罗船长设计制造的世界上第一架无人机
飞行鱼雷
英国在二战期间使用的无人机
在近期新冠肺炎疫情防控期间，无人机发挥了诸多作用，受到了广泛关注。
UAV是无人驾驶飞行器（英文UAV）的简称，有大有小。从最初的样机诞生至今，无人机已经走过了一个世纪的发展历程，但无人机真正走进我们的生活，在娱乐、环保、交通等领域发挥了不小的作用，却只是最近十年。 .
1.一百年前的先驱探索
在 19 世纪，无线电的发现和使用使人们可以远距离控制机器的运行。 1898年，物理学家特斯拉演示了利用无线电遥控对模型船进行导航，从而首次实现了遥控技术的应用。当飞机被发明并在第一次世界大战中使用时，发明者开始尝试将遥控技术与飞机相结合，制造出不需要飞行员驾驶的飞机。
早在1909年，美国工程师就发明了一种叫做“陀螺仪”的装置，它可以确定飞机的飞行方向以及机身在空中飞行的姿态。该装置是现代飞机自动控制和惯性导航系统的核心部件。这种装置出现后，美国海军对此非常感兴趣，希望以此为基础研究一种不需要飞行员的飞机。当时，美国海军称其为“飞行鱼雷”。为了提高飞行鱼雷的导航精度，美国西部电气公司还为其研制了专用无线电导航系统。飞行鱼雷是最早的无人机原型之一，惯性导航和无线电控制技术仍然是遥控无人机的核心技术。
1917 年，皇家飞行队的罗上尉制造了一架遥控飞机。这是一架木制飞机，通过安装在卡车上的弹射器起飞。罗机长原本希望飞机可以通过遥控平稳飞行一段时间，但在实际航展中，飞机一起飞就失控，飞了一小段距离就掉到了地上。虽然测试失败，但这次试飞仍然被视为无人机技术的开端，因为飞机在飞行过程中确实响应了罗机长的无线电控制信号。
2.战场上
在进入战场之前，飞行员需要通过实际攻击空中的目标无人机来提高他们的战斗技能，就像用枪射击目标的射手一样。陆基高射炮部队也需要使用靶机进行训练。两次世界大战期间，美国、英国和德国都开始试验无人机作为靶机。美军也发现无人机可以方便快捷地在战场上传递信息，取代了当时广泛使用的信使中国无人攻击机，并在以往飞行鱼雷的基础上研发了“信使”无人机。
1941年，美国海军提出利用无人机攻击敌方空中和地面目标的想法，研制出TDN-1和TDR-1无人攻击机。 1944年9月至10月中国无人攻击机，这两种无人机在太平洋战争中全力以赴，攻击日军要塞和炮兵阵地等目标，并取得了一定的成绩。
二战结束后，无人机开始用于战场侦察。世界上第一架实用的无人侦察机是无线电遥控的美国AN/USD-1战场无人侦察机。配备白天工作的光学摄像机和夜间工作的红外摄像机，飞机用火箭助推器起飞，然后释放降落伞降落。但它所拍摄的照片也需要复杂且耗时的处理和分析。
在冷战和越南战争期间，美军发现无人机除了拍照外，还可以执行另一种形式的搜索任务。无人机飞入敌方控制的空域后，可以诱使敌方防空雷达开启，获取防空雷达的信号特征。敌方的高炮、防空导弹、战机在拦截无人机的过程中也会暴露自己的部署。无人机一旦被击落，不会因为没有飞行员驾驶而引发一系列后续问题。越战期间，无人机首次大规模实际应用，美军在战场上大量使用“火蜂”无人侦察机来执行这项工作。在此期间，直升机空中回收无人机技术也应运而生。
3.新技术助力指挥控制
进入1980年代后，电子工业和航空工业的发展为无人机的发展带来了新的机遇。此时，军用无人机的飞行控制技术有两个分支，自动飞行控制系统和指挥控制系统。
自动飞行控制系统需要在无人机起飞前设置飞行路径、高度和侦察目标等信息。无人机依靠这些信息自行完成飞行任务。虽然这种模式看起来比较简单，但一旦目标位置发生变化，事先设定的飞行路线将无法获得所需的信息。在指令控制模式下，飞行员的位置从飞机移动到地面站的控制室。由于视频图像技术的发展，无人机可以通过无线电信号将侦察图像信息实时传回控制室，控制器可以根据画面实时控制无人机飞行，控制无人机飞行根据不断变化的战场形势。 1980年代以来，指挥控制技术逐渐成为军用无人机飞行控制系统的主流。
