1、1982 年6 月9 日在黎巴嫩贝卡谷地爆发了一场大规模空战。以色列空军精心准备,通过短短6 分钟的攻击就彻底摧毁了叙利亚和苏联苦心经营10 年耗资20 亿美元的19 个萨姆导弹阵地。以色列先派出美制“火蜂”无人机飞往叙利亚导弹阵地上空,用装有导弹诱饵照相机的喷气机作假目标诱骗叙军雷达开机,轻易地获得了叙军阵地雷达的工作频率和信号特征。在1991 年的海湾战争中,以美国为首的多国部队使用了“先锋”、 BQM-74 和TALD 等多种无人机,这些无人机出动 500 多次执行了情报侦察、战场监视、目标指示、战损评估等任务,取得了不俗的战绩。部署在美国海军战舰上的“先锋”无人机承担近海岸监视与侦察任
2、务,整个战争期间共出动151 架次,飞行520 小时,为战区和各部队指挥官收集和提供了大量的信息。在1995 年的美军空袭波黑塞族前曾派出80 架次“捕食者”无人机,对战场进行了实地侦察。空袭时,该型无人机向战斗机提供准确的目标信息,致使塞军70防空设施和作战指挥系统被摧毁,40的弹药库被炸毁。在1999 年的科索沃战争中,北约再次使用了大量无人机,美国的12 架“掠夺者”无人机在战区实施了不间断的侦察与监视,为北约提供了大量的实时情报信息。美国中空战术无人机“捕食者(Predator)”在对阿富汗的军事行动中,曾在12 架该机上发射了115 枚“海尔法”式反装甲导弹,并为有人飞机投掷激光制导
3、炸弹指示攻击目标525 次,首开了无人机用于攻击作战之先河。民用领域:用途广泛,前景广阔无人机不仅在军事方面的应用取得了优秀的成绩,同时在民营领域的应用也非常广阔,主要包括大地测量、气象观测、航拍、城市环境检测、地球资源勘探和森林防火等方面。以美国为例,2007 年森林大火发生时,美国宇航局使用“伊哈纳”(Ikhana)的无人机来评估大火的严重程度以及灾害的损失估算工作。2012 年美国宇航局派全球鹰无人机对飓风纳丁进行长时间检测,利用高空长时间的无人机检测来收集数据。我国也在各领域发挥了民用无人机的用途。例如在重大赛事上,无人机既能近距离捕捉运动员的细节表现,也能不妨碍运动员的发挥;在最近很
4、火爆的生活类综艺节目“爸爸去哪儿”中,无人机一路跟拍星爸和萌娃在节目中的活动和生活;再如我们用无人机来消除雾霾影响等。2015年2024 年间,全球无人机市场价值超910 亿美元截至目前,全球已经有包括美国、以色列、加拿大、德国、英国、法国、俄罗斯等在内的32 个国家研发出50 多种无人机,300 余种基本型号,超过50 个国家装备无人机。无人机总数量已达到几万架规模。人们越来越认识到无人机的巨大作用与潜力。近年来,无人机的研制投入和采购需求都呈现爆发式的增长。预计在2015 年2024 年,10 年间全球无人机系统市场价值合计将超过910 亿美元。其中,军用无人机将达到810 亿美元,民用无
5、人机将达到100 亿美元。二、无人机优势显著无人机不需要飞行员在机舱内进行驾驶,飞行全过程在电子设备的控制下自动完成。因此,无人机设计无需考虑生命保障和座舱系统,从而可以放宽飞行限制及要求,根据飞行任务需求,最大限度地追求气动效率和控制效率,同时提高载荷量。其次,无人机可执行危险性(战损)大、高危(核辐射、生物污染)环境下的任务,以及山区恶劣环境条件下的任务等,用途广泛。无人侦察机与侦察卫星相比具有分辨率高、预警时间短、制造成本低、侦察能力强等优势。而无人机相对于有人驾驶飞机,具有以下优点:隐蔽性好, 生存力强。无人机相比有人驾驶飞机,无论是体积、重量还是反射面积都比后者要小得多,再加上它独特
