中國(guó)工程院院士樊邦奎：無人機(jī)的六大發(fā)展方向 - 全文

　　一、無人機(jī)的本質(zhì)是什么？

　　隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。從遙控飛行器（RPV）到無人駕駛飛機(jī)（UAV），再到無人宇宙空間監(jiān)視（UAS），無人機(jī)技術(shù)已然邁向了一個(gè)新的高度。美國(guó)白宮軍事顧問、機(jī)器人專家辛格曾經(jīng)說過，機(jī)器人的本質(zhì)就是機(jī)器。中國(guó)工程院院士、自動(dòng)化和人工智能專家李德毅也說過，未來汽車的三個(gè)功能將是感知、認(rèn)知和行動(dòng)。無人機(jī)即是機(jī)器，也要具備汽車的三個(gè)要素，因此無人機(jī)也叫做空中機(jī)器人。

　　空中飛行器具有怎樣的發(fā)展規(guī)律呢？過去，有人機(jī)一統(tǒng)天下，下一步，無人機(jī)將會(huì)對(duì)有人機(jī)做出重要補(bǔ)充。未來一段時(shí)間，無人機(jī)和有人機(jī)相互依存，協(xié)同發(fā)展，最后我們期待著無人機(jī)一統(tǒng)天下。

　　在近幾年的局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，無人機(jī)的使用品種和架次急劇增加，這引發(fā)了全世界研制無人機(jī)的熱潮。那么，目前的無人機(jī)都在往哪個(gè)方面發(fā)展呢？在這里，從六個(gè)方面來一覽無人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　二、無人機(jī)的六大發(fā)展方向

　　（一）以戰(zhàn)場(chǎng)偵查和查打結(jié)合為主要目的，大力發(fā)展查打和偵查結(jié)合的無人機(jī)。在美國(guó)無人機(jī)的發(fā)展路線圖中，無人機(jī)被分為小中大和無人作戰(zhàn)四種類型，完成的任務(wù)也被分為十八種。其中，偵查、精確目標(biāo)定位和指示總是排在第一位和第二位。

　　現(xiàn)在，無人機(jī)肩負(fù)著國(guó)家哨兵的重任。世界上裝備的無人機(jī)中大約80%都是偵察機(jī)，具體工作包括圖像偵查（可見光、紅外、光譜、雷達(dá)、激光）、信號(hào)偵查、氣象水文、磁、核生化等等。將偵查和打擊兩種模式結(jié)合在一起，能夠很好的實(shí)現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的作戰(zhàn)模式。這種將武器打擊模塊嵌入到偵查無人機(jī)中的解決思路備受軍方關(guān)注。像捕食者、獵人和死神這樣的無人偵查機(jī)已經(jīng)開始應(yīng)用這種模式。

　　（二）以火力打擊和空中對(duì)抗為主要需求，大力發(fā)展無人作戰(zhàn)飛機(jī)。例如，像人們比較熟悉的X47B，它是在美國(guó)福特級(jí)航母上配套使用的無人作戰(zhàn)飛機(jī)，還有由法國(guó)牽頭，六國(guó)共同參與研制的“神經(jīng)元”無人作戰(zhàn)飛機(jī)。另外，還有英國(guó)“雷神”和俄羅斯“電鰩”。

　　（三）以特種偵查和“蜂群”作戰(zhàn)為主要目標(biāo)，大力發(fā)展微小型無人機(jī)系統(tǒng)。微型和小型無人機(jī)都有嚴(yán)格的定義，比如美國(guó)規(guī)定，微型無人機(jī)是指外形尺寸介于鷹和大型蝗蟲之間的無人機(jī)，小型無人機(jī)是指起飛總重量大于2.3KG，小于25KG的無人機(jī)。

　　近年來，隨著新型技術(shù)的出現(xiàn)，微小無人機(jī)出現(xiàn)了異軍突起的現(xiàn)象?，F(xiàn)在，人們可以看到各類小型機(jī)，例如像蚊子和蝴蝶這樣的昆蟲仿生無人機(jī)。為什么要研制這樣的無人機(jī)呢？這樣的無人機(jī)可能在民用方面有很多的用處，但是，它主要是在軍事領(lǐng)域應(yīng)用在特種部隊(duì)“蜂群”作戰(zhàn)上。

