無人機(jī)相對(duì)有人機(jī)擁有不受載人限制、尺寸小、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。世界武器資深專 家斯蒂芬·澤羅格認(rèn)為，當(dāng)前航空裝備發(fā)展面臨著一個(gè)全新的轉(zhuǎn)型期，傳統(tǒng)有人作戰(zhàn)飛機(jī)注定會(huì)走進(jìn)歷史，未來屬于裝備有靈敏偵察設(shè)備和精確武器的無人機(jī)系統(tǒng)， 這一趨勢(shì)就如100年前飛機(jī)、坦克等新技術(shù)裝備掀起的機(jī)械化戰(zhàn)爭革命一樣。
無人機(jī)近百年緩慢發(fā)展，未來10～20年將進(jìn)入黃金增長期
1、無人機(jī)近百年發(fā)展緩慢。
靶機(jī)起步，奠定基礎(chǔ)。世界上第一架無人機(jī)1917年誕生于美國，斯佩里等人在軍方支持下，將一架有人駕駛飛機(jī)改裝成無人機(jī)并進(jìn)行試飛，雖然當(dāng)年 實(shí)驗(yàn)都失敗，但取得的經(jīng)驗(yàn)和資料為16年后第一架無人靶機(jī)的研制成功奠定了基礎(chǔ)；20世紀(jì)20、30年代歐洲一些軍事強(qiáng)國在空軍致勝理論的基礎(chǔ)上，大力發(fā) 展無人駕駛作戰(zhàn)飛機(jī)；1933年英國在吸取斯佩里等人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，成功研制出著名的“蜂后”靶機(jī)，隨即投入批量生產(chǎn)。隨著英國靶機(jī)的投入使用，無人機(jī)作 為靶機(jī)開始被人們認(rèn)識(shí)和發(fā)展；二戰(zhàn)結(jié)束前后陸續(xù)有30多家公司投入無人機(jī)研制，較有名的包括全球生產(chǎn)最多的“火蜂”系列靶機(jī)、“石雞”系列靶機(jī)、CT- 20和CT-22靶機(jī)。
初步參戰(zhàn)，嶄露頭角。二戰(zhàn)后各國開始嘗試在靶機(jī)上安裝一些傳感裝置，使其具有戰(zhàn)場偵測(cè)、目標(biāo)探測(cè)能力，并開始應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)。20世紀(jì)60-70年 代的越南戰(zhàn)爭、70-80年代的中東戰(zhàn)爭時(shí)無人機(jī)開始在戰(zhàn)場上嶄露頭角，也促使無人機(jī)性能和技術(shù)進(jìn)一步拓展。越南戰(zhàn)爭中瑞安公司的“火蜂”-147D表現(xiàn) 出色，先后出動(dòng)3400多架次，獲取情報(bào)占當(dāng)時(shí)總情報(bào)量80%，而墜毀率僅16%。但越戰(zhàn)后美國并沒進(jìn)一步發(fā)展無人機(jī)，無人機(jī)技術(shù)發(fā)展又一次放緩。直到中 東戰(zhàn)爭以色列通過綜合使用偵察、誘餌和電子干擾等多種無人機(jī)與有人作戰(zhàn)機(jī)配合使用，使敘利亞各種防空武器系統(tǒng)遭到毀滅性打擊，在戰(zhàn)爭初期就消滅了敘軍 80%精銳武裝，最取得了戰(zhàn)爭勝利。以色列成功運(yùn)用無人機(jī)的經(jīng)驗(yàn)使得無人機(jī)聲名鵲起，進(jìn)入了迅速崛起階段。
戰(zhàn)場牽引，迅速崛起。20世紀(jì)80年代以來，各國軍方深刻認(rèn)識(shí)到利用無人機(jī)在戰(zhàn)時(shí)執(zhí)行偵察、干擾、欺騙和電子支援等任務(wù)非常有效，不僅可降低人 員損失的風(fēng)險(xiǎn)，且作戰(zhàn)成本比有人駕駛飛機(jī)低很多。20世紀(jì)90年代后，海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗反恐戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭、阿以沖突這些局部戰(zhàn)爭，又給無 人機(jī)提供了進(jìn)一步展示其作戰(zhàn)能力的舞臺(tái)。在面向現(xiàn)代和未來戰(zhàn)場作戰(zhàn)需求的牽引下，無人機(jī)進(jìn)入快速發(fā)展階段，出現(xiàn)了“捕食者”、“獵人”、“先鋒”、“全球 鷹”等著名機(jī)型，各國在無人機(jī)研制和投入方面的支出也越來越大。以美國為例，美國專家認(rèn)為到2025年美軍90%戰(zhàn)機(jī)將是無人機(jī)。
逐漸運(yùn)用到非軍事領(lǐng)域。無人機(jī)相關(guān)技術(shù)不斷成熟，成本也快速下降，民用市場開始發(fā)酵。應(yīng)用領(lǐng)域包括航拍、農(nóng)用植保、地質(zhì)勘探、電力巡檢、油氣管路巡查、高速公路事故管理、森林防火巡查、污染環(huán)境勘察、反恐維穩(wěn)、公安執(zhí)法、應(yīng)急救援與救護(hù)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、海岸線巡查等。