6、精巧的设计以及机体表面涂敷的隐身材料,使其被探测几率极低。同时,无人机不受人为因素(如过载因素)的制约,因而可以最大限度地飞到适合其特点的速度、高度、航程等,也可以通过超加速升降、倒飞、急转弯飞行等方式,来增加隐蔽性和提高生存能力。造价低廉, 不惧伤亡。通常,无人机的造价只是有人驾驶飞机的10%甚至百分之几。无人机飞行控制目前主要采取两种形式:第一种是采用预先编制的控制程序来自动控制飞行;第二种是由设置在地面、空中或舰船上的遥控指挥站指挥。实际上,无人机最大好处就是不存在人员伤亡或被俘的危险, 这也是极力推崇零伤亡的美英等国格外关注和重视的原因。起降简单, 操作灵活。无人机的起飞方式虽然多种多
7、样,但主要有以下几种:短距起飞、垂直起飞或由其它飞行器携挂抛射,其中短距起飞包括短距滑跑起飞、滑轨式滑动起飞、助飞火箭推动起飞等方式;垂直起飞则包括固定翼垂直起飞、旋翼式垂直起飞等;使用其它飞行器携挂无人机在空中抛射也是一种常见方式。三、军用无人机:美国领跑,中国加大研发力度从20 世纪80 年代后期起,尤其是海湾战争以后,许多国家都把无人机置于优先发展的地位,竞相研制和装备无人机系统。特别是近几年来,参与研制和装备无人机的国家呈现大幅度增长的趋势。全世界装备无人机的国家和地区已由30 多个增加到50 多个。由于经济实力与技术水平的限制,大多数国家装备的无人机大多用于监视和侦察。而美国在其雄厚
8、的经济实力和先进技术的支持下,已成功地研制出了用于战略侦察的长航时无人机,以及目前正在研制的无人战斗机(Unmanned Combat Aerial Vehicles,UCAV)、微型无人机和太阳能无人机等先进无人机。在装备数量和技术水平上,美国在世界无人机领域遥遥领先;以色列在技术水平上位居世界第二,产品经历多次技术考验,市场声誉和信任度良好;西欧国家正在加快制定无人机发展计划并处于领先地位;俄罗斯无人机技术基础雄厚,但现阶段发展不足,正着手研发;中国、日本、印度、南非等国都在竞相研制无人机。此外,埃及、土耳其、泰国、马来西亚和新加坡、澳大利亚等国也已经或即将从美国或以色列购买无人机。当今世
9、界再次掀起了研制和装备无人机的新高潮。美国:无人机体系完备,在技术上领跑世界美国是当今世界上无人机技术最发达的国家,其无人机体系完备,技术上遥遥领先,是世界上研制成无人机数量最多的国家,也是使用无人机经验最丰富的国家。美国制定了无人机长期战略研究计划为制定无人机开发和采办的长期战略,同时,对工业界无人机技术开发进行指导,美国国防部制定了无人机系统路线图,该路线图用于集中反映和描述美军对无人机的最新认识、无人机系统开发的最新进展、美军对无人机系统的需求以及美军无人飞行器系统的未来发展规划。迄今为止,美国国防部分别于2000 年、2002年、2005 年、2007 年、2009 年、2011 年和
10、2013 年共发布了7 个版本的无人机路线图。路线图中完整地描述了无人机的定义、无人机适于执行何种任务分析、现有无人机系统的性能与背景情况介绍、无人机的作战需求分析、无人机的技术发展趋势和作战能力演进的预测等方面的内容。它为技术专家、采办官员以及作战方案制定人员提供了详尽的资料,为国防部未来5 年内开发和部署更加尖端的无人机系统的规划制定打下了坚实的基础。在全球反恐战争和国内无人机技术开发过程中,美国积累了大量有关无人机的技术、工程、系统和使用经验,根据这些环境的变化每两年更新一次,其中一个最直观的变化是名称由原来的“ 无人机”(UAV) 改为“无人飞行器系统”(UAS),上述变化反映了无人机
