無人機(jī)：“不怕摔”和“不心疼”的空中勇士

一段時(shí)間以來，“無人機(jī)”成了熱點(diǎn)話題，在國外的各種軍事沖突中，它的角色越來越重要。預(yù)算充足的國家，大、中、小型無人機(jī)輪番上陣；預(yù)算不太充足的，則把用來拍照娛樂的家用多旋翼無人機(jī)都派上了戰(zhàn)場。

什么是無人機(jī)？

“無人機(jī)”，是無人駕駛飛機(jī)的簡稱，英文是Unmanned Aircraft Vehicle，縮寫為“UAV”，聽起來像“呦哎喂”，是不是很好記？

從戰(zhàn)爭走向天空的那一刻起，各種飛行器就面臨著一個(gè)共同問題：生存性。于是，飛機(jī)飛得越來越快，越來越高；可探測性越來越小；掛的各種電子戰(zhàn)設(shè)備越來越高端……同時(shí)，價(jià)格也越來越貴。無人機(jī)的出現(xiàn)，提供了解決問題的另一個(gè)思路：零傷亡，不怕摔；摔得起，不心疼。

首先我們來說說“零傷亡、不怕摔”。這很好理解，即無人駕駛嘛。

有人駕駛的飛行器，人在座艙里操縱它執(zhí)行起飛、降落、保持姿態(tài)、機(jī)動(dòng)等動(dòng)作去完成飛行任務(wù)，無人機(jī)是如何做到這一點(diǎn)的呢？

無人駕駛的秘密：如何在天空中自由翱翔

無人機(jī)操控方式：人在回路

無人機(jī)的操控方式分為兩種，一種是人在地面通過無線信號遠(yuǎn)程操作，專業(yè)的說法是“人在回路”，這個(gè)回路是自動(dòng)控制原理中的術(shù)語，意思是“給命令—執(zhí)行命令—檢查執(zhí)行情況—糾正偏差”形成一個(gè)閉合的回路，使命令得到準(zhǔn)確執(zhí)行而不會(huì)越偏越遠(yuǎn)。

人在回路的方式，相當(dāng)于把駕駛艙挪到了地面，簡單來說就像遙控航模飛機(jī)，再形象一點(diǎn)就是——放風(fēng)箏。

風(fēng)和日麗的假日，人們會(huì)在草坪上放飛風(fēng)箏，長長的線牽著它在空中飄曳，花式風(fēng)箏高手會(huì)嫻熟地展示多線操縱的技巧，讓風(fēng)箏飛出各種眼花繚亂的特技。

無人機(jī)也像風(fēng)箏一樣，只不過它的“線”是看不見的無線電波。這個(gè)和光速一樣快的電磁信號承載著操縱者與無人機(jī)間的對話，讓它像“意念”控制的“精靈”一樣，執(zhí)行各種難以完成的任務(wù)。

無線電技術(shù)伴隨了無人機(jī)的整個(gè)發(fā)展歷程。最初的無線電遙控信號限于電子技術(shù)水平，承載的信息量少而且容易被干擾，早期的無人機(jī)失控率特別高，大多作為靶機(jī)應(yīng)用。

隨著無線電技術(shù)的快速發(fā)展，無線電波承載的信號量越來越大，我們開始用“數(shù)據(jù)鏈”這一概念來形容無線通信和控制，無人機(jī)飛得越來越遠(yuǎn)，甚至可以通過衛(wèi)星中繼，跨越地球表面的曲率限制，飛到世界任何一個(gè)角落。美國的戰(zhàn)略無人偵察機(jī)RQ-4，極限飛行距離達(dá)到約25000千米，它的“全球鷹”綽號最能體現(xiàn)這一特點(diǎn)。

自主程序控制：計(jì)算機(jī)當(dāng)飛行員

無人機(jī)的另一種操控方式，就是完全自主的程序控制，“飛行員”換成了專用的計(jì)算機(jī)——自動(dòng)駕駛儀，根據(jù)任務(wù)設(shè)定自動(dòng)執(zhí)飛。除此之外還有混合模式，在需要人進(jìn)行決策的情況，地面操作人員可以隨時(shí)介入“回路”。

不倒翁與陀螺儀：保持平衡的藝術(shù)

無論哪種操控方式，都離不開無人機(jī)里的“不倒翁”——基于陀螺儀的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。無論你怎么推不倒翁，待你松手，它總能晃晃悠悠地?cái)[回原來的姿態(tài)。這是一個(gè)最簡單的穩(wěn)定系統(tǒng)，對擾動(dòng)有恢復(fù)能力。你要試著把不倒翁倒立一下，那它就是反面案例了——它一定會(huì)倒。

陀螺儀的原理就像我們小時(shí)候玩的陀螺一樣，你只要讓它一直轉(zhuǎn)，它就不會(huì)倒。它維持原有角度狀態(tài)的趨勢（就是慣性）被用于姿態(tài)檢測，通過各種手段測量陀螺角度變化即可得知飛機(jī)的姿態(tài)改變情況，作為上文提到的控制回路中“檢查執(zhí)行情況”的關(guān)鍵部分，感知姿態(tài)偏差后，它通過合適的算法（專業(yè)術(shù)語叫“控制率”）通知執(zhí)行機(jī)構(gòu)糾正偏差，即可保持穩(wěn)定的飛行姿態(tài)。

一臺最基本的自動(dòng)駕駛儀，需要3個(gè)陀螺儀測量飛機(jī)的俯仰、滾轉(zhuǎn)、航向角速度，3個(gè)加速度計(jì)測量高度、速度、偏航數(shù)據(jù)，有了這6個(gè)自由度的閉環(huán)控制，飛機(jī)就可以基本準(zhǔn)確地按照設(shè)定的飛行線路來執(zhí)行任務(wù)了。

經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的天空戰(zhàn)士：以彩虹無人機(jī)為例

說完“零傷亡、不怕摔”，再來說說“摔得起、不心疼”。

以國產(chǎn)的“彩虹”無人機(jī)為例，一整套的彩虹-4無人機(jī)系統(tǒng)，包括一套地面控制站設(shè)備，3至4架無人機(jī)和相關(guān)設(shè)備、武器。這樣一套系統(tǒng)的價(jià)格大約只相當(dāng)于一架F-16戰(zhàn)斗機(jī)的五分之一，那些相對貧窮、一分軍費(fèi)掰成兩半花的中小國家也完全買得起、用得起。

彩虹無人機(jī)使用的技術(shù)和設(shè)備成熟簡單，一架彩虹無人機(jī)可以在一個(gè)月內(nèi)飛行500小時(shí)，每次執(zhí)行完任務(wù)返航后，只需經(jīng)過半小時(shí)的加油和檢查又可再次出動(dòng)。該機(jī)的機(jī)體壽命達(dá)數(shù)千飛行小時(shí)，這樣買一架飛機(jī)的錢平均下來是不是很便宜？

未來的大規(guī)模高技術(shù)、高強(qiáng)度戰(zhàn)爭中，無人機(jī)一定是消耗品。只有擁有足夠的數(shù)量，敢打敢摔，才能在戰(zhàn)場上有所作為；如果無人機(jī)過于昂貴，被主人當(dāng)成寶貝舍不得用，舍不得摔，這仗必然打不好。

關(guān)于無人機(jī)與現(xiàn)代戰(zhàn)爭還有很多有趣的知識，我們下月接著聊。