此外，卫星通信技术和GPS导航技术也为指挥控制技术的应用带来了帮助。在卫星通信应用之前，无人机的飞行距离受到控制信号传输、山水阻挡等因素的限制。应用卫星通信技术后，地面控制站可以将控制信号上传到太空中的通信卫星，经卫星中继放大后发送到无人机接收天线，从而突破地面障碍物和地平线的限制. GPS导航技术使控制器能够更准确地获取无人机的位置。同时，当控制信号因干扰而中断时，无人机可利用GPS导航自主返航。
4.在现代战争中取代侦察兵
在 1990 年代初期的海湾战争和 2000 年代初期的伊拉克战争中，无人机被用于各个方面。美军中的两款现役“明星无人机”——“捕食者”和“全球鹰”也在此期间开始应用。
“捕食者”无人机源于此前研制的“蚊子”-750II远程无人机。官方型号为 RQ-1。这架飞机是带有涡轮增压的长航时无人机。螺旋桨发动机作为动力。最长续航时间为60小时，可以飞越目标24小时。侦察“捕食者”配备光电/红外侦察设备，可在白天和夜间执行侦察任务。在“捕食者”身上，还有一种新装备，叫做“合成孔径雷达”。该钻机可以通过发射无线电信号并接收来自地面或目标的反射来创建目标的高分辨率图像。即使被云或雾遮挡，雷达也可以返回类似于相机照片的图像。从2000年起，美军开始对“捕食者”进行改进，使其具备使用武器攻击敌人的能力。通过在无人机头部安装激光指示器引导导弹击中目标，捕食者可以发射地狱火导弹，用于打击坦克、装甲车等目标。 2006年，攻击型“捕食者”MQ-9“死神”无人攻击机的升级版问世，体积更大、威力更大，还能发射激光制导炸弹等武器。
全球鹰是一种无人侦察机。与“捕食者”一样，“全球鹰”也具备利用合成孔径雷达等多频段侦察设备获取战场信息的能力，可以对陆地目标和海上目标执行侦察任务。由于使用喷气发动机作为动力，“全球鹰”的飞行速度比“捕食者”要高。美军也曾计划将“全球鹰”无人侦察机改装成攻击机，但由于“全球鹰”飞行高度较高，不太适合执行对地攻击任务，因此被放弃。想法。
除了全球鹰和捕食者等大型无人机外，美军还开发了小型无人机，例如 RQ-11 乌鸦和龙眼。由于这些无人机重量轻，携带方便，基层部队日常巡逻时可以随身携带无人机。一旦遇到作战情况，可以就地放出无人机提供侦察支援，大大提高了灵活性，特别适合反恐作战。
5.民用无人机飞速发展
虽然无人机技术的发展源于军事需要，但目前最为人熟知的无人机还是多旋翼多旋翼无人机，可以在空中灵活移动或悬停，进行航拍活动。人机。这种无人机是21世纪以来飞速发展的民用无人机的典型。
在多旋翼无人机中，四旋翼无人机是最常见的无人机类型。像直升机一样，它通过平行于机身的螺旋桨叶片产生的升力垂直起飞。它不需要机翼或跑道即可起飞和降落，因此结构紧凑且易于使用。与直升机等单旋翼飞机相比，多旋翼飞机的螺旋桨不需要配备复杂的机械传动装置，也不需要尾桨来抵消主螺旋桨引起的旋转，因此多旋翼无人机不仅具有理想的可靠性，而且可以将制造成本控制在较低的水平，并且可以以普通消费者能够承受的价格出售。更重要的是，在内部控制程序的配合下，多旋翼无人机的控制相当简单。非专业飞行员可以在短时间内掌握基本的操作方法，像电子游戏一样控制无人机的飞行。为无人机的普及扫清障碍。
多旋翼民用无人机迅速崛起的另一个关键设备是以GoPro为代表的运动相机。运动相机可以获得比普通相机更广的视野，拍摄高清照片或视频，而且体积和重量都非常小，特别适合安装在无人机上，从天空或高处获得向下的视角。无人机操作者不仅可以在飞行过程中实时享受无人机带来的视觉体验，还可以对拍摄的高清照片和视频进行丰富的后期处理，获得更炫酷的视觉效果。在无人机出现之前，航拍需要租用带飞行员的飞机。不仅过程相当复杂，而且飞机租赁的价格也绝非普通老百姓能负担得起的。随着无人机的出现，个人可以进行日常的业余航拍活动。在体育比赛等大型赛事中，无人机也成为必不可少的拍摄工具。
进入21世纪后，由于基础技术的发展，民用无人机的各部件性能越来越强、越来越轻、成本越来越低，为无人机的普及创造了条件。目前无人机搭载的高性能FPGA芯片可以实现双CPU的功能，处理来自各种传感器的无人机状态信息，控制无人机的高效飞行。 Wifi技术的发展让手机上网更加方便，也为民用无人机提供了一种简单有效的信号传输方式，可以在一定距离内传输控制和视频信号。在续航方面，由于锂电池技术的发展，无人机可以用很小的电池在天空中飞行一段时间。