11、项目的复杂程度不断提高,不仅包括飞机,也包括地面控制站、传感器组件和通信设备,需要对支撑无人机的技术予以更多的关注,同时扩展无人机在“网络中心战”环境下的任务。同时,美国空军2009 年发布了2009-2047 美国空军无人机系统飞行计划,将无人作战飞机作为美国空军未来的重要建设方向;美国陆军2010 年发布了2010-2035 美国陆军无人机系统路线图,为美国陆军研发、装备和在全谱作战中使用无人机系统提供了广阔视角。美国已研制上百种无人机系统,路线图涉及40 余种,参加四次局部战争无人机有30 多种,目前列装和计划发展的无人机主要有10 种左右。美国对无人机的投资呈上升态势美国国防部采购项目
12、预算深受迅速变化的国际环境影响,主要来自于三个方面:部门预算紧张、不断变化的安全要求和军事环境。上图是美国1988 年到2018 年,30 年间对空军无人机的投资及预算情况。其中数据分别来于20052030/20072032/20092034/20112036/20132038 年美国国防部无人系统路线图,由图可以看出:2000年空军无人机的投资(2.84 亿美元)约是1988 年(1.06 亿美元)的3 倍;2000 年以后,美国空军无人机投入急剧增长,尤其以2011 年路线图预算最高,达到63.81 亿美元,是2000 年22 倍多;受当时综合环境影响,每次路线图公布预算情况有所不同,从长
13、期看呈整体上升趋势。美国海陆空军的无人机数量庞大美国军用无人机系统分为已列装无人机、试验验证无人机、微小型无人机、探索概念无人机、无人飞艇等5类。以色列:历经多次实战考验,产品市场声誉和信任度好以色列是无人机领域的先进国家,其技术虽源自美国,但又不乏创新,且大都经过实战的检验,在技术研发和作战运用方面经验丰富、成果丰硕。以色列充分重视创新性、实用性、系统性和经济性,通过高度的市场化,实现军用与民用结合、自用与出口结合、研发与销售结合的无人机发展道路。下表是以色列研制的主要无人机技术参数表。从表中可以看出,从主要性能参数上看,以色列的无人机技术水平很高,仅次于美国,技术上处于第一梯队。四、欧洲:
14、无人机技术领先,发展势头强劲与美国相比,欧洲其它国家也不甘示弱,西欧国家正在加快制定无人机发展计划:法国达索飞机制造公司展示了多国合作的“神经元”无人作战验证机的全尺寸样机,该机是由法国、意大利和瑞典联手实施的;欧洲航空防务与航天集团也在进行一项名为“梭鱼”的无人作战/侦察机(UCAV/URAV)验证机计划,该机采用低可探测性技术,尺寸介于美国X-45A 和X-47A 之间;瑞典开展“创新性低可探测性无人飞行研究”(FILUR)验证机项目的研究;此外意大利也在实施“天空-X”(sky-x)项目等。从有效载荷、续航时间和升限等关键性能指标来看,欧洲的无人机技术在世界上处于领先地位。下表是欧洲主要
15、的几款新型无人机的性能参数一览表。五、中国:主要由军工集团研制,处于大力发展期我国研制无人机已有四十多年的历史,先后研制成功长空一号(CK-l)无人靶机系列、长虹高空高速无人侦察机、T-6 通用型无人机、Z-5 系列无人侦察机和ASN 系列无人机等。其中几个比较典型的机型是长空-1 号(CK-1)高亚音速靶机、“长虹-1”高空多用途无人机、ASN-206 多用途无人机和 ASN-104 小型低空低速无人侦察机、利剑无人机等。国内无人机的研究发展在总体设计、飞行控制、组合导航、中继数据链路系统、传感器技术、图像传输、信息对抗与反对抗、发射回收、生产制造和部队使用等诸多技术领域积累了一定的经验,具
