1.1　蒙昧?xí)r代的飛行

從古老阿拉伯神話中的飛毯，到中世紀(jì)達(dá)·芬奇所發(fā)明的飛行器（如圖1-2所示），再到20世紀(jì)初萊特兄弟研制的“飛行者1號(hào)”飛機(jī)（如圖1-3所示）。從古到今，人類(lèi)始終沒(méi)有放棄過(guò)對(duì)于藍(lán)天的向往，始終夢(mèng)想著有一天能像鳥(niǎo)兒一樣在天空中翱翔。

飛機(jī)的出現(xiàn)是人類(lèi)航天史上的一大進(jìn)步，人們終于可以駕駛著這種龐大但精巧的工具去藍(lán)天翱翔了。在此基礎(chǔ)之上創(chuàng)建的機(jī)場(chǎng)、空軍、民航等新事物，也最大限度地拓寬了人類(lèi)在軍事和生活等多個(gè)領(lǐng)域的視野。但隨著時(shí)代的發(fā)展，人類(lèi)的需求變得愈發(fā)多元化、個(gè)性化，而大型的飛機(jī)很難滿足需要，因此小型化、智能化、個(gè)性化的無(wú)人機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生了。

1.1.1　無(wú)人機(jī)概況

無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，UAV），顧名思義為“無(wú)人駕駛的飛機(jī)”，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)，包括無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)。廣義地看也包括臨近空間飛行器（20~100km空域），如平流層飛艇、高空氣球、太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)等。從某種角度來(lái)看，無(wú)人機(jī)可以在無(wú)人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)，可以被看作“空中機(jī)器人”。

無(wú)人機(jī)上沒(méi)有駕駛艙，但安裝有自動(dòng)駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備。地面遙控人員通過(guò)雷達(dá)等設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行跟蹤、定位、遙控、遙測(cè)和數(shù)字傳輸。可在無(wú)線電遙控下像普通飛機(jī)一樣起飛或用助推火箭發(fā)射升空，也可以由母機(jī)帶到空中投放飛行。回收時(shí)，可以用與普通飛機(jī)著陸過(guò)程一樣的方式自動(dòng)著陸，也可以通過(guò)遙控用降落傘或攔網(wǎng)回收。可反復(fù)使用多次。

無(wú)人機(jī)可以用于多個(gè)領(lǐng)域，大致可以分為軍用、民用和消費(fèi)級(jí)三大類(lèi)型，不同的類(lèi)型對(duì)于無(wú)人機(jī)的性能要求各有偏重。

※　軍用無(wú)人機(jī)對(duì)于靈敏度、飛行高度、速度、智能化等有著更高的要求，是技術(shù)水平最高的無(wú)人機(jī)，包括偵察、誘餌、電子對(duì)抗、通信中繼、靶機(jī)和無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)等機(jī)型。

※　民用無(wú)人機(jī)一般對(duì)于速度、升限和航程等要求都比較低，但對(duì)于人員操作培訓(xùn)、綜合成本有較高的要求，因此需要形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務(wù)。目前來(lái)看民用無(wú)人機(jī)最大的市場(chǎng)在于政府公共服務(wù)的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約70%，而我們認(rèn)為未來(lái)無(wú)人機(jī)潛力最大的市場(chǎng)可能就在民用，新增市場(chǎng)需求可能出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)植保、貨物速遞、空中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)獲取等領(lǐng)域。

※　消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)一般采用成本較低的多旋翼平臺(tái)，用于航拍、游戲等休閑用途。

1.1.2　無(wú)人機(jī)的原型

有人說(shuō)，戰(zhàn)爭(zhēng)催生了科技，這句話不無(wú)道理。無(wú)人機(jī)的誕生可以追溯到1914年，正值第一次世界大戰(zhàn)期間。隨著軍用飛機(jī)（如圖1-4所示）在戰(zhàn)場(chǎng)上的使用越來(lái)越多，在戰(zhàn)場(chǎng)上空被擊落所造成的飛機(jī)損失和飛行員的傷亡也在不斷上升。那么，能否研制一種飛機(jī)，既能夠完成正常戰(zhàn)機(jī)的作戰(zhàn)或轟炸任務(wù)，又不會(huì)造成飛行員的傷亡呢？基于這個(gè)軍事需求，軍事界和航空界的一些先知先覺(jué)者便開(kāi)始了無(wú)人駕駛飛機(jī)的探索和研制工作。

