（原標(biāo)題：樊邦奎院士： 六大方向，知悉無人機的未來）
如果有人問：你認(rèn)為無人機該是什么樣？你的腦子里會想到了什么畫面呢。搭載導(dǎo)彈的軍用機？迷你航拍的消費機？噴灑農(nóng)藥的服務(wù)機......或許，你想到了更多更多。我們不得不承認(rèn)，無人機的誕生正在改變?nèi)祟惿鐣?，這種改變將會越來越明顯。我們迫切的想要知道，未來的無人機將會具有怎樣的廣度與寬度。那么現(xiàn)在，我們就來揭曉這個答案。
無人機的本質(zhì)是什么？
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，無人機技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。從遙控飛行器（RPV）到無人駕駛飛機（UAV），再到無人宇宙空間監(jiān)視（UAS），無人機技術(shù)已然邁向了一個新的高度。美國白宮軍事顧問、機器人專家辛格曾經(jīng)說過，機器人的本質(zhì)就是機器。中國工程院院士、自動化和人工智能專家李德毅也說過，未來汽車的三個功能將是感知、認(rèn)知和行動。無人機即是機器，也要具備汽車的三個要素，因此無人機也叫做空中機器人。
空中飛行器具有怎樣的發(fā)展規(guī)律呢？過去，有人機一統(tǒng)天下，下一步，無人機將會對有人機做出重要補充。未來一段時間，無人機和有人機相互依存，協(xié)同發(fā)展，最后我們期待著無人機一統(tǒng)天下。
在近幾年的局部戰(zhàn)爭中，無人機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的熱潮。那么，目前的無人機都在往哪個方面發(fā)展呢？在這里，從六個方面來一覽無人機的發(fā)展趨勢。
無人機的六大發(fā)展方向
（一）以戰(zhàn)場偵查和查打結(jié)合為主要目的，大力發(fā)展查打和偵查結(jié)合的無人機。在美國無人機的發(fā)展路線圖中，無人機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，無人機肩負(fù)著國家哨兵的重任。世界上裝備的無人機中大約80%都是偵察機，具體工作包括圖像偵查（可見光、紅外、光譜、雷達(dá)、激光）、信號偵查、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已經(jīng)開始應(yīng)用這種模式。
（二）以火力打擊和空中對抗為主要需求，大力發(fā)展無人作戰(zhàn)飛機。例如，像人們比較熟悉的X47B，它是在美國福特級航母上配套使用的無人作戰(zhàn)飛機，還有由法國牽頭，六國共同參與研制的“神經(jīng)元”無人作戰(zhàn)飛機。另外，還有英國“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)展微小型無人機系統(tǒng)。微型和小型無人機都有嚴(yán)格的定義，比如美國規(guī)定，微型無人機是指外形尺寸介于鷹和大型蝗蟲之間的無人機，小型無人機是指起飛總重量大于2.3KG，小于25KG的無人機。
近年來，隨著新型技術(shù)的出現(xiàn)，微小無人機出現(xiàn)了異軍突起的現(xiàn)象。現(xiàn)在，人們可以看到各類小型機，例如像蚊子和蝴蝶這樣的昆蟲仿生無人機。為什么要研制這樣的無人機呢？這樣的無人機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“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，美國海軍就已經(jīng)開始測試低成本無人機蜂群作戰(zhàn)技術(shù)（LOCUST）。該項目采用廉價的“郊狼”型無人機重量在6KG左右，時速到到145公里，由無人機大炮接連發(fā)射升空。
“郊狼”型無人機
目前，已經(jīng)測試9架無人機自主編隊飛行，計劃2016年夏季進行30架規(guī)模的蜂群作戰(zhàn)測試。
（四）以新型動力技術(shù)為主要突破，大力發(fā)展超高速無人機和超長航時系統(tǒng)。超高速無人機一般是指巡航速度大于5馬赫的無人機（1馬赫大約是1200公里/小時），這種無人機需要通過火箭發(fā)動機、航空發(fā)動機和超燃沖壓發(fā)動機組合實現(xiàn)超高速飛行。超長航時無人機一般是指續(xù)航時間在48小時以上的無人機。這個層次的無人機和人們通常所說的消費級無人機在超長航時上的概念是完全不一樣的，它的動力能源問題將通過太陽能、燃料電池、氫發(fā)動機和核動力來解決長航時的問題。
例如，在氫發(fā)動機無人機系統(tǒng)方面，美國波音公司研制的創(chuàng)造性的液氫動力無人機——“鬼眼”，它采用兩臺2.3升4缸發(fā)動機，每臺發(fā)動機可以產(chǎn)生150匹馬力?？稍?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。這款無人機已于2012年6月實現(xiàn)首飛，繼續(xù)在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地測試。
“鬼眼”無人機
在核動力長航時無人機系統(tǒng)方面，美國科學(xué)家已經(jīng)完成了新一代核動力無人機的理論和可行性研究。核動力新技術(shù)不僅能讓無人機連續(xù)飛行時間從“天”增加到“月”，還能給無人機武器、控制等系統(tǒng)增加動力。因其超長的續(xù)航時間，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，未來必將給無人機動力技術(shù)帶來革命性的變化。
在激光和微波輸能長航時無人機系統(tǒng)方面，美國洛克希德?馬丁公司與美國激光動力公司于2012年就在一款小型無人機上成功測試了一種新型激光輸能系統(tǒng)，無人機續(xù)航時間達(dá)到了48小時，而原來只具備2小時的續(xù)航時間。
攜帶激光炮的無人機
除此之外，還有一種無人機是采用火箭助推、無動力滑翔的方式飛行。這種無人機是什么概念呢？也就是說，通過火箭把無人機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，實現(xiàn)乘波飛行。這個方式類似于玩“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)機一旦投入使用，將改變戰(zhàn)爭形態(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，將會形成新的戰(zhàn)略威脅。
