无人机航飞（航空、航空器与无人机：无人机面面谈）

147小编 2023-07-08

2023年4月1日，受中国航空学会邀请，为参加“全国青少年无人机科学素质等级考试”的科技教师们培训，做《航空、航空器和无人机》的授课。内容包括航空、航空器和无人机三部分。现将第三部分“无人机”的实录整理稿发出，供参考。

各位老师，大家好，今天我以《航空、航空器与无人机》为题，与大家交流。

张聚恩/文

第三部分，我想跟大家分享关于无人机的一些应该知晓的知识，包括一些背景知识。因为你们在青少年航空科技教育的一线，要带着孩子们、带着同学们，去学习航模与无人机的制作和操控等，教给他们有关航空的知识和技能，因此需要对于无人机有更多一点的了解。

在我前边的介绍中，没有太多的去说无人机，这里，作一些集中的介绍。

首先是逻辑上的分类关系。作为一种分类，航空器按机上有人驾驶和机上无人驾驶，就构成了两个大类别。那么机上无人驾驶就是无人驾驶航空器。从逻辑上说是这么一个概念。我画了一张简图，方便大家理解。

从航空器出发，有人和无人，这是一种分类方法。“无人”中又有 3 种，模型航空器、遥控航空器和自主航空器。遥控航空器被称为RPA。自主航空器是真正意义上的无人，就是机上机下都没人，那才叫UA，或者叫UAS。

现在我们称呼的无人机，实际上离不开飞手，离不开操控者，不是真正意义上的自主，而都是遥控的。现在老师们带领同学们制作和操控使用的，都是遥控的。

遥控加自主，这两种放在一起，可以给它一个通俗、简单的称呼，就叫无人机，英语里称drone。drone这个词源于法语，原意为蜜蜂的嗡嗡叫。现在讲无人机的时候，用drone要远比RPA和UA多。以后只要一看到drone，讲的就是无人机。

无人机按用途分，又可以分为军用无人机（也有人称“国家无人机”的，比军用无人机范围略大）和民用无人机。民用无人机里边，大家公认的有三个级别，消费级、工业级和最近兴起的载人级。机上没有驾驶员，但是机上可以载人的，这是一个全新的类别——载人级。我把这三类并列。

军用无人机，在世界范围内，并没有统一的分类和标准。我在这里以美国的为主，结合我们国家的情况，给大家介绍一下军用无人机的分类法。

按照用途分，军用无人机分为五大类，信息无人机、攻击无人机、察打一体无人机、空战无人机和靶机。按照质量、高度、空速来综合分析，分为两大类，小型无人机叫SUAS，都是遥控无人机，就是刚才我介绍的RPA，反而现在的RPA倒多是中高端的，因为强调持久，强调灵活，强调多功能。

把小型的和遥控的合在一起，共分为5级，第一级质量9千克以下，高度不超过370 米，空速低于每小时185千米/小时。如此，第二级、第三级、第四级、第五级，如图，这样一种分类方法供大家做个参考。

如果按照空机质量、活动范围、飞行高度、控制方式、动力和留空时间，还可以分类。这种按6种要素的分类方式和方法也供大家做个参考。我在这里举例说明。比如说按照空机质量分，分为微型、轻型、小型、大型，分别对应的是7kg、7-116kg，小于等于5700kg和大于5700kg。我们国家对于民用无人机另有微、轻、小、中、大型分类规定，一旦颁布，应按要求实施管理。

按照留空时间，我们常说长航时、非长航时，但是实际上长航时、非长航时没有绝对的界限和标准。军用的和民用的又相去甚远，军用的数天、数月甚至数年才称之为长航时；而民用的，有时候数小时、数天，更不要说数月，那就是地地道道的长航时了。而所有的非长航时都是依此相对界定的。

无人机本身是一个系统，无人系统，因为它离不开地面的操控和指挥。特别是当前，当我们的自主能力达不到的时候，离不开地面的干预，离不开指挥系统。于是，它是一个系统的存在，有平台、有载荷、有地面指挥系统，还有各种各样的通信链路，综合起来叫做无人机系统。

无人机系统过去比较适合用于3D，是三个英文词，叫Dull（冗烦、枯燥的），Dangers（危险的）和Dirty（肮脏的）。但是现在这么看有点窄了，不光是3D，不光是冗烦、危险、肮脏，还有就是要求能力特别高的，而人难以达成的，要靠无人机。

而如果无人机能够从现在高度频繁的人工干预，变为能够自主地执行任务的话，它将会形成全新的能力。在军事领域中，它可以开发和形成对抗环境下的新作战能力，如蜂群作战、空空机动、与有人驾驶长机协同的忠诚僚机等等。

我制作了一张幻灯片，是美国对自己现役和曾使用过的无人机的自主性评价，大家可以做个参考。美国的军用无人机的整体水平是世界的No.1，但他们对于自己的无人机系统自主能力水平的评价较低。作战使用仍依赖于频繁的人机交互。

表里是美国几个主要无人机品种，自主性技术的成熟度都很低，大于2、接近3的，没有超过3的。技术成熟度的划分一般为9级，6级往上才能真正用于工程。所以，换句话说，目前的无人机都仍然是遥控的，都不是自主的，有一部分是自动的，即事先装订程序，自动完成航路飞行和执行任务。

自动和自主相差甚远，所谓自主，就是完全靠机上的传感器和系统去感知态势，作出判断，甚至去改变已经装定在系统内的程序。所以，现在美国空军就把现役的无人机系统称之为遥控驾驶的。就是我刚才讲的RPA，Remotely Piloted Aircraft。它要和将来实现自主以后的、真正的机上机下都没有人的无人系统UAS相区别。

目前，无人机系统对目标的打击主要是以人在回路的方式实现的。也就是说，无人机执行作战任务的时候，将机载传感器获得的侦察图像远程传回地面站，地面战的飞行员、操作员，从图像中识别目标，确认攻击，这不叫自主，这也不是实时规划。实现自主的来路还很长。

最近让我们感兴趣的，就是在这张幻灯片上，右下边列的的三件事。

第一，俄乌冲突中无人机的大量使用，俄军在用，乌克兰的空军也在用，各自都声称对于对方造成了重创。第二和第三件，就是在2022年，英国BAE做了一个有人无人混合编队的飞行试验，美国的