2、無人機(jī)未來10～20年即將進(jìn)入黃金發(fā)展軌道。
隨著無人機(jī)導(dǎo)航飛行控制和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的快速提升，無人機(jī)性能越來越優(yōu)越，對(duì)有人機(jī)的替代動(dòng)力越來越強(qiáng)。軍機(jī)市場預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)蒂爾集團(tuán)在2013年無 人系統(tǒng)國際協(xié)會(huì)（AUVSI）會(huì)議上公布最新全球預(yù)測(cè)：未來10年全球無人機(jī)花費(fèi)將翻番，由2014年52億美元增至2023年116億美元，總規(guī)模達(dá) 840億元，年均復(fù)合增長10.8%。其中，無人航空系統(tǒng)研發(fā)投入將從2014年19億美元增至2023年40億美元，采辦費(fèi)用從33億美元增至76億美 元。
我們認(rèn)為，蒂爾集團(tuán)的預(yù)測(cè)基本忽略了民用無人機(jī)的發(fā)展?jié)摿?，推測(cè)其預(yù)測(cè)以國防開支增速為基礎(chǔ)，再添加替代有人機(jī)進(jìn)行增速調(diào)節(jié)。觀察全球前兩大經(jīng) 濟(jì)體：2004～2013年美國GDP由12.3萬億美元增至16.8萬億美元，CAGR為4.0%，軍費(fèi)開支2013年6258億美元，占GDP比重 4%；中國同期GDP由16.0萬億人民幣增至56.9萬億人民幣，CAGR達(dá)15%，2013年軍費(fèi)開支7411億人民幣，占GDP比重1.3%。中美 兩國GDP總和復(fù)合增速為8.1%，占世界GDP32%（中國12%，美國20%），而蒂爾集團(tuán)預(yù)測(cè)未來10年無人機(jī)增速為10.8%，預(yù)測(cè)增速基本與全 球軍費(fèi)增速相同，低估了民用市場的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
民用無人機(jī)需求廣泛且經(jīng)常性，潛在市場規(guī)模巨大，打破行業(yè)天花板。軍用無人機(jī)投入的增長受到軍費(fèi)支出的制約，而軍費(fèi)支出的增長又由經(jīng)濟(jì)增長和軍 費(fèi)支出比例決定，所以軍用無人機(jī)除對(duì)有人機(jī)替代外，無法出現(xiàn)放量增長空間。而民用無人機(jī)需求領(lǐng)域廣泛（如農(nóng)用植保、森林防火、電力巡檢、石油管道巡檢、防 恐救災(zāi)、地質(zhì)勘探和海洋遙感），且?guī)缀趺總€(gè)領(lǐng)域的需求都是經(jīng)常性，潛在市場空間極大。
據(jù)2013中國無人機(jī)系統(tǒng)峰會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球民用無人機(jī)市場空間達(dá)1000億美元，中國GDP占世界比重12%（占比在不斷上升），簡單地按12%比重測(cè)算，中國民用無人機(jī)潛在市場空間超100億美元，而當(dāng)前我國民用無人機(jī)市場僅幾億人民幣，增長潛力巨大。
全球競爭格局：美、歐、以色列第一梯隊(duì)，中國迎頭趕上
無人機(jī)作為軍機(jī)未來發(fā)展方向，各國都很重視其研發(fā)的投入。但由于技術(shù)基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的不同，全球無人機(jī)發(fā)展情況并不均衡。目前世界無人機(jī)技術(shù)最 為先進(jìn)的是美國、以色列和歐洲，處于第一梯隊(duì)；而中國、俄羅斯等處于第二梯隊(duì)。近10年中國相繼研發(fā)出各款尖端無人機(jī)，目前已擁有美國所有類型的尖端無人 機(jī)，追趕勢(shì)頭強(qiáng)勁。
技術(shù)水平?jīng)Q定市場份額，從全球各國無人機(jī)制造商的市場份額來看，世界無人機(jī)的主要制造商集中在美國，以色列和歐洲。其中美國份額高達(dá)69%，遙遙領(lǐng)先于其他國家；中國無人機(jī)由于性價(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯，占據(jù)約10%份額。
發(fā)動(dòng)機(jī)、飛控和有效載荷鑄造技術(shù)壁壘，各類無人機(jī)對(duì)技術(shù)要求迥異
發(fā)動(dòng)機(jī)、飛控和有效載荷鑄造無人機(jī)技術(shù)壁壘