（五）以信息技術(shù)為核心，大力推進無人機系統(tǒng)的智能化。無人機系統(tǒng)是典型的信息化裝備，美國在《2013-2038年無人系統(tǒng)綜合路線圖》中提出了無人系統(tǒng)面臨的九項瓶頸技術(shù)，其中互操作性、自主性、通信、安全、傳感器、計算機等六項都與信息技術(shù)密切相關(guān)。
二十年來，無人機之所以發(fā)展的如此迅速，其中，信息技術(shù)的發(fā)展起到了關(guān)鍵性地推動作用。除了無人機，傳統(tǒng)的信息技術(shù)解決遙控遙測、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)了三個特點：
第一，無人機發(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技術(shù)的變革。
①在大數(shù)據(jù)技術(shù)方面，無人機作為空中移動的傳感器節(jié)點，能夠在大地測繪、國土資源調(diào)查、氣象探測、交通監(jiān)管、工林業(yè)生產(chǎn)、物流運輸、個人消費等領(lǐng)域產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。還包括無人機飛行參數(shù)信息，部分?jǐn)?shù)據(jù)具有至關(guān)經(jīng)濟效益，而大部分?jǐn)?shù)據(jù)需依托大數(shù)據(jù)技術(shù)進行綜合開發(fā)利用。
②在云計算方面，將來很多的無人機要得到解放，機上的計算、機上的存儲、機上的智能能力，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)是一個比移動互聯(lián)網(wǎng)更加復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，倡導(dǎo)萬物互聯(lián)，無人機融入物聯(lián)網(wǎng)后將更好的發(fā)揮機動、靈動、傳感器數(shù)據(jù)多樣等優(yōu)點，實現(xiàn)人機交互、互操作、互理解。
第二，信息基礎(chǔ)設(shè)施將成為無人機組網(wǎng)測控和飛行管理的重要依托。現(xiàn)在，要想將無人機產(chǎn)業(yè)化，航空管理是一個重大問題。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)在的方式來進行航管。移動通信基礎(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開放使用，需要基本達(dá)到三個能力：可規(guī)避、可探測和可控制。廣播電視發(fā)射的信號非常多，只要能夠探測就可以把無人機進行組網(wǎng)。因此，信息基礎(chǔ)設(shè)施將會成為無人機組網(wǎng)測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，結(jié)構(gòu)專用的軟硬件，最終覆蓋全國無人機組網(wǎng)測控和飛行管理系統(tǒng)。
第三，人工智能技術(shù)是提升無人機應(yīng)用能力的顛覆技術(shù)之首。毫無疑問，人工智能技術(shù)對無人機的發(fā)展有著核心的引用導(dǎo)向。從人工智能的角度來看，無人機將從三個方面發(fā)展：單機智能飛行、多機智能協(xié)同、任務(wù)自主智能。
單機智能飛行涉及到環(huán)境感知與規(guī)避，包含了探測、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，這個過程還是在不斷變化的。
多機協(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)勢生成與評估。多機協(xié)同路徑規(guī)劃和單機路徑規(guī)劃是不一樣的，無人機相互之間需要協(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機器自然語境的理解，將來的無人機將和其它的系統(tǒng)協(xié)同工作，因此要實現(xiàn)機器理解的機器語言。
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，就是可以實現(xiàn)自主駕駛。例如，目前的無人機在執(zhí)行查打結(jié)合任務(wù)的時候，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)，能不能進行打擊，而我們對未來無人機的要求是它能夠自己進行判斷并進行打擊，這也是無人機應(yīng)用的最高境界。
（六）以低空空域為依托，面向民用領(lǐng)域，大力發(fā)展民用無人機。現(xiàn)在，針對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，各個國家都出臺了相關(guān)的政策和規(guī)定。目前，民用無人機的研究出現(xiàn)了一個新的特點，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領(lǐng)域，開展相關(guān)業(yè)務(wù)。因為這些企業(yè)在信息技術(shù)領(lǐng)域具有一定的技術(shù)積累，所以說它們在進入無人機領(lǐng)域的過程具有優(yōu)勢，這也驗證了，信息技術(shù)是推動無人機發(fā)展的主要動力。
在民用無人機的應(yīng)用上，遙感探測類的數(shù)字地球感知是最重要的研究項目，接著是在國土調(diào)查、氣象探測和交通監(jiān)管和安全（搜捕、營救、反恐除爆）等領(lǐng)域，然后是在工農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，最后是在物流運輸領(lǐng)域。其中，無人機在工農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域是的應(yīng)用非常巨大。美國研究無人機市場的時候提出，農(nóng)業(yè)絕對會成為無人機的主導(dǎo)市場。除了無人機在主流市場的應(yīng)用外，未來，娛樂也會成為無人機的消費領(lǐng)域。
所以，我們能夠看到無人機的應(yīng)用之深、應(yīng)用之廣以及對未來無人機市場繁榮的期盼。總有一天，無人機將會和手機一樣成為人們生活的標(biāo)配。家家都有機器人，人人都有無人機的時代即將到來，你和我們準(zhǔn)備好了嗎？
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