無人飛行系統到底對中國有多重要？

王養柱

北京航空航天大學無人系統研究院院長

無人飛行系統是一個涉及空氣動力、結構強度、能源動力、自動控制、通信技術、空中交通管理等多個專業技術領域，由多個子系統組成的復雜系統。綜合歷史與發展趨勢，智能無人飛行系統技術包含以下三個研究方向：先進平臺設計技術、智能自主控制技術、空中交通管理技術。

現代無人飛行平臺包含各類無人機、浮空器和跨介質飛行器，其總體方案設計主要瞄準重大和迫切的戰略需求，重點是對不同應用層面的無人平臺進行系統性設計。智能化是先進平臺技術的一個發展趨勢，而平臺智能化的基礎是系統性、綜合性的總體設計技術，以及多學科交叉融合設計。國外在系統性、綜合性的多學科無人飛行平臺設計方面，已經獲得了顯著成果，發展了具有一定規模、包含不同門類和功能的平臺體系。這些先進的平臺方案代表了當前無人飛行平臺多學科總體設計的最新技術水平和進展。

高空長航時無人飛行系統是當前國際上發展出的一類重要的飛行器系統，具有重要的軍事意義。

這類無人飛行系統最新成果的典型代表是美國的“全球觀測者”無人機，飛行高度可達20000米，采用液氫燃料，飛行時間長達7~8天。目前已進行了原理樣機的飛行試驗。

美國的另一類型的超長航時無人機代表為“太陽神” ，采用太陽能電池為驅動能源，可在較低的高度上飛行達6個月之久。

左為“太陽神”，右為“西風”

英國的“西風”長航時無人機，采用太陽能電池為驅動能源，可在30000米高空連續飛行3個月，已達到在17800米高空連續54小時的飛行試驗記錄。

從高空超長航時無人平臺的技術發展現狀來看，結構的大變形、大柔性是此類無人飛行平臺的主要特征，氣動與結構的耦合效應顯著，設計時必須考慮多學科之間的關聯和耦合設計。

隨著使用空域的拓展，臨近空間高度逐漸被人們所認知，新時期無人飛行系統的發展則向高度發起挑戰。臨空無人飛行系統因其在軍事應用方面的巨大潛力，日益成為國內外研究的熱點。臨近空間浮空器可作為實施軍事應用的飛行平臺，在定點持久監視與偵察方面優勢顯著，國外眾多項目對其進行立項研究。

美國DARPA為滿足其空軍在全球情報、監視與偵察等方面的長遠需求，以及巡航導彈防御的需要，使美國空軍具有“全球警戒、到達和力量”的能力，2004年發起并投資了臨近空間新概念浮空器預研項目。此外，日本、英國、德國、以色列、俄羅斯等國也都提出了臨近空間浮空器計劃，均旨在發展具備超長航時、定點駐留、大載荷能力的臨近空間浮空器。

臨近空間新概念浮空器預研項目

近期，科技部積極開展論證，提出了臨空組合飛行器的創新構想，在臨空浮空器平臺

基礎上結合高空無人飛行器組合概念，將兩種不同類型的無人飛行平臺組合，發揮各自的優勢，在業內開展了熱烈討論。臨空組合飛行平臺是體現總體設計系統性、綜合性的平臺概念，是我國無人飛行平臺有望實現跨代超越的一個突破點。

此外，面向海洋和河流湖泊等水面應用，可垂直起降的艦載無人飛行系統在本世紀得到快速發展，成為可軍民兩用的新興熱點方向。例如，2008年美國陸軍提出了“聯合通用重型直升機”項目，波音公司、西科斯基公司、貝爾公司、洛克希德馬丁公司等都提出了各自的方案；又如，DARPA設立了13億美元的垂直起降無人飛行器的X-Plane計劃，試圖激發出具有重大創新意義的垂直起降無人飛行器。

這些新概念垂直起降無人飛行系統代表了此類無人飛行平臺的最新技術能力。垂直起降無人飛行平臺設計帶有多學科綜合的特征，比如，空中飛行模式轉變是一個涉及氣動、結構/機構設計和控制切換的復雜過程，必須在相關學科之間進行聯合的設計和動態仿真。因此，這類無人飛行平臺設計是一項多學科綜合的設計技術。

縱觀以上先進無人飛行平臺設計技術的發展，系統性、綜合性是其總體設計的突出特點，也是平臺設計實現智能化的一個重要基礎。未來，智能無人飛行平臺必然是一個涉及多學科的復雜平臺，需要多學科綜合的設計理念和方法。多學科總體綜合設計作為一種系統級的科學思想，以數學方法為手段，以計算機技術為工具，是面向工程的方法論，可以有效地處理先進智能無人飛行平臺的設計實現問題，是無人飛行平臺總體設計技術的發展趨勢之一。