飛機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域包括民用和軍用，民用飛機(jī)又分為公共飛機(jī)（客機(jī)）和通用飛機(jī)。無人機(jī)作為有人機(jī)的替代，主要有軍用無人機(jī)和通用無人機(jī)（后面稱為“民用無人機(jī)”）。
完整的無人機(jī)系統(tǒng)包括：地面系統(tǒng)、飛機(jī)飛行系統(tǒng)、任務(wù)載荷和使用保障人員。其中有效載荷系統(tǒng)和飛機(jī)飛行系統(tǒng)最為重要。
無人機(jī)系統(tǒng)涉及到的技術(shù)主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、飛行控制技術(shù)、有效載荷技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)。其中，通信和信息處理相關(guān)技術(shù)較成熟，技術(shù)壁壘主要體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)、飛控和有效載荷方面。
軍用、民用、微型無人機(jī)，不同需求決定各異核心技術(shù)壁壘
按照機(jī)翼構(gòu)造，無人機(jī)可分為固定翼、旋翼（直升機(jī)、多旋翼）及撲翼等。1）固定翼型無人機(jī)通過動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)翼滑行實(shí)現(xiàn)起降和飛行，抗風(fēng)能力較 強(qiáng)，起飛方式有滑行、彈射、車載、火箭助推和飛機(jī)投放等，降落方式有滑行和傘降等。2）旋翼無人機(jī)能夠定點(diǎn)起飛、降落，對(duì)起降場地條件要求不高，飛行通過 無線電遙控或機(jī)載計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)程控。而固定翼無人機(jī)存在容易失速、無法空中懸停等問題，所以在民用和軍用領(lǐng)域中對(duì)旋翼無人機(jī)需求非常大，特別是中大型旋翼無 人機(jī)。3）撲翼無人機(jī)模仿鳥或昆蟲翅膀，振動(dòng)翅膀產(chǎn)生升力，一般作為微型飛行器。這是鑒于微型無人機(jī)在15厘米時(shí)螺旋槳還可產(chǎn)生需要的效率，但7.62厘 米以下就需要采用翅膀。而撲翼是一種可行辦法，它可利用不穩(wěn)定氣流的空氣動(dòng)力學(xué)，及利用肌肉一樣的驅(qū)動(dòng)器代替電動(dòng)機(jī)。但目前撲翼無人機(jī)相關(guān)技術(shù)還非常不成 熟，幾乎沒有進(jìn)入實(shí)用市場。
故按照實(shí)用性，把無人機(jī)分為三類：
1)固定翼（fixedwing）無人機(jī)：全球鷹、捕食者無人機(jī)等都是固定翼飛機(jī)。顧名思義就是翅膀形狀固定，靠流過機(jī)翼的風(fēng)提供升力。動(dòng)力系 統(tǒng)包括槳和助推發(fā)動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是三類飛行器里續(xù)航時(shí)間最長、飛行效率最高、載荷最大，缺點(diǎn)是起飛時(shí)必須要助跑，降落時(shí)必須要滑行，不能空中懸停。
2)無人直升機(jī)（helicopter）：特點(diǎn)是靠一個(gè)或者兩個(gè)主旋翼提供升力。如只有一個(gè)主旋翼，還必須要有一個(gè)小尾翼抵消主旋翼產(chǎn)生的自旋 力。為能往前后左右飛，主旋翼有極其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過控制旋翼槳面的變化來調(diào)整升力的方向。動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、整套復(fù)雜的槳調(diào)節(jié)系統(tǒng)、槳。優(yōu)點(diǎn)是可 垂直起降、空中懸停，但續(xù)航時(shí)間較中庸，載荷也較中庸。缺點(diǎn)是極其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)導(dǎo)致制造和后續(xù)維護(hù)費(fèi)用高昂。
3)多旋翼（multi-rotor）無人機(jī)：四個(gè)或更多旋翼的直升機(jī)，也能垂直起降。機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡單，動(dòng)力系統(tǒng)只需電機(jī)直接連槳。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械簡單，能垂直起降、空中懸停，缺點(diǎn)是續(xù)航時(shí)間相對(duì)最短，載荷也最小。