　　“蜂群”作戰(zhàn)已經(jīng)成為了美軍重要的發(fā)展方向，從2015年3月開始，美國(guó)海軍就已經(jīng)開始測(cè)試低成本無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)技術(shù)（LOCUST）。該項(xiàng)目采用廉價(jià)的“郊狼”型無人機(jī)重量在6KG左右，時(shí)速到到145公里，由無人機(jī)大炮接連發(fā)射升空。

　　“郊狼”型無人機(jī)

　　目前，已經(jīng)測(cè)試9架無人機(jī)自主編隊(duì)飛行，計(jì)劃2016年夏季進(jìn)行30架規(guī)模的蜂群作戰(zhàn)測(cè)試。

　?。?strong>四）以新型動(dòng)力技術(shù)為主要突破，大力發(fā)展超高速無人機(jī)和超長(zhǎng)航時(shí)系統(tǒng)。超高速無人機(jī)一般是指巡航速度大于5馬赫的無人機(jī)（1馬赫大約是1200公里/小時(shí)），這種無人機(jī)需要通過火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合實(shí)現(xiàn)超高速飛行。超長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)一般是指續(xù)航時(shí)間在48小時(shí)以上的無人機(jī)。這個(gè)層次的無人機(jī)和人們通常所說的消費(fèi)級(jí)無人機(jī)在超長(zhǎng)航時(shí)上的概念是完全不一樣的，它的動(dòng)力能源問題將通過太陽能、燃料電池、氫發(fā)動(dòng)機(jī)和核動(dòng)力來解決長(zhǎng)航時(shí)的問題。

　　例如，在氫發(fā)動(dòng)機(jī)無人機(jī)系統(tǒng)方面，美國(guó)波音公司研制的創(chuàng)造性的液氫動(dòng)力無人機(jī)——“鬼眼”，它采用兩臺(tái)2.3升4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生150匹馬力。可在2萬米高空持續(xù)飛行4天，持續(xù)執(zhí)行監(jiān)視和偵察任務(wù)。而且它非常環(huán)保，產(chǎn)生的副產(chǎn)品只有水。這款無人機(jī)已于2012年6月實(shí)現(xiàn)首飛，繼續(xù)在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地測(cè)試。

　　“鬼眼”無人機(jī)

　　在核動(dòng)力長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)系統(tǒng)方面，美國(guó)科學(xué)家已經(jīng)完成了新一代核動(dòng)力無人機(jī)的理論和可行性研究。核動(dòng)力新技術(shù)不僅能讓無人機(jī)連續(xù)飛行時(shí)間從“天”增加到“月”，還能給無人機(jī)武器、控制等系統(tǒng)增加動(dòng)力。因其超長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間，能大大減少后勤支持成本。目前正在開展提高核反應(yīng)堆安全性的相關(guān)工作，未來必將給無人機(jī)動(dòng)力技術(shù)帶來革命性的變化。

　　在激光和微波輸能長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)系統(tǒng)方面，美國(guó)洛克希德?馬丁公司與美國(guó)激光動(dòng)力公司于2012年就在一款小型無人機(jī)上成功測(cè)試了一種新型激光輸能系統(tǒng)，無人機(jī)續(xù)航時(shí)間達(dá)到了48小時(shí)，而原來只具備2小時(shí)的續(xù)航時(shí)間。

　　攜帶激光炮的無人機(jī)

　　除此之外，還有一種無人機(jī)是采用火箭助推、無動(dòng)力滑翔的方式飛行。這種無人機(jī)是什么概念呢？也就是說，通過火箭把無人機(jī)帶到大氣層的臨界位置，然后以一定的角度和速度砸向大氣層，實(shí)現(xiàn)乘波飛行。這個(gè)方式類似于玩“水上漂”，就是把薄石片以一定的速度和角度打到水面上，讓石子在水上漂行，而大氣層就相當(dāng)于水面。無人機(jī)在這種狀態(tài)下，速度可以達(dá)到20馬赫。

　　臭鼬工廠副總裁阿爾?羅米格說過，速度是新的隱身手段，超高速飛行器將成為游戲的改變者。這種無人戰(zhàn)機(jī)一旦投入使用，將改變戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)和“游戲規(guī)則”，使現(xiàn)有的攻防體系發(fā)生重大變革，既有的防御手段將面臨被“清零”的危險(xiǎn)，將會(huì)形成新的戰(zhàn)略威脅。

