無人機(jī)導(dǎo)航“變形記”

1903年，萊特兄弟將人類遨游天空的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)，航空器的定位與導(dǎo)航技術(shù)也隨之產(chǎn)生。從最開始依賴飛行員目視的“地標(biāo)領(lǐng)航”，到第一次世界大戰(zhàn)催生出的無線電導(dǎo)航，再到20 世紀(jì)60 年代擺脫地面設(shè)備依賴的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)，導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為以更先進(jìn)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為主、配合全球衛(wèi)星導(dǎo)航等其他導(dǎo)航方式的組合導(dǎo)航技術(shù)，且仍不斷朝著精密化、小型化、低成本和高抗干擾性等方向發(fā)展。

伴隨著無人機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用，無人機(jī)這種不需要飛行員親涉險(xiǎn)境就能圓滿完成任務(wù)的低成本飛行器受到了各個(gè)國家的廣泛關(guān)注和大力發(fā)展。為了適應(yīng)無人機(jī)應(yīng)用的特點(diǎn)和需求，導(dǎo)航技術(shù)也得到優(yōu)化。今天我們就來看看無人機(jī)和導(dǎo)航技術(shù)經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展。

關(guān)于第一架無人機(jī)的誕生存在多種說法，從導(dǎo)航系統(tǒng)這個(gè)角度來看，1917年安裝有世界第一臺(tái)自動(dòng)陀螺穩(wěn)定器和無線電遙控裝置的美國海軍寇蒂斯N-9 型教練機(jī)是世界上第一架無人駕駛航空器。

1903年12月，萊特兄弟駕駛“飛行者1號(hào)”成功試飛后，美國發(fā)明家斯佩里便對(duì)無人駕駛航空器產(chǎn)生了濃烈的興趣。而在當(dāng)時(shí)世人熱衷研制永動(dòng)機(jī)的浪潮中，斯佩里和他的父親意外發(fā)明了基于陀螺儀的精確羅盤與穩(wěn)定器。后來經(jīng)過對(duì)陀螺穩(wěn)定器的多次改進(jìn)，他們發(fā)現(xiàn)把它安裝在飛機(jī)上能夠自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)，保持飛行穩(wěn)定。1917年，在美國海軍的支持下，斯佩里將從海軍艦艇改裝來的自動(dòng)陀螺儀安裝在了寇蒂斯N-9水上飛機(jī)上，并最終通過多次飛行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了無人駕駛。

一直到1935年之前，所有無人機(jī)都無法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)降落，是有去無回的一次性產(chǎn)品，高消耗和低性能制約了那一階段無人機(jī)的發(fā)展。隨著航空地平儀、方位陀螺儀和轉(zhuǎn)彎角速度儀等航空技術(shù)的發(fā)展，1935年，在德哈維蘭虎蛾機(jī)基礎(chǔ)上改制而成的“蜂王”無人機(jī)問世。它是航空史上第一架可回收無人機(jī)，在各大戰(zhàn)場(chǎng)執(zhí)行廣泛的戰(zhàn)場(chǎng)偵察任務(wù)，奠定了無人機(jī)高效應(yīng)用的基礎(chǔ)。

第二次世界大戰(zhàn)期間，由于德國在對(duì)英國的空襲任務(wù)中頻頻失利，希特勒大力支持V-1無人飛行炸彈項(xiàng)目， 并在1944年成功將其應(yīng)用于對(duì)英國首都倫敦的空襲中。V-1無人飛行炸彈搭載了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，采用陀螺儀確定方向和角速度，用加速度計(jì)測(cè)試加速度，然后依靠計(jì)算飛行的速度、高度和距離來實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)，雖然命中精度不高，但它既是當(dāng)代巡航導(dǎo)彈的先驅(qū)，也是后續(xù)幾十年無人飛行炸彈構(gòu)造的理論基礎(chǔ)。

在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍為收集越軍的情報(bào)，尤其是截獲無線電信號(hào)，大量使用了瑞安火蜂號(hào)無人機(jī)。此時(shí)的無人機(jī)已經(jīng)開始搭載多普勒雷達(dá)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確控制飛行和規(guī)劃任務(wù)航線。越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間，靠無人機(jī)偵察獲得的情報(bào)數(shù)量占偵察情報(bào)總量的80%。在美軍囂張地利用無人機(jī)對(duì)我國進(jìn)行抵近偵察的同時(shí)，我們也根據(jù)擊落的瑞安火蜂號(hào)無人機(jī)研制出我國的“無偵5”型無人機(jī)，為后來我國無人機(jī)事業(yè)的發(fā)展積累了經(jīng)驗(yàn)。