最早的無(wú)人機(jī)設(shè)想由英國(guó)的卡德?tīng)柡推で袪杻晌粚④娞岢觯麄兿蛴?guó)軍事航空學(xué)會(huì)提出了一項(xiàng)建議：研制一種不用人駕駛，而用無(wú)線電操縱的小型飛機(jī)，使它能夠飛到敵方上空，投下炸彈。這種設(shè)想得到了當(dāng)時(shí)英國(guó)軍事航空學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)戴·亨德森爵士的支持。他指定由英國(guó)星際學(xué)會(huì)主席A.M.洛教授組成一個(gè)小組進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)研究。為了保密起見(jiàn)，該項(xiàng)研究叫作“AT計(jì)劃”。

起初，“AT計(jì)劃”的研究工作是在布魯克蘭茲進(jìn)行的，后來(lái)又轉(zhuǎn)移到米德?tīng)栙惪怂沟馁M(fèi)爾泰姆地區(qū)。研究小組首先從研制無(wú)人機(jī)的遙控裝置入手，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，研制小組首先研制出一臺(tái)無(wú)線電遙控裝置。緊接著，飛機(jī)設(shè)計(jì)師杰佛里·哈維蘭制造了一架翼展為6.7m的小型上單翼飛機(jī)，并配置了1臺(tái)功率為26kw的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，還安裝了起落架。最后，研究小組將無(wú)線電遙控器安裝在小型飛機(jī)上，便得到了最早的無(wú)人機(jī)原型，如圖1-5所示，無(wú)人機(jī)的研究工作取得了階段性勝利。

在第一次世界大戰(zhàn)臨近結(jié)束的1917年3月，地點(diǎn)在尼奧帕萬(wàn)英國(guó)皇家飛行訓(xùn)練學(xué)校，這架由無(wú)線電遙控的飛機(jī)迎來(lái)了自己的第一次試飛。人們帶著各種驚奇、詫異的眼光，看著這前所未有的新事物，很好奇一架沒(méi)有駕駛員的飛機(jī)要如何飛行。隨著一聲令響，在人們關(guān)注的目光下，這架無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)慢慢開(kāi)始轟鳴，并像正常飛機(jī)一樣向前滑行，隨即成功起飛并進(jìn)入正常飛行狀態(tài)，看起來(lái)非常完美。就在人們緊張的神經(jīng)剛要松弛下來(lái)的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)歡快的轟鳴聲突然停止了！由于發(fā)動(dòng)機(jī)的突然熄火，無(wú)人機(jī)一下子失去了動(dòng)力和升力，再也無(wú)力承擔(dān)自己沉重的機(jī)身，立即進(jìn)入失速狀態(tài)，最終在眾目睽睽之下一頭栽倒，就這樣，無(wú)人機(jī)的首次試飛以失敗告終。

然而，最大的難關(guān)還在后面。在第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，軍事上對(duì)無(wú)人機(jī)的需求已經(jīng)不再迫切。加之大戰(zhàn)結(jié)束后大量裁軍以及大量的軍用飛機(jī)要退役，在這種情況下，無(wú)人機(jī)的發(fā)展也就失去了動(dòng)力，第一次AT計(jì)劃的試驗(yàn)被迫停了下來(lái)。

不過(guò)，A.M.洛教授對(duì)無(wú)人機(jī)的研究具有極大的興趣，并沒(méi)有因?yàn)槭『屠щy而終止研究工作。在他的爭(zhēng)取下，英國(guó)政府重新投入了研究資金。工夫不負(fù)有心人，10年后，A.M.洛教授和他的同事們?cè)跓o(wú)人機(jī)研究方面取得了豐碩成果。1927年，英國(guó)皇家飛機(jī)研究所研制出“喉”式單翼無(wú)人機(jī)，如圖1-6所示，在英國(guó)海軍“堡壘”號(hào)軍艦上進(jìn)行了試飛。“喉”式無(wú)人機(jī)載有113kg炸彈，在軍艦上安裝的一個(gè)小傾斜角滑軌上滑行起飛，以322km/h的速度成功飛行了480km。

“喉”式無(wú)人機(jī)在航空界引起了極大的轟動(dòng)，從此無(wú)人機(jī)便告別了試驗(yàn)階段，成為了另一種可行的飛行方案——A.M.洛教授歷時(shí)十多年的研究工作終于畫(huà)上了一個(gè)句號(hào)。不過(guò)，無(wú)人機(jī)的研究卻并沒(méi)有止步于此，尤其是接下來(lái)的第二次世界大戰(zhàn)，又給了無(wú)人機(jī)發(fā)展的良機(jī)。