推動國家安全戰略落實

隨著信息技術和裝備技術的發展，現代戰爭的概念和形態已逐步轉向信息化條件下的聯合作戰，轉向天、臨、空、陸、海、潛深度融合的一體化作戰，轉向基于信息系統的體系作戰等。現代無人系統研究和裝備研制的目標已經不僅僅是提高單一平臺自身的性能，而是作為整個武器裝備體系中的一個系統充分發揮整個體系的效能，形成戰略上、系統級的優勢。尤其是無人飛行系統，在科索沃戰爭、伊拉克戰爭、阿富汗戰爭等近代戰爭中發揮了重要作用，受到世界高度關注。無人飛行系統由于擁有很強的自主行為能力，可自主感知與控制，可在動態環境中獨立完成復雜任務，可與有人系統無縫集成，增強有人參與系統的作戰能力，甚至改變軍事力量的對比格局，對現代作戰模式和作戰思想帶來深刻變革而受到世界軍事強國的高度重視。

目前，以美國為首的世界軍事強國進行的無人飛行系統作戰研究呈現顯著的發展趨勢——作戰環境由安全區域向危險區域擴展；作戰任務由執行偵察監視任務向執行主流作戰任務發展；戰場感知由結構化環境感知向非結構化環境感知與認知方向發展；平臺控制由遙控、程控向自主控制方式發展；通信方式由專用信道向共享信道、網絡化通信方向發展；平臺和體系結構由專用化、單一化向通用化、標準化、互操作方向發展；作戰模式由單平臺作戰向有人/無人平臺協同作戰，多無人系統協同作戰方向發展。這些發展趨勢明顯突出智能化、一體化的特點。

不能忽視的是，目前我國在無人飛行系統的研究方面尚處于起步晚、投入少、發展慢、應用少的不利局面，在頂層設計、技術突破和系統應用方面，來自西方發達國家的壓力仍然巨大。在新的時代背景下，我國提出了新的軍事發展戰略，未來的作戰模式是體系化聯合作戰，一體化系統協同是我國新時期軍事發展的需要。以信息化為基礎，以智能化為特點的多維度無人飛行系統更加適用于未來的戰爭模式。因此，迫切需要提升我國在該領域的研究水平，推動我國無人飛行系統的軍事裝備研制，滿足國家安全的迫切需求。

促進軍民融合和國民經濟發展

新技術、新產品的迅猛發展，孕育著新的一輪產業革命，新興產業正在成為引領未來經濟社會發展的重要力量，世界主要國家紛紛調整發展戰略，大力培育新興產業，搶占未來經濟科技競爭制高點。從國家層面看，黨的十八大以來，我國全面加強頂層設計，持續推進相關產業供給側結構改革。促進戰略性新興產業發展，以實現我國經濟的長期平穩較快發展。國家對于無人飛行系統高度重視，社會各界積極參與，已經顯示出良好的發展勢頭和美好前景，形成了大規模的研發生產規模。低空空域開放及通航新政策加速了無人飛行系統與國民經濟和民生的融合，帶動其周邊產業快速發展。

以無人機為例，據美國蒂爾公司預測：未來十年無人機仍將繼續成為世界航空航天工業領域最具增長活力的市場，支出總額將超過940億美元。同時在全球軍用航空平臺新交付價值中，無人機（不含微型無人機）所占比重將從2010年的8%提升到2018年的15%，新交付數量占比將從2010年的35%提升到2018年的49%。

作為新興的具有活力的市場，無人飛行系統及周邊產業的發展對于國民經濟起到良好的促進作用。應對未來超大規模的使用局面，空中交通管理技術成為影響無人飛行系統產業研發、生產和應用的焦點和瓶頸。

我國依然需要努力

無人飛行系統作為一個復雜、龐大的技術體系，集飛行器設計、導航、制導與控制，通信與信息系統、計算機應用技術等學科于一體，是科技創新的集中體現。目前，世界強國紛紛開始制定戰略規劃、明確發展目標、加強技術開發，根據本國戰略需求發展相關技術。雖然我國已取得一定的研究成果，但與世界先進國家在無人飛行平臺總體設計、自主控制水平、空中交通管理、綜合測控技術等方面，還有一定的差距。因此，發展無人飛行系統技術對推動我國相關領域關鍵核心技術研究水平，維護國家權益和捍衛國家安全，服務國民經濟，促進科技創新等方面均具有重要意義。