綜合應(yīng)用領(lǐng)域和機(jī)翼特點(diǎn)，我們把無人機(jī)分為軍用無人機(jī)、民用無人機(jī)和微型無人機(jī)：微型無人機(jī)指翼展1米以下、有效載荷5kg以下的無人機(jī)。有些 六旋翼或八旋翼有效載重最大已提升到10kg（翼展也較大），可進(jìn)行農(nóng)業(yè)植?；蜻b感作業(yè)，但我們將這類無人機(jī)劃分為民用無人機(jī)，這是因?yàn)檫@類大載重多旋翼 無人機(jī)價(jià)格和固定翼無人機(jī)或無人直升機(jī)價(jià)格相近，相互替代性較強(qiáng)；相反，載重5kg以下的多旋翼無人機(jī)，不僅可空中懸停、垂直起降，且價(jià)格僅幾萬元甚至最 低時(shí)僅4000元左右，這是固定翼或直升機(jī)無法企及的高性價(jià)比（且如此體積小的固定翼或直升機(jī)制造難度很大）。也即，只有微型無人機(jī)才能占據(jù)這些低載重應(yīng) 用市場，所以劃分出微型無人機(jī)類別十分重要。當(dāng)前微型無人機(jī)主要以多旋翼航拍無人機(jī)為主（撲翼無人機(jī)技術(shù)尚未成熟）。軍用、民用無人機(jī)指的是固定翼無人 機(jī)、無人直升機(jī)或載荷在5kg以上的多旋翼無人機(jī)。
飛控技術(shù)要求高低排序：多旋翼>直升機(jī)>固定翼（微型>軍用>民用）
固定翼是自穩(wěn)定系統(tǒng)，即飛上天、助推發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作后，不需怎么控制就能自身抵抗氣流的干擾保持穩(wěn)定；飛行器姿態(tài)控制角度看，固定翼是完整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，任何姿態(tài)下可調(diào)整到任意姿態(tài)且保持住。
直升機(jī)是不穩(wěn)定系統(tǒng)，飛上天后如不施加控制，氣流吹過就可能發(fā)生側(cè)翻。但直升機(jī)也是完整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可自由調(diào)整姿態(tài)，主要鑒于直升機(jī)的槳面不但可 產(chǎn)生相對(duì)機(jī)身向上的推力，也可產(chǎn)生向下的推力。且直升機(jī)沒有失速問題，何時(shí)都能調(diào)整姿態(tài)，可在天上自由運(yùn)動(dòng)。所以直升機(jī)雖不穩(wěn)定、很難控制好，但姿態(tài)翻時(shí) 完全可控制回到正常姿態(tài)。
多旋翼是不穩(wěn)定系統(tǒng)，也不是完整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）。它的槳只能產(chǎn)生相對(duì)機(jī)身向上的升力，不能產(chǎn)生相對(duì)向下的推力，所以它不穩(wěn)定、很難控制好，飛行器側(cè)翻后基本沒辦法控制回來，容易墜機(jī)。
自穩(wěn)定和驅(qū)動(dòng)差異決定飛行控制難度。固定翼和直升機(jī)控制難度相對(duì)不高，其自動(dòng)控制器相對(duì)容易研制，而多旋翼不穩(wěn)定且欠驅(qū)動(dòng)，其自動(dòng)控制器性能要 求極高。飛行器自動(dòng)控制器通常需要慣性導(dǎo)航系統(tǒng)獲取自身的姿態(tài)，但20世紀(jì)90年代前，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一般重達(dá)十幾公斤。為把這么重放到多旋翼飛行器上，飛 行器載荷必須很大，可不管是用油機(jī)還是電機(jī)做多旋翼飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)，都很難得到足夠載荷，這使得多旋翼無人機(jī)很長一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展緩慢。直到2005年， 僅幾克重的MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)才開始成熟，微型多旋翼無人機(jī)才開始進(jìn)入快速發(fā)展期，也開始廣泛應(yīng)用于航拍。但由于還是較前沿的技術(shù)， 飛行控制技術(shù)成為了微型無人機(jī)（多旋翼機(jī)）競爭的焦點(diǎn)，軍用無人機(jī)由于對(duì)飛行器機(jī)動(dòng)性要求高，飛控系統(tǒng)要求相對(duì)復(fù)雜，而民用無人機(jī)則不需要很高端的飛控系 統(tǒng)。
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