無(wú)人機(jī)在中文里無(wú)歧義，且唯一。在英文里，有兩個(gè)詞，同義。一是UAV（Unmanned Aerial Vehicle），直譯為無(wú)人空中載具；二是RPA（Remotely Piloted Aircraft），直譯為遙控駕駛飛機(jī)。都是老詞，都用，過(guò)去軍用領(lǐng)域主要用UAV。但美國(guó)朋友告訴我，僅僅是近一年來(lái)，RPA在美國(guó)被更廣泛使用，不管是軍用還是民用。緣由在于，RPA在技術(shù)概念上更確切，更鮮明，因而更普遍適用。

    本文基于RPA概念，加之我在《無(wú)人機(jī)與航空模型的異同》那篇文章中表明的觀點(diǎn)，依任務(wù)載荷和遙控駕駛為無(wú)人機(jī)的兩個(gè)基本特征，去闡釋有關(guān)無(wú)人機(jī)發(fā)展的前生、今世與未來(lái)。全文較長(zhǎng)，分為（上）、（中）、（下）三篇。此為（上）篇。

無(wú)人機(jī)的前生

    無(wú)人機(jī)的發(fā)展已近百年。有記載的最早的軍用無(wú)人機(jī)的研發(fā)，發(fā)生在一戰(zhàn)時(shí)期。1914年，英國(guó)軍方提出研發(fā)一款可執(zhí)行轟炸任務(wù)的無(wú)人機(jī)。歷經(jīng)三年，制成一種小型上單翼機(jī)，雖在2017年飛上天，但未能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定飛行，更不要說(shuō)投彈，不能算成功。這期間，也有類似研發(fā)，如空投魚雷之類。都不能算作成功的無(wú)人機(jī)。究其原因，控制技術(shù)拖了后腿。20 到40 年代，將退役或過(guò)量有人機(jī)改作靶機(jī)，曾時(shí)興一時(shí)。這種靶機(jī)將空氣動(dòng)力學(xué)、輕型發(fā)動(dòng)機(jī)和無(wú)線電技術(shù)相結(jié)合，多有成功；最著名的案例有兩件。一是，英國(guó)人采用無(wú)線電控制技術(shù)的“仙后”靶機(jī)首飛成功（1933年），隨后在 1934年至 1943 年間將 420 套“虎蛾”雙翼教練機(jī)改裝成 DH 82B 型“蜂后”靶機(jī)。二是，基于無(wú)線電控制和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)步，雷吉納德.丹尼和他的無(wú)線電飛機(jī)公司制造出一款遙控模型機(jī)RP-1 ；從 1939 年到二戰(zhàn)結(jié)束，美軍共采購(gòu)15,000 多架這種遙控飛機(jī)，改制成靶機(jī)，型號(hào)由RP-4 型發(fā)展到RP-18 型。（1946年，經(jīng)再次改進(jìn)的RP-19/OQ-19 型研制成功，至 1984 年共生產(chǎn)48,000 多架。1952年，無(wú)線電飛機(jī)公司被諾斯羅普公司兼并，后者也因此成為當(dāng)今世界最成功的軍用無(wú)人機(jī)研制廠商。）

英軍士兵在遙控H82B“峰后”靶機(jī)丹尼和他的RP-1遙控模型飛機(jī)

丹尼和他的RP-1遙控模型飛機(jī)

    1939 年 10 月，德國(guó)研發(fā)了一款無(wú)線電遙控?zé)o人轟炸機(jī)，能攜帶一噸重的炸彈，在向目標(biāo)投彈后，可返回基地；成為現(xiàn)代無(wú)人攻擊機(jī)的鼻祖。（后在此基礎(chǔ)上催生著名的 V-1 導(dǎo)彈）。1941 年，美國(guó)海軍開(kāi)展“無(wú)人攻擊機(jī)”計(jì)劃，目標(biāo)任務(wù)是可攜帶制導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊敵空中目標(biāo)，也可對(duì)敵地面目標(biāo)進(jìn)行投彈轟炸。從1942年 3 月始，美國(guó)海軍開(kāi)始批量采購(gòu)無(wú)人攻擊機(jī)，并用于實(shí)戰(zhàn)。但戰(zhàn)效很差。

    50 年代中期，美國(guó)陸軍將RP-71 型靶機(jī)改制成無(wú)線電控制的AN/USD-1 戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視機(jī)；可認(rèn)為是世界上第一種實(shí)用型無(wú)人偵察機(jī)。直到80 年代，在越南等多個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)，無(wú)人機(jī)最重要的用途，還是執(zhí)行戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視任務(wù)。1991 年沙漠風(fēng)暴作戰(zhàn)中，美軍首次使用欺騙敵方雷達(dá)系統(tǒng)的小型誘餌無(wú)人機(jī)。

AN/USD-1無(wú)人偵察機(jī)

波音的“禿鷹”

無(wú)人機(jī)的今世

    20 世紀(jì)90 年代，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)后，軍用無(wú)人機(jī)加快發(fā)展。1996 年，美國(guó)NASA研制出X-36 試驗(yàn)型無(wú)尾無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)，賦予該機(jī)壓制敵防空、遮斷、戰(zhàn)斗損失評(píng)估、戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御以及超高空攻擊等任務(wù)。至上世紀(jì)末，軍用無(wú)人機(jī)呈現(xiàn)全面而旺盛的需求。

以色列飛機(jī)公司對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)狀況的評(píng)估示意（到達(dá)六邊形頂端越遠(yuǎn)技術(shù)差距越大）