16、备一定的技术基础。现己开发出的数十种靶机和侦察型无人机,已能批量生产和装备部队,近几年还交付了一批新型无人机,广泛应用于昼夜空中侦察、战场监视、目标定位、校正火炮射击、战场毁伤评估、边境巡逻等军事领域和航空摄影、地球物理勘探、灾情监测、海岸缉私等民用领域。但从总体上说,我军无人机装备同发达国家相比仍有一定差距,还不能完全适应高技术战争的要求。国内己有的无人机任务系统载重都不大,尚难满足电子对抗、预警、侦察等大型任务系统的要求,平台技术难以满足无人作战飞机的高隐身、高机动能力的要求,在气动力、发动机、轻质结构和高精度导航等方面基础技术薄弱。此外,无人作战飞机需要的智能控制、决策和管理技术、空/天
17、信息网络技术以及相关小型化高效精确制导武器等,也还都未能满足无人作战飞机系统的要求。中国的军用无人机主要有各大军工集团研制,主要包括中航工业集团、航天科工集团、航天科技集团。其中利剑无人机是中航工业集团下属的洪都飞机工业集团研制,和上市公司洪都航空有关系,而其余几型无人机整机研制和A 股上市公司没有直接关系。此外,无人靶机领域主要是总参60 所负责研制,当前上市公司金通灵与中科院合作正在研制无人机,有望作为靶机使用。下表展示了几大集团研制的几款新型无人机技术性能参数。上面提到的中航科工集团研制的海鹰无人机、总参60 所研制的无人靶机和无人直升机等,都已经形成系列化产品。为了更详细体现这两大系列
18、产品的性能和用途,我们用下面两张表详细展示其几款产品。总参60 所在小型喷气动力、高速远程飞行控制、传感器弱信号处理、计算机仿真和高速图像处理等核心技术的开发研究方面独具特色。总参60 所是我国最早研制生产无人机的单位,自上世纪六十年代开始,陆续生产了各型无人靶机近万架;九十年代,加快无人机技术创新步伐和产品的升级换代,产品呈现出多机种、多用途、系列化发展趋势,研制和生产了S-70、S-80H、S-200、S-300 等各型无人靶机,WG-20、WG-40、WG-100 等多用途无人机以及WZ-3 型无人直升机、WZ-5 型无人直升机,正在研发S-400 型超音速无人靶机、大机动亚音速靶机、W
19、Z-5B 型轻型无人直升机、WZ-6 型舰载无人直升机。同时为产品配套研制生产了CYS-40F、CYS-80F、CYS-350F 型汽油发动机,CYS-40WP、CYS-80WP、CYS-150WP、CYS-200WP 型涡喷发动机以及CYS-208RT型转子发动机等多种无人机专用发动机。民用无人机:美国领跑,中国市场发展迅猛尽管各种用途的军用无人机在近2030 年获得蓬勃发展,但很长一段时间无人机民用领域的开拓进展缓慢,各国只是在军用无人机基础上零星地派生一些民间用途。近些年,随着无人机技术的日臻成熟,以及其独特的优点,许多国家开始重视无人机民间用途的开发研究。国外市场:越来越多地用在各行各
20、业美国 NASA 成立了无人机应用中心,专门开展无人机的各种民用研究,它同美国海洋与大气局(NOAA)合作利用无人机进行天气预报、地球变暖和冰川消融等科学研究。2007 年森林大火肆虐时,美国宇航局使用“伊哈纳”(Ikhana)的无人机来评估大火的严重程度,以及灾害的损失估算工作,伊哈纳无人机是军用无人机“捕食者”的一种改型,用于民用和环境监测用途。美国已将无人机越来越多地运用在各行各业,美国宇航局将军方原本用于战场的大型高空无人机改造,用来进行对飓风和热带风暴的监视和研究工作,无人机在美国也被广泛地用于土地管理和野生动物监测等领域。美国其它联邦政府部门和私人机构也正使用更加小型的无人机进行着
