的沖突便愈演愈烈。拋開(kāi)沖突的對(duì)與錯(cuò)，一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)擺在了世人面前：無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中正扮演著越來(lái)越重要的角色。
無(wú)人機(jī)（UAV）在一些外國(guó)文獻(xiàn)中也被稱(chēng)作“drone”。drone原意為雄蜂，被用來(lái)代指馬達(dá)嗡嗡、小巧靈活的無(wú)人機(jī)非常恰當(dāng)。無(wú)人機(jī)的全稱(chēng)為“無(wú)人駕駛飛機(jī)”，從廣義上講，有翼的導(dǎo)彈、航模等都屬于無(wú)人機(jī)。
無(wú)人機(jī)的發(fā)展史
作為高科技產(chǎn)品，無(wú)人機(jī)起步于20世紀(jì)初。1903年，西班牙工程師萊昂納多•克維多設(shè)計(jì)了一款無(wú)線電飛行控制系統(tǒng)，用于飛艇測(cè)試。
1914年，英國(guó)人將這種無(wú)線電遙控裝置用于無(wú)人駕駛飛機(jī)。兩年后，無(wú)線電控制系統(tǒng)經(jīng)英國(guó)人改進(jìn)后，安裝在一架名為“空中目標(biāo)”的無(wú)動(dòng)力無(wú)人駕駛單翼飛機(jī)上。次年3月，該無(wú)人機(jī)在英國(guó)皇家空軍阿帕文空軍基地成功發(fā)射，成為世界上第一架在無(wú)線電控制下飛行的動(dòng)力無(wú)人機(jī)。
盡管最初的三架“空中目標(biāo)”原型機(jī)在試飛中相繼墜毀，但“無(wú)線控制、攜帶高爆炸藥”的無(wú)人機(jī)理念卻得到了英國(guó)皇家空軍的認(rèn)可。第一次世界大戰(zhàn)末期，改進(jìn)的“空中目標(biāo)”無(wú)人機(jī)被英軍用來(lái)攻擊敵方的航線和港口設(shè)施。
戰(zhàn)爭(zhēng)是科技發(fā)展的引擎。伴隨著20世紀(jì)前半葉的兩場(chǎng)世界大戰(zhàn)，無(wú)人機(jī)的發(fā)展駛?cè)肓丝燔?chē)道，各國(guó)紛紛加大投入，各種軍用無(wú)人機(jī)層出不窮。
無(wú)人機(jī)早期的軍事用途之一是用作靶機(jī)。早期的靶機(jī)是在有人駕駛的飛機(jī)后方帶一個(gè)拖靶（小旗或布袋），用于高炮或航炮打靶試驗(yàn)，但這樣很不安全。為此，1933年，英國(guó)研制出了第一架可復(fù)用無(wú)人駕駛靶機(jī)——“蜂王”，這使英國(guó)成為首個(gè)擁有無(wú)人靶機(jī)的國(guó)家。
第二次世界大戰(zhàn)期間，通過(guò)改裝有人駕駛轟炸機(jī)，德國(guó)、美國(guó)等研制出了無(wú)人轟炸機(jī)。這些無(wú)人機(jī)安裝了自動(dòng)控制系統(tǒng)，拆卸了多余的自衛(wèi)武器和設(shè)備，可搭載更多炸彈。
譬如，德國(guó)空軍戰(zhàn)時(shí)曾使用容克–88轟炸機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離轟炸。先由駕駛員駕機(jī)飛行一段時(shí)間，進(jìn)入攻擊區(qū)前駕駛員跳傘離開(kāi)，隨后改由伴航飛機(jī)遠(yuǎn)程遙控容克–88對(duì)敵方地面目標(biāo)進(jìn)行轟炸。再比如，1944年，美國(guó)海軍使用由B–17轟炸機(jī)改裝的遙控艦載機(jī)，對(duì)德國(guó)潛艇基地進(jìn)行打擊。
第二次世界大戰(zhàn)時(shí)的德國(guó)在航空武器裝備方面全球領(lǐng)先，大名鼎鼎的V–1飛彈便是無(wú)人飛行器中的翹楚。V–1是一款自殺攻擊無(wú)人機(jī)，也被認(rèn)為是最早的巡航導(dǎo)彈。它的外形與普通飛機(jī)相似，但沒(méi)有駕駛艙，通過(guò)無(wú)線電控制系統(tǒng)進(jìn)行遙控操作，配置自動(dòng)駕駛儀來(lái)調(diào)節(jié)飛行高度和速度。V–1飛行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)發(fā)出震耳欲聾的嗡嗡聲，但到達(dá)預(yù)定空域準(zhǔn)備下降時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)驟然停機(jī)，緊接著急劇下降直到命中目標(biāo)。
