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专题:全方位体验无人机魅力

2016-07-01 07:00 来源: 科普中国-科技前沿大师谈

 

猴年春晚节目中,融入无人机、机器人等高科技元素让许多人耳目一新,这也是央视春晚33年历史上第一次有民用无人机参与演出。事实上,无人机最早应用于军事方面,近几年由于其在物流、娱乐、媒体等民用领域崭露头角,方才走入大众视野。此前,国内外均有电商推出无人机送货服务,一些传统媒体也创新性地采用无人机采集图片、视频等新闻素材。顺应发展趋势,新华网于2015年6月组建了国内新闻网站首家新闻无人机队,并在2015年8月天津滨海新区爆炸事故、2015年12月深圳山体滑坡事故等重大新闻事件报道过程中一展身手。

无人机应用领域的变化,离不开这项技术的突破与创新。而对普通民众来说,随着民用无人机的日益普及,它能在多大程度上带来生活上的改变?那些不断步入眼帘的新型无人机,下一步的发展趋势是怎样的?无人机正被运用到各行业,不久的将来你也许还会考虑,如何才能拿到一张民用无人机“驾照”?为此,“科技前沿大师谈”专访多位无人机专家,为公众全方位解读无人机技术前沿及产业发展趋势。

 

1月14日,在河北省承德市滦平县金山岭长城脚下,承德市森林防火指挥中心工作人员操控无人机进行火情监测。新华社发(刘环宇 摄)

 

从军事到民用——无人机“用武之地”的变迁

我国无人机的发展始于上世纪六十年代末,初期为了满足高炮、防空导弹武器的需求,主要研究靶机。上世纪七八十年代,我国又进一步开发了高空高速的无人侦察机系统。到上世纪九十年代,我国研制出具有战术性质的低速螺旋桨飞机。

那么,无人机在军事作战中达到什么样的水平呢?航天科技集团中国航天空气动力技术研究院“彩虹”系列无人机总工程师石文表示,“二十世纪九十年代的海湾战争以及其后的科索沃战争,欧美的无人机在实际作战中得到了大批量的应用,收获了很好的作战效果,与此同时,我国的无人机技术也得到了快速发展。到本世纪初,我国的无人机从战术到战略,从近程到高空远程,无论是中高空的长航时无人机、还是最新型的察打无人机,以及隐身的作战无人机等机型,均达到了世界上比较先进的水平。”

 

视频:无人机时代的到来

解读专家:石文,航天科技集团中国航天空气动力技术研究院“彩虹”系列无人机总工程师。

 

无人机,顾名思义就是无人驾驶的飞机,它与普通的飞机有哪些本质上的不同?石文介绍,由于机上是无人的,无人机对飞行的许多要求就得到降低,整体的性能包括航程航时都得到较大提高。另外在复杂危险的地域环境,比如像核生化条件下,有人机去的话可能会造成人员的间接性损伤,而无人机就不存在这个问题。

无人化日益成为未来战争发展的方向之一,目前,世界各主要国家尽管发展方向与程度各异,但无不积极研制开发无人机。与此同时,无人机也正在向民用化发展。除了在军事领域发挥巨大作用,我国自主研发的无人机在民用领域也做出突出贡献,石文介绍,以“彩虹”系列无人机为例,在目标跟踪、地图测绘、森林防火、农田监测、路面巡查、通讯保障、抗震救灾等方面,无人机都能高效执行任务,“最出色的例子就是地质矿探调查,我们在全世界第一个做到了磁放综合站的试生产作业,实现了两万测线公里左右的实际生产作业,它这个系统要求非常高,我们用彩虹三无人机装载磁放综合系统,它的载荷达到一百三十公斤,我们利用这套系统解决了磁放综合站与飞机的匹配问题,实现了远程超低空测控,是真正的把军用技术转化到民用,而且取得了非常好的效果。”

  

新型无人机:下一代无人机如何发展?

随着无人机在民用领域发展高潮的到来,一些创意与科技感十足的无人机不时引人瞩目——太阳能无人机、仿生无人机、自拍无人机、球形无人机、3D打印无人机等等,虽然这些新型无人机有的还处在概念阶段,但足以燃起人们对未来生活的憧憬。现阶段,无人机航拍常常能带给人们新鲜感,这种优势即源自它具有突破空间限制的独特视角,能够获取到人力难及的画面,进而为公众带来更具震撼力的视觉冲击。

无人机航拍可以说是从高空俯瞰世界的“上帝视角”,无人机飞手们不得不在地面上仰视着它,而“第一视角飞行”(First Person View,简称FPV)则是无人机的一种新玩法,通过在无人机上加装无线图像传输设备,操作人员可以在地面通过视频眼镜或显示屏看到无人机飞行时的前方画面,据此操控无人机前进。使用FPV方式操纵无人机的一大亮点是,飞手不再是仰视无人机,而是能够获得与飞行器相同的视角,以无人机的视角看世界,享受近似亲自飞翔的乐趣。

 

视频:体验无人机“第一视角飞行”

这段视频是无人机FPV大师赛的测试飞行,FPV大师赛是2015年10月30日举办“中航工业杯”第三届国际无人飞行器创新大奖赛活动之一。搭载3D摄像头的无人机由飞手们操控,自如穿梭在障碍物之间进行飞行表演,而在比赛场地之外,体验者通过佩戴VR眼镜,能够感受飞行器超高速飞行、高空失控等众多惊险场面。

 

模仿并学习鸟类的飞行能力一直是人类夙愿,无人飞行器的研发当然也会受其指引和启发,事实上,从动物身上寻找灵感正是无人机技术研发的一种新潮流,它的产物便是仿生无人机。比如,英国研究人员模仿蝙蝠翅膀,设计出一种新型薄膜可变机翼,并将这种薄膜机翼安装在无人机上,制作出的微型无人机凭借这种机翼在海面滑翔飞行测试中能飞得更远,节省更多燃料,而且更易维护。