    進(jìn)入21 世紀(jì)后，軍用無(wú)人機(jī)進(jìn)入發(fā)展新階段，成為空中預(yù)警系統(tǒng)的重要組成和執(zhí)行攻擊及空中格斗的新戰(zhàn)機(jī)品種。前者可稱信息類無(wú)人機(jī)，監(jiān)視、監(jiān)測(cè)或作為信息中繼傳輸?shù)龋呀?jīng)成為基本成熟的品種。后者統(tǒng)稱作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)，其中的攻擊無(wú)人機(jī)技術(shù)亦較成熟，但空戰(zhàn)無(wú)人機(jī)的實(shí)用化尚待時(shí)日。

    民用無(wú)人機(jī)隨軍用無(wú)人機(jī)技術(shù)的外溢效應(yīng)而發(fā)展。民用無(wú)人機(jī)強(qiáng)烈地依賴機(jī)上任務(wù)載荷（設(shè)備）的發(fā)展。就全球而言，民用無(wú)人機(jī)在上世紀(jì) 80 年代開(kāi)始嘗試應(yīng)用，至今的擴(kuò)展應(yīng)用僅十?dāng)?shù)年時(shí)間。日本的民用無(wú)人機(jī)開(kāi)發(fā)較早，用于噴灑農(nóng)藥、森林防火、災(zāi)害評(píng)估等。美國(guó)自本世紀(jì)以來(lái)，開(kāi)始較大范圍地應(yīng)用，主要是高分辨率傳感與氣象數(shù)據(jù)獲取、森林火災(zāi)評(píng)估、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)和處理等。以色列組建了民用無(wú)人機(jī)及其工作模式的試驗(yàn)委員會(huì)，給部分具備條件的軍用無(wú)人機(jī)發(fā)放非軍事任務(wù)執(zhí)行證書，并與有關(guān)部門合作展開(kāi)多種民用任務(wù)的試驗(yàn)飛行。歐洲在 2006 年制定并實(shí)施“民用無(wú)人機(jī)發(fā)展路線圖”，并通過(guò)泛歐民用無(wú)人機(jī)協(xié)調(diào)組織的建立，為解決無(wú)人機(jī)使用的空中安全和適航問(wèn)題提供幫助。

    我國(guó)民用無(wú)人機(jī)應(yīng)用的起步較早，上世紀(jì) 80 年代，就將基于軍用技術(shù)開(kāi)發(fā)的無(wú)人機(jī)用于地圖測(cè)繪和地質(zhì)勘探，逐步擴(kuò)展到農(nóng)業(yè)噴灑、電力巡檢、防災(zāi)應(yīng)急、航拍測(cè)繪、中繼通信等方面應(yīng)用。

    近年來(lái)，受益于無(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟和成本的大幅下降，消費(fèi)類無(wú)人機(jī)呈井噴式發(fā)展，在航拍、娛樂(lè)等市場(chǎng)上，獲得大規(guī)模應(yīng)用，并出現(xiàn)了如深圳大疆（2006年成立）為代表的一批民用無(wú)人機(jī)企業(yè)。支持民用無(wú)人機(jī)發(fā)展的主要技術(shù)條件是，移動(dòng)終端的興起，和芯片、電池、導(dǎo)航與定位器件、通訊芯片等硬件的成熟。

    以芯片為例，目前一個(gè)高性能FPGA芯片就可以在無(wú)人機(jī)上實(shí)現(xiàn)雙CPU的功能，以滿足導(dǎo)航傳感器的信息融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的控制。Wifi等通信芯片用于控制和傳輸圖像信息，傳輸速度和質(zhì)量已可滿足視距內(nèi)傳輸需求。在導(dǎo)航與定位方面，MEMS慣性傳感器從2011年開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用，6軸、9軸的慣性傳感器逐漸取代單個(gè)傳感器，成本僅幾美元；而GPS芯片僅重0.3克，價(jià)格不到5美元。電池能量密度不斷增加，使得無(wú)人機(jī)在保持較輕的重量下，續(xù)航時(shí)間可達(dá)半小時(shí)，可以滿足一些基本應(yīng)用的航時(shí)要求；此外，太陽(yáng)能電池技術(shù)使得高海拔無(wú)人機(jī)可持續(xù)飛行一周甚至更長(zhǎng)時(shí)間。

    自2010年來(lái)，飛控系統(tǒng)開(kāi)源化的趨勢(shì)使更多的商業(yè)企業(yè)和發(fā)燒友加入無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，成為引爆民用和消費(fèi)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的“爆點(diǎn)”。德國(guó) MK 公司是多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)開(kāi)源的鼻祖。其后 2011 年美國(guó) APM 公司開(kāi)放無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)，徹底點(diǎn)燃了市場(chǎng)對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的熱情；2012 年以后民用和消費(fèi)無(wú)人機(jī)進(jìn)入了加速上行的通道。至今，國(guó)際無(wú)人機(jī)行業(yè)已經(jīng)形成了 APM（用戶最多）、德國(guó) MK（最早的開(kāi)源系統(tǒng)）、Paparazzi（穩(wěn)定性高、擴(kuò)展性強(qiáng)）、PX4 和 MWC（兼容性強(qiáng)）等五大無(wú)人機(jī)開(kāi)源平臺(tái)。強(qiáng)大的開(kāi)源飛控系統(tǒng)已經(jīng)使得無(wú)人機(jī)全面進(jìn)入“用戶友好”時(shí)代。現(xiàn)正進(jìn)行的多平臺(tái)合作項(xiàng)目，將進(jìn)一步推動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的可視化和友好化。

    現(xiàn)代無(wú)人機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，概括起來(lái)有三大應(yīng)用領(lǐng)域：軍用、民用和科學(xué)驗(yàn)證用。支持其應(yīng)用的是林林總總的各式無(wú)人機(jī)，包括無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)等。