第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，以美蘇為代表的兩大陣營(yíng)在無(wú)人機(jī)研發(fā)領(lǐng)域開(kāi)展了激烈的較量。
美國(guó)特瑞公司生產(chǎn)的“火蜂”系列無(wú)人機(jī)是當(dāng)時(shí)產(chǎn)量最大的無(wú)人機(jī)。該無(wú)人機(jī)在數(shù)十年后派生出各種改型，包括無(wú)人靶機(jī)、無(wú)人偵察機(jī)、無(wú)人電子對(duì)抗機(jī)、無(wú)人攻擊機(jī)、多用途無(wú)人機(jī)等。“火蜂”無(wú)人機(jī)可以從地面起飛，也可以從空中載機(jī)上發(fā)射，甚至可以從航母上起飛。
在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)和越南戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)軍方曾頻繁出動(dòng)“火蜂”無(wú)人機(jī)，對(duì)敵方目標(biāo)進(jìn)行空中偵察。據(jù)統(tǒng)計(jì)，越南戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)出動(dòng)的無(wú)人機(jī)多達(dá)3500余架次，用于空中偵察、信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)、無(wú)線電電子戰(zhàn)、施放假目標(biāo)等，戰(zhàn)損率僅為4%。
1957年，蘇聯(lián)圖波列夫設(shè)計(jì)局受命研制巡航導(dǎo)彈。該研究計(jì)劃半途而廢，卻成功衍生出了一款“鷂”式超音速無(wú)人機(jī)。此后，圖波列夫設(shè)計(jì)局又先后研制了“鳶”式無(wú)人攻擊機(jī)和“雨燕”“航程”無(wú)人偵察機(jī)，兩款無(wú)人機(jī)都批量生產(chǎn)并裝備了蘇聯(lián)空軍。
值得一提的是，1991年蘇聯(lián)解體后，俄羅斯國(guó)力迅速衰退，無(wú)人機(jī)發(fā)展停滯不前，以至于今天的俄烏沖突中，俄羅斯軍方竟淪落到不得不采購(gòu)伊朗無(wú)人機(jī)的地步。
20世紀(jì)70年代至90年代，以色列無(wú)人機(jī)發(fā)展異常迅猛。迫于戰(zhàn)爭(zhēng)壓力，1969年，以色列國(guó)防軍嘗試在商業(yè)無(wú)線電航模上安裝照相機(jī)，空中拍攝了約旦和埃及的陣地。1970年至1973年，以方先后從美國(guó)購(gòu)買(mǎi)了“火蜂”系列的無(wú)人偵察機(jī)、無(wú)人靶機(jī)以及“鵪鶉”誘餌無(wú)人機(jī)。外購(gòu)無(wú)人機(jī)的同時(shí)，以色列也快馬加鞭，迅速建立了自己的無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)基地。
隨著電子技術(shù)、材料技術(shù)及空氣動(dòng)力學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)90年代起，無(wú)人機(jī)逐漸向小型化、信息化和輕量化發(fā)展，軍事用途也越來(lái)越廣泛，不再局限于高空偵察。
在1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍大量使用了MQ–1“捕食者”無(wú)人機(jī)，該無(wú)人機(jī)攜帶空對(duì)地導(dǎo)彈等精確制導(dǎo)武器，在實(shí)戰(zhàn)中對(duì)伊拉克軍隊(duì)造成了大量傷害。而在最近的俄烏沖突中，俄軍方的“見(jiàn)證者”–136自殺式攻擊無(wú)人機(jī)價(jià)格低廉，但可攜帶50公斤的高爆彈藥，威力十分強(qiáng)大。
值得一提的是，近年來(lái)，無(wú)人機(jī)已經(jīng)開(kāi)始從軍事領(lǐng)域向科研和民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)和民用無(wú)人機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越普及，甚至成為老百姓所熟知的“玩具”。其中，四軸飛行器無(wú)人機(jī)已成為民用領(lǐng)域使用最為廣泛的無(wú)人機(jī)。