除了四旋翼无人机，固定翼无人机也已广泛应用于民用领域。与四旋翼无人机或多旋翼无人机相比，固定翼无人机具有更长的续航时间、更高的飞行高度、更大的活动范围，并使用更可靠的控制系统和信号传输系统。旋翼无人机更适合专业生产领域的应用。
6.无人机越来越“通用”
民用无人机除了具有休闲航拍的功能外，还有多种技能。大城市的大部分道路都非常拥堵。一旦发生交通事故，无人机可以快速低空飞至事故现场，第一时间进行执法拍照取证。它发回的图像也可以让交通部门更好地疏通拥堵的交通，从而更快地到达现场进行事故救援工作。
当犯罪分子驾车逃跑时，无人机可以在空中追踪犯罪分子，引导警察抓捕。
当高层建筑发生火灾时，消防员可以发布无人机航拍，快速获取火势蔓延情况和被困人员位置，准确部署消防力量。
当洪水发生时，无人机可以携带救生索或救生圈，并将其运送给需要的人。
对于偏远地区的输电线路和输油管道，可以使用无人机进行巡线。无人机一次派出即可巡查数十公里甚至数百公里的线路，减少了工人的工作量。
未来，人们在网购之后，还可能会收到无人机投递的快递包裹。快递公司计划使用四旋翼或八旋翼无人机在 10 公里范围内运送重量不超过 10 公斤的包裹。无人机不会取代快递哥们的工作，而是专注于派送急件和偏远地区的快递，提高配送效率，降低人工和运输成本。目前，国外的快递物流企业如亚马逊、DHL以及国内的顺丰、京东等都在尝试开展无人机配送。德国的 DHL 已开始使用无人机向偏远岛屿上的人们运送药品等基本用品。亚马逊的 Prime Air 服务可在 30 分钟内将包裹送达客户。美国邮政局还开发了一种电动邮政车辆和无人机相结合的投递模式。司机驾驶电动邮车到小区，然后无人机自动从邮车上捡起包裹送到户户。 2017年，中科院工程与热力研究所还成功研制出世界首台大型货运无人机。这架无人机可以在很短的跑道上起降，一次可以运输重量1.5吨的货物。您还可以享受网上购物的便利。 2018年，中国邮政在浙江安吉山村地区开通首条无人机投递航线，试点偏远地区投递服务。
五彩缤纷的世界
成群结队的无人机不仅仅是“表演”
多年来，我们经常看到无人机编队表演的新闻报道。数十万架无人机，通过它们携带的五颜六色的灯光设备，在夜色中形成各种美丽的图案，甚至随着音乐的节奏起舞。这一奇观的出现，得益于无人机群技术的发展。
事实上，无人机集群技术早在这种性能被人们知晓之前，就已经在军事领域得到了开发和应用。 2000年，美国国防部高级计划局启动了相关研究项目，通过学习蚂蚁的群体组织方式，研究多架无人机协同发现空中目标的技术。经过近二十年的发展，无人机群技术日趋成熟。在执行任务的过程中，集群中的无人机在完成任务时要组织好自己的编队，避免碰撞。同时，无人机也共享自己所在位置的态势感知，一台无人机观察到的情况，所有无人机都能掌握。这样一来，大量的无人机可以在单个操作员的指挥下完成一架无人机无法完成的各种任务。
轶事
无人机的“奇妙”用途
无人机的各种功能给了用户无限的灵感。除了常见的应用，部分用户还发现了无人机的一些奇妙用途。
无人机点名：我国某高校教师在课堂上使用无人机点名，增加教学的兴趣和参与度。小型多旋翼无人机可以飞到教室的每个角落，通过人脸识别统计学生出勤率，找到上课不专心的学生。
无人机拔牙：换牙是每个孩子都会经历的事情。美国俄勒冈州的一位父亲想出了用无人机拔掉女儿乳牙的想法。他用绳子将女儿摇摇晃晃的乳牙绑在无人机上并成功拔出，并用无人机上的摄像头记录了这一过程。这样的“高科技”换牙，让女儿很兴奋。
无人机涂鸦：涂鸦是一种城市艺术创作形式。一些外国艺术家将喷漆罐装在无人机上，以便在一些人不易接近的建筑物外墙上涂鸦。
我需要提醒读者的是，无论你的无人机创意多么新颖，只有在遵守相关法律法规和社会秩序和良好风俗的前提下才能付诸实施。 (李慧超)