21、各项工作,从监测科罗拉多的鸟类数量到监测夏威夷火山的活动,这种技术使调查成本大大降低,比如对科罗拉多州鸟类进行有人驾驶飞机的监测计划耗资将是3 万美元左右,而使用大乌鸦无人机,其花费仅需3000 美元。考虑到无人机巨大的民用市场潜力,2012 年,奥巴马签署了2012 联邦航空管理局(FAA)现代化与改革法,该法核心是向民用无人机开放空域,促进无人机技术的发展与应用2015 年底为最后期限。以色列是全球范围无人机设计制造技术最为先进的国家之一。以色列组建了一个民用无人机及其工作模式的试验委员会,埃尔比特系统公司领先完成了规定程序,其赫尔姆斯450 无人机在2007 年5 月取得了民用证书。20
22、08 年,以色列飞机工业公司马拉特子公司的中高空长航时“苍鹭”无人机取得了在以色列空域中执行非军事任务的证书,此后有关部门合作进行了多种民用任务的试验飞行。2012 年国际无人机系统协会展会在以色列举行,本届展会的一个重要目的就是促进无人机的民用推广。欧洲在民用无人机发展方面雄心勃勃,决心要赶超美国,力争占领民用无人机发展的中心舞台。2006 年制定并多方集资付诸实施“民用无人机发展路线图”,首期跨度为6 年。“路线图”预计民用无人机市场从2010 年开始迅猛发展,已突破1 亿欧元大关,到2015 年将上升到2.7 亿欧元,其中地球观测约占市场的3.7%,通信与海上监视各占市场的13%,森林防
23、火与灭火市场份额约12%,治安执法占3%。欧盟打算成立一个泛欧民用无人机协调组织,主要职责是市场评估、技术监视、空域管制、适航安全、标准制定、通用接口、成本控制等方面的试验研究。为解决最关键的空中安全与适航问题,荷兰已开始在非隔离空域进行“探测与回避”系统的研究与试验。国外民用无人机的发展趋势是:一是开发高空长航时无人机,主要用于大气研究和环境保护方面;二是积极着手解决如何使如何无人机更容易获得适航管理机构的认证,以及进入民用管制空域飞行。例如,全美无人机工业同盟与美国NASA 共同签署合作协议,制定了一个“5 年进入”的计划,希望在5 年内为无人机取得管制空域飞行许可,FAA 和美国国防部作
24、为顾问也参与工作。法国、德国、瑞典和英国一些欧洲国家,也迫切希望无人机可以在民用管制空域内飞行,并不约而同地希望加入美国“5 年计划”欧洲工业界也开始采取共同行动,为无人机认证工作成立了民用无人机工业协商小组,几家公司联合起来制定了相关政策,并开始进行了一些飞行试验。例如,瑞典萨伯公司正在使用一架缩比尺寸的技术验证机进行一系列的基础飞行试验;德国宇航研究院正在使用一架有人驾驶飞机模拟无人机,进行一系列的基础飞行试验。六、国内市场:多家上市公司参与我国民用无人机起步并不算晚,上世纪80 年代初,西北工业大学D-4 固定翼无人机为地图测绘和地质勘探作了尝试。1998 年,南航在珠海航展中展出的“翔
25、鸟”无人直升机,其用途就包含有森林火警探测和渔场巡逻。但是,从总体上看,国内民用无人机领域的开发长期以来没有引起足够重视,没有归口管理单位,没有长远规划,处于无序发展状态。近些年由于需求的牵引,特别是一些自然灾害频发,急需有一种灾情监视评估和搜救手段,从而引起有关方面对民用无人机的关注。2007 年在北京召开的首届中国导航、制导与控制学术会议上,与会专家一致认为无人机在军用领域积累到一定经验后,将逐步进入民用领域,发挥其无可比拟的优势。2012 年6 月在北京举行的“尖兵之翼第四届中国无人机大会暨展览会”无人机的用途已经聚焦于民用领域。2013 年中国无人机系统峰会的主题即为“民用无人机系统等