無人機(jī)真正奏響作戰(zhàn)成名曲是在1982年的貝卡谷地空戰(zhàn)中。為應(yīng)對(duì)敘利亞的薩姆導(dǎo)彈陣地，以色列大舉出動(dòng)“參孫”和“妖婦”無人機(jī)誘導(dǎo)薩姆防空雷達(dá)開機(jī)，然后使用戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射反輻射導(dǎo)彈進(jìn)行精確打擊；同時(shí)，“巡邏兵”和“獒犬三號(hào)”無人機(jī)將戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)況傳回指揮中心，引導(dǎo)火炮攻擊敘利亞的防空導(dǎo)彈陣地。以色列短短6分鐘的攻擊就徹底摧毀了敘利亞和蘇聯(lián)苦心經(jīng)營(yíng)10年、耗資20億美元的19個(gè)薩姆導(dǎo)彈陣地。雖然貝卡谷地空戰(zhàn)中無人機(jī)的定位方式仍然是無線電遙控與指令制導(dǎo)，但是無人機(jī)的軍事價(jià)值徹底震驚了世界，使得無人機(jī)工業(yè)從此進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。

1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美、英、法、加拿大和以色列等國的無人機(jī)紛紛在戰(zhàn)場(chǎng)中亮相。200多架無人機(jī)投入使用，為多國部隊(duì)實(shí)時(shí)了解戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)及評(píng)估空襲效果提供了重要依據(jù)，對(duì)干擾、壓制伊拉克防空體系和通信系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。

1999年的科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，以美國為首的北約各國軍隊(duì)使用“ 捕食者”“獵人”“先鋒”“紅”“CL-289”“不死鳥”“米拉奇-26”等無人機(jī)300多架，用于中低空偵察和長(zhǎng)時(shí)間戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、電子對(duì)抗、戰(zhàn)況評(píng)估、目標(biāo)定位、收集氣象資料、營(yíng)救飛行員和散發(fā)傳單等，無人機(jī)已經(jīng)全面參與戰(zhàn)爭(zhēng)各個(gè)環(huán)節(jié)，使任務(wù)范圍充分拓展。其中“捕食者”無人機(jī)作為1994年投入使用的長(zhǎng)航時(shí)偵察無人機(jī)，首次搭載了GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自主飛行和精準(zhǔn)定位。

2001年，一架美軍“捕食者”無人機(jī)的夜視攝像頭從4000米高空捕獲目標(biāo)圖像，立即通過衛(wèi)星傳送到美國佛羅里達(dá)州的美軍指揮中心。經(jīng)分析，指揮官認(rèn)為那里必有非同尋常的重要目標(biāo)，便立即調(diào)動(dòng)空中巡航的3 架F-15戰(zhàn)斗機(jī)和“捕食者”無人機(jī)實(shí)施攻擊。后來查明，這次攻擊成功擊斃塔利班首領(lǐng)本·拉登的副手拉提夫及其所率的指揮人員，成功開創(chuàng)了無人機(jī)進(jìn)行“斬首行動(dòng)”的先河。到2019年，美軍無人機(jī)已經(jīng)進(jìn)行超過一萬次獵殺行動(dòng)。

2020年1月3日凌晨，美軍MQ-9無人機(jī)發(fā)射3枚地獄火導(dǎo)彈，成功獵殺伊朗“圣城旅”指揮官卡西姆·蘇萊曼尼少將，用時(shí)僅一個(gè)小時(shí)。而它之所以能夠成為“斬首利器”，得益于先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)，例如其首次搭載的GPS、伽利略雙定位系統(tǒng)天線及電子光學(xué)和紅外線與水平高光譜傳感器，可通過地形匹配或目標(biāo)特征識(shí)別輔助定位。

目前，無論是俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)，還是巴以沖突中，各型無人機(jī)頻頻亮相，無人機(jī)戰(zhàn)法的不斷改進(jìn)和更新，改變了軍事戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)，對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)起到了關(guān)鍵影響和決定性作用。當(dāng)今，我國的無人機(jī)發(fā)展正處于高峰期，無論是出口的“翼龍”“彩虹”系列無人機(jī)，還是國內(nèi)現(xiàn)役的“無偵”“攻擊”等系列無人機(jī)，抑或備受國內(nèi)外用戶喜愛的民用大疆無人機(jī)，都反映出我國在無人機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的先進(jìn)水平。未來的無人機(jī)將朝小型化、智能化、集群化等多個(gè)方向發(fā)展。而無論發(fā)展方向如何，精確、穩(wěn)定的導(dǎo)航技術(shù)都是無人機(jī)的組成要素。為適應(yīng)無人機(jī)發(fā)展的需求，導(dǎo)航技術(shù)也將不斷進(jìn)行技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)革命。