微型无人机模仿动物适应不同环境的能力,可以灵活地执行多种任务,据北京航空航天大学无人机所工程师孙毅介绍,目前,人们对微小型无人机的关注多集中在四轴或者六轴飞行器上,事实上,这类旋翼无人机也是有其缺点的,它们对天气、环境的抵抗能力很低,另外,它们的续航能力和承载能力也不够强大。孙毅称:“我们现在做的仿生无人机,主要是扑翼类型的。所谓扑翼就是带翅膀的无人机,其实就是仿生无人机。扑翼无人机是一种兼具固定翼和旋翼特点的飞行器,固定翼的特点是飞行速度快但是起降并不灵活,旋翼无人机起降非常灵活,但是飞行时间相对而言比较短,载荷能力相对也比较小。扑翼无人机未来的特点就是能够兼具这两种优点,像一只鸟一样既能慢速飞也能快速飞,并且在快速飞行的时候能够达到固定翼的高速效果,慢速飞行时候能够垂直起飞垂直降落,这将是微小型无人机未来的发展趋势。”

 

视频:仿生无人机——无人机与大自然的融合

解读专家:孙毅,北京航空航天大学无人机所工程师,驾驶员协会(中国AOPA)无人机专业委员会委员。

 

微型无人机由于其体型小巧、使用方便,在生活中更符合人们的需求,因而发展速度相当快,被视为无人机未来的研究方向之一,但同样具有不容小觑的发展潜力的太阳能无人机,在有些国家已经有了军事化应用,比如承担持续监控和通信传递等任务,对于提倡可再生能源和环境保护的当今社会也是意义非凡。

太阳能无人机作为无人机中的特种机,由太阳能进行驱动,本身不携带燃料,只需要携带太阳能储能电池即可实现能源自我循环。白天飞机吸收的太阳能,一部分用于飞行和载荷,另一部分会存储在储能电池里,用来维持夜间的飞行。与传统的以化学燃料为能源的飞机相比,太阳能无人机不污染大气,是真正的绿色环保飞行器,而且具有高空长航时的优势,我国很早就开始了太阳能无人机的研究,并取得了丰硕成果。据“彩虹”系列无人机总工程师石文介绍,太阳能无人机在研制过程中的技术难题非常多,需要在理论分析、地面实验的基础上,通过飞行实验的修正来逐步螺旋式地提高研究水平。目前,我国的研究达到了飞行实验的阶段,主要的技术难题在逐步攻克,在有些方面也取得了比较大的进展。

 

视频:太阳能无人机——无人机时代的到来

解读专家:石文,航天科技集团中国航天空气动力技术研究院”彩虹“系列无人机总工程师。

 

不论是以仿生无人机为代表的微型无人机,还是以太阳能无人机为代表的新能源无人机,技术驱动创新才是无人机发展的核心。比如微小型无人机的发展,就是随着近几年微机电技术、能源技术以及高能重比的锂电池的发展,才使得小型化成为可能。在中国航空学会理事王英勋看来,无人机也被称为空中机器人,未来它要实现更好的能力,除了机械、能源动力技术的发展以外,还应该更注重它的自动化、自主化,或者说是智能化。这种智能无人机基于智能计算,更能自主的判断环境,根据环境的特点决策如何进行下一步的动作,比如自动跟踪或自主避障。而随着无人机的智能性和自主能力的提高,它的应用将会越来越广泛。

 

视频:无人机呼唤自主控制技术

解读专家:王英勋,中国航空学会理事,制导、导航与控制分会主任。

 

空管规则与人才培养——无人机发展的后勤保障

如果说技术水平的提高是无人机发展的核心驱动力,那么,无人机“交通法规”的制定和无人机驾驶员的训练则是它的后勤保障。随着近几年消费无人机呈爆发式增长,无人机相关的法律法规也被提上议事日程。据中国航空器拥有者及驾驶员协会(AOPA)执行秘书长柯玉宝介绍,我国无人机适航的法律法规,目前正在编写制定当中,出台之后将保证无人机飞行的安全。此前的2015年8月15日,我国已先于美国正式上线了UCloud云系统,通过这个云数据系统,使用者随时可以查到所飞地区属于什么区域,包括哪些是禁区,哪些是危险区,哪些是机场进近管制区,哪些是人口稠密区等等。UCloud监管系统就是要方便无人机的飞行,解决计划申报的问题,也解决了管理者监管的问题。

 

视频:空中交通规则——无人机的空管

解读专家:柯玉宝,中国航空器拥有者及驾驶员协会执行秘书长。

 

无人机政策的形成是由于社会上的无人机越来越多,需要政策法规出台让行业健康有序的发展,与此同时,对于无人机人才的培养也要上升到制度化的高度,他们需要通过一系列的考试才能拿到民用无人驾驶航空器系统驾驶员合格证,中国AOPA已经受民航局的委托负责无人机证照的监管和管理。那么,如何才能拿到一张民用无人机“驾照”呢?据AOPA无人机专家委员会副主任、无人机考试主考官段志勇介绍,由AOPA出台的民用无人驾驶航空器系统考试标准对驾驶员、机长、教员三类无人机“驾照”均有规定,无人机“驾照”申请人需要完成必需的理论培训和实践训练,并通过理论及实践考试,才能最终获得民用无人驾驶航空器系统驾驶员合格证,也即所谓民用无人机“驾照”。

 

视频:直击民用无人机“驾照”考试现场

 

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作者: 科技前沿大师谈   [责任编辑: 汪海伦]