中國(guó)的無(wú)人機(jī)發(fā)展起步較晚，但在近20年內(nèi)卻彎道超車(chē)，取得了飛速的進(jìn)展，并走在了世界前列。軍機(jī)方面，我國(guó)相繼研發(fā)出了“彩虹”系列、“翼龍”系列、ASN系列等諸多性能出色的無(wú)人機(jī)型；民機(jī)方面，誕生了大疆等享譽(yù)全世界的民用無(wú)人機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)。
無(wú)人機(jī)的用途
無(wú)人機(jī)用途十分廣泛，不論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都發(fā)揮了重要作用。僅以民用領(lǐng)域?yàn)槔瑹o(wú)人機(jī)就有航拍攝影、環(huán)境監(jiān)測(cè)、通信中繼、災(zāi)難救援、農(nóng)業(yè)植保、電力巡檢、森林防火、應(yīng)急通信以及無(wú)人機(jī)物流等多方面的應(yīng)用。以下為無(wú)人機(jī)的幾個(gè)主要用途。
空中偵察和靶機(jī)。飛行員是國(guó)家的寶貴財(cái)富，有人駕駛偵察機(jī)一旦被擊落，非常容易造成飛行員損失，于是無(wú)人偵察機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)人偵察機(jī)大多體積小、活動(dòng)靈活，敵方不易發(fā)現(xiàn)，機(jī)上裝備先進(jìn)的攝影、攝像、雷達(dá)等設(shè)備，可完成各種高空偵察任務(wù)。
美國(guó)軍用無(wú)人偵察機(jī)RQ–4“全球鷹”性能優(yōu)異，是世界各國(guó)爭(zhēng)相購(gòu)買(mǎi)的“爆品”。它的滯空飛行能力極強(qiáng)，巡航高度可達(dá)18000公里，可實(shí)現(xiàn)32小時(shí)飛行22780公里的航程。該機(jī)裝備有先進(jìn)的高分辨率合成孔徑雷達(dá)、電子光學(xué)和紅外傳感器等偵察設(shè)備，一次性偵察范圍可達(dá)數(shù)百萬(wàn)平方公里，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并迅速向指揮中心提供情報(bào)信息。
為了訓(xùn)練殲擊機(jī)駕駛員、高射炮兵、雷達(dá)操縱員、導(dǎo)彈操縱員以及鑒定各種導(dǎo)彈的性能，常需要一個(gè)模擬某些性能的靶機(jī)。無(wú)人靶機(jī)無(wú)疑是一種廉價(jià)、安全的選擇。世界上知名的靶機(jī)當(dāng)數(shù)美國(guó)的“火蜂”系列，而中國(guó)的“長(zhǎng)空”系列靶機(jī)也頗具名望。
電子對(duì)抗�，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，電子對(duì)抗是一種重要的作戰(zhàn)手段。無(wú)人機(jī)利用其體積小、隱蔽好的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)施各種電子對(duì)抗。這些對(duì)抗具體包括裝載主動(dòng)式電子干擾機(jī)，對(duì)敵方雷達(dá)實(shí)施主動(dòng)式電子干擾；在空中拋撒金屬箔條等干擾物，為己方作戰(zhàn)飛機(jī)鋪設(shè)安全空中走廊；向敵方陣地投放電聲竊聽(tīng)器，收集電子情報(bào)或音響情報(bào)；作小型伴飛無(wú)人機(jī)，吸引敵方火力，輔助作戰(zhàn)飛機(jī)突防；作誘餌機(jī)，誘使敵方發(fā)射地空導(dǎo)彈，誘騙消耗敵防空力量等。
察打一體無(wú)人機(jī)。隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用逐步由單一向多樣化、復(fù)雜化發(fā)展。察打一體無(wú)人機(jī)屬于集偵察和打擊為一體的無(wú)人機(jī)，其可外掛炸彈甚至導(dǎo)彈，由人遙控發(fā)射，發(fā)射后立即返航，既可執(zhí)行高度危險(xiǎn)的攻擊任務(wù)又可減少人員傷亡。