26、待起飞”。我国民用无人机市场大致经历了三个阶段:第一阶段:早期市场需求由军用垄断,惯性组建、控制系统技术不成熟,成本高;第二阶段:上世纪90 年代至本世纪初,部分企业对无人机进行探索,市场开始向民用“渗透”,出现了低端民用小型无人机;第三阶段,就是当前的情况,即军用需求饱满的同时,民用领域遍地开花,只是尚未找到合适的盈利模式。预计未来部分军工企业将涉足民用领域,凭借技术优势占据部分市场,民营企业也将通过技术、市场、资质竞争优胜劣汰,发展出几家骨干企业。目前,我国民用无人机共有130 余家研制单位和15000 架使用量,民用无人机的种类也逐渐丰富,包括固定翼无人机、旋翼无人机、飞艇无人机等。而上
27、述成果,在很大程度上是高空、高速、中远程、长航时、大载荷等军用无人机技术逐渐向民用“渗透”的结果。未来10 年,民用无人机将占据6.1%的市场交付价值份额和12%的市场交付数量份额。我国民用无人机研制单位分为两类:一类是军工集团下属单位和科研院所;二是越来越多民企开始涉足无人机研制。下表是我国军工集团和研究院所在民用无人机研制方面的现状:近年国内无人机厂商发展迅速,除了上表列示的军工集团和科研院所从事无人机研制以外,众多民营企业参与其中,并不乏上市公司的身影。值得一提的是成立于2006 年的深圳大疆创新科技公司成,是国内无人机领域最知名的公司,目前占据了全球民用小型无人机约70%的市场份额,主
28、要市场集中在欧美国家。过去4 年大疆科技呈现爆发式增长态势,2010 年销售额还只有300 多万元,2013 年已经超过8 亿元,预计2014 年将会有3 倍以上的增长。而上市公司里涉足无人机研制的民营企业非常多,主要有金通灵、宗申动力、隆鑫通用、山河智能、山东矿机、伊立浦等。我们在下表里把从事无人机研制的民营企业按照已有产品推向市场、正在研制、计划研制等三大类别进行分类。无人机平台、通信等关键技术有待突破平台技术:可靠性是无人机重点发展方向平台技术包括机体、推进、可靠性等。在机体方面,未来无人机可能采用扭曲蒙皮进行飞行控制(一种生物高聚合物,抗拉强度是钢的2 倍,比碳复合材料轻25%),以及
29、自修复复合材料或再生式复合材料,这种材料能使结构损坏后再生。在推进技术方面,现有无人机根据需求其发动机一般采用燃气涡轮发动机、活塞式发动机、电池组或太阳能电池,目前正在研究的有超燃冲压发动机、燃料电池等,并优先研究重油发动机(HFE)。其中,耗油率和功率重量比是推进技术的两个衡量指标,美国空军计划到2015 年,涡喷发动机的推重比增加50%,耗油率降低10%。飞机的可靠性与成本是密切相关的,同样的累计飞行时间,无人机的可靠性比有人机低,损耗率高。目前,大型无人机(如MQ-1 捕食者和全球鹰)的事故率与F-16 飞机大致相当,而小型无人机(如猎人、影子等)的事故率则比有人机的高。通信技术:带宽受限,射频与激光通信技术有待突破数据链路传输速率与未来无人机的能力有直接的关系。由于目前的通信系统带宽受限,图像传输时只能进行压缩,这就会舍弃信息,不是理想通信技术。激光通信的数据传输率比射频数据传输率高25 个量级,但必须突破激光链路能够被捕获和维持的关键技术(先进的指示、捕获和跟踪技术),但射频数据链具有较好的全天候适应能力,2025 年前,射频技术和激光技术的研究将共同继续发展,并建立以网络为中心的通信系统,系统要有足够的容量、稳定性、可靠性、强大的联通性和互操作性。有效载荷技术:探测传感器
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