　　（五）以信息技術(shù)為核心，大力推進(jìn)無人機(jī)系統(tǒng)的智能化。無人機(jī)系統(tǒng)是典型的信息化裝備，美國(guó)在《2013-2038年無人系統(tǒng)綜合路線圖》中提出了無人系統(tǒng)面臨的九項(xiàng)瓶頸技術(shù)，其中互操作性、自主性、通信、安全、傳感器、計(jì)算機(jī)等六項(xiàng)都與信息技術(shù)密切相關(guān)。

　　二十年來，無人機(jī)之所以發(fā)展的如此迅速，其中，信息技術(shù)的發(fā)展起到了關(guān)鍵性地推動(dòng)作用。除了無人機(jī)，傳統(tǒng)的信息技術(shù)解決遙控遙測(cè)、跟蹤定位和信息感知處理問題。目前隨著信息技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了三個(gè)特點(diǎn)：

　　第一，無人機(jī)發(fā)展與新興信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)（含互聯(lián)網(wǎng)）等新興信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，正在深刻影響著無人機(jī)技術(shù)的變革。

　?、僭诖髷?shù)據(jù)技術(shù)方面，無人機(jī)作為空中移動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠在大地測(cè)繪、國(guó)土資源調(diào)查、氣象探測(cè)、交通監(jiān)管、工林業(yè)生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、個(gè)人消費(fèi)等領(lǐng)域產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。還包括無人機(jī)飛行參數(shù)信息，部分?jǐn)?shù)據(jù)具有至關(guān)經(jīng)濟(jì)效益，而大部分?jǐn)?shù)據(jù)需依托大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行綜合開發(fā)利用。

　?、谠谠朴?jì)算方面，將來很多的無人機(jī)要得到解放，機(jī)上的計(jì)算、機(jī)上的存儲(chǔ)、機(jī)上的智能能力，這些都需要通過云端來解決。

　　③在物聯(lián)網(wǎng)方面，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)比移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)更加復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，倡導(dǎo)萬物互聯(lián)，無人機(jī)融入物聯(lián)網(wǎng)后將更好的發(fā)揮機(jī)動(dòng)、靈動(dòng)、傳感器數(shù)據(jù)多樣等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、互操作、互理解。

　　第二，信息基礎(chǔ)設(shè)施將成為無人機(jī)組網(wǎng)測(cè)控和飛行管理的重要依托。現(xiàn)在，要想將無人機(jī)產(chǎn)業(yè)化，航空管理是一個(gè)重大問題。因此，必須依托基礎(chǔ)信息設(shè)施來解決未來交通的管理問題，不可能按照現(xiàn)在的方式來進(jìn)行航管。移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施、互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施以及廣播電視基礎(chǔ)設(shè)施都將成為無人機(jī)組網(wǎng)和飛行管理的重要依托。

　　其中，廣播電視基礎(chǔ)設(shè)施有什么用呢？假如將來一旦無人機(jī)開放使用，需要基本達(dá)到三個(gè)能力：可規(guī)避、可探測(cè)和可控制。廣播電視發(fā)射的信號(hào)非常多，只要能夠探測(cè)就可以把無人機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)。因此，信息基礎(chǔ)設(shè)施將會(huì)成為無人機(jī)組網(wǎng)測(cè)控和飛行管理的重要依托。

　　通過三大基礎(chǔ)設(shè)施提供的安裝和飛行管理等共用平臺(tái)，結(jié)構(gòu)專用的軟硬件，最終覆蓋全國(guó)無人機(jī)組網(wǎng)測(cè)控和飛行管理系統(tǒng)。

　　第三，人工智能技術(shù)是提升無人機(jī)應(yīng)用能力的顛覆技術(shù)之首。毫無疑問，人工智能技術(shù)對(duì)無人機(jī)的發(fā)展有著核心的引用導(dǎo)向。從人工智能的角度來看，無人機(jī)將從三個(gè)方面發(fā)展：?jiǎn)螜C(jī)智能飛行、多機(jī)智能協(xié)同、任務(wù)自主智能。