察打一體無(wú)人機(jī)軍用功能強(qiáng)大，目前只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠研制，我國(guó)就是其中之一。就目前而言，察打一體無(wú)人機(jī)的操作方式主要有兩類(lèi)，第一類(lèi)是全自動(dòng)搜尋，對(duì)標(biāo)定的坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)打擊；第二類(lèi)則是遠(yuǎn)程遙控，使用類(lèi)似有人攻擊的操縱方式近距離打擊目標(biāo)。
近年來(lái)，我國(guó)的軍用無(wú)人機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)走出國(guó)門(mén)，包括“彩虹”系列無(wú)人機(jī)和“翼龍”無(wú)人機(jī)在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)察打一體無(wú)人機(jī)物美價(jià)廉，具有其他國(guó)家同類(lèi)產(chǎn)品無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
取樣/觀測(cè)與新技術(shù)驗(yàn)證。一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)人體有害或有危險(xiǎn)，如核爆炸、化學(xué)戰(zhàn)和火山爆發(fā)等。為分析研究實(shí)驗(yàn)效果、進(jìn)行空氣取樣或現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，可使用取樣/觀測(cè)無(wú)人機(jī)。2020年，德國(guó)GFZ研究中心的研究人員在無(wú)人機(jī)上安裝攝像頭，遙控?zé)o人機(jī)飛越火山口上空，根據(jù)立體攝影技術(shù)測(cè)量熔巖運(yùn)動(dòng)。該項(xiàng)工作后來(lái)發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》。
無(wú)人機(jī)在新技術(shù)驗(yàn)證方面具有特殊的優(yōu)越性。當(dāng)設(shè)計(jì)出一架新型飛機(jī)后，一般先把飛機(jī)按比例縮小制成模型，放到風(fēng)洞進(jìn)行空氣動(dòng)力特性試驗(yàn)，但這只是靜態(tài)特性。如果把縮比模型制作成遙控?zé)o人機(jī)，并進(jìn)行飛行驗(yàn)證，便可進(jìn)一步掌握所設(shè)計(jì)機(jī)型的動(dòng)態(tài)飛行特性，同時(shí)還很安全。為了驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919的飛行性能，2016年6月，同濟(jì)大學(xué)師生團(tuán)隊(duì)便設(shè)計(jì)、制作并試飛了一款1:25的縮比C919飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)。
地質(zhì)勘探與航拍測(cè)繪。目前的航空地質(zhì)勘探儀器靈敏度較高，在2000米高空進(jìn)行光學(xué)攝影，可以發(fā)現(xiàn)地面上1厘米寬的線狀物和直徑30~50厘米的巖石碎片。隨著技術(shù)的進(jìn)步，利用無(wú)人機(jī)遙感遙測(cè)技術(shù)可以使勘測(cè)工作更加迅速、準(zhǔn)確，并更具經(jīng)濟(jì)性。
無(wú)人機(jī)航拍是以無(wú)人駕駛飛機(jī)作為空中平臺(tái)，以機(jī)載遙感設(shè)備如高分辨率數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀、激光掃描儀、磁測(cè)儀等獲取信息，用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行處理，并按照一定精度要求制作成圖像。為獲得高清畫(huà)面，現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)航拍一般以低速無(wú)人駕駛飛機(jī)為空中遙感平臺(tái)，全系統(tǒng)上集成了遙感、遙控、遙測(cè)與計(jì)算機(jī)等諸多新型應(yīng)用技術(shù)。■
（作者系同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院教授）