　　單機(jī)智能飛行涉及到環(huán)境感知與規(guī)避，包含了探測(cè)、通信和感知，信息融合、共享、環(huán)境自適應(yīng)、新型傳感器。智能路徑規(guī)劃涉及到很多人工智能技術(shù)來解決；智能飛控要解決開放性、自主性和自學(xué)習(xí)；還有智能空域整合和智能飛行。智能飛行器是指各式各樣的飛行器，既能在水里能飛，也能在空中飛，這個(gè)過程還是在不斷變化的。

　　多機(jī)協(xié)同涉及到的內(nèi)容很多，其中的關(guān)鍵技術(shù)是協(xié)同指揮控制以及協(xié)同態(tài)勢(shì)生成與評(píng)估。多機(jī)協(xié)同路徑規(guī)劃和單機(jī)路徑規(guī)劃是不一樣的，無人機(jī)相互之間需要協(xié)同，這樣才能避免發(fā)生行駛路徑混亂。另外，協(xié)同的語義交互的核心是對(duì)機(jī)器自然語境的理解，將來的無人機(jī)將和其它的系統(tǒng)協(xié)同工作，因此要實(shí)現(xiàn)機(jī)器理解的機(jī)器語言。

　　任務(wù)自主智能的概念和終極的無人駕駛汽車的概念是異曲同工的，就是可以實(shí)現(xiàn)自主駕駛。例如，目前的無人機(jī)在執(zhí)行查打結(jié)合任務(wù)的時(shí)候，還需要技術(shù)人員來通過屏幕遠(yuǎn)程操作，觀察物體是不是目標(biāo)，能不能進(jìn)行打擊，而我們對(duì)未來無人機(jī)的要求是它能夠自己進(jìn)行判斷并進(jìn)行打擊，這也是無人機(jī)應(yīng)用的最高境界。

　　（六）以低空空域?yàn)橐劳?，面向民用領(lǐng)域，大力發(fā)展民用無人機(jī)。現(xiàn)在，針對(duì)低空飛行開放或者開放程度更大以后，如何面向民用領(lǐng)域來發(fā)展無人機(jī)，各個(gè)國(guó)家都出臺(tái)了相關(guān)的政策和規(guī)定。目前，民用無人機(jī)的研究出現(xiàn)了一個(gè)新的特點(diǎn)，那就是研究應(yīng)用領(lǐng)域非常的廣泛，而研究主體卻出現(xiàn)了很大的變化。目前，除了主流航空企業(yè)在開展無人機(jī)業(yè)務(wù)外，大量的互聯(lián)網(wǎng)公司亞馬遜、谷歌、Facebook，Gopro，騰訊、小米等也開始開始涉足無人機(jī)領(lǐng)域，開展相關(guān)業(yè)務(wù)。因?yàn)檫@些企業(yè)在信息技術(shù)領(lǐng)域具有一定的技術(shù)積累，所以說它們?cè)谶M(jìn)入無人機(jī)領(lǐng)域的過程具有優(yōu)勢(shì)，這也驗(yàn)證了，信息技術(shù)是推動(dòng)無人機(jī)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/p>

　　在民用無人機(jī)的應(yīng)用上，遙感探測(cè)類的數(shù)字地球感知是最重要的研究項(xiàng)目，接著是在國(guó)土調(diào)查、氣象探測(cè)和交通監(jiān)管和安全（搜捕、營(yíng)救、反恐除爆）等領(lǐng)域，然后是在工農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，最后是在物流運(yùn)輸領(lǐng)域。其中，無人機(jī)在工農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域是的應(yīng)用非常巨大。美國(guó)研究無人機(jī)市場(chǎng)的時(shí)候提出，農(nóng)業(yè)絕對(duì)會(huì)成為無人機(jī)的主導(dǎo)市場(chǎng)。除了無人機(jī)在主流市場(chǎng)的應(yīng)用外，未來，娛樂也會(huì)成為無人機(jī)的消費(fèi)領(lǐng)域。

　　所以，我們能夠看到無人機(jī)的應(yīng)用之深、應(yīng)用之廣以及對(duì)未來無人機(jī)市場(chǎng)繁榮的期盼?？傆幸惶?，無人機(jī)將會(huì)和手機(jī)一樣成為人們生活的標(biāo)配。家家都有機(jī)器人，人人都有無人機(jī)的時(shí)代即將到來，你和我們準(zhǔn)備好了嗎？

　　（根據(jù)作者近期演講整理，未經(jīng)本人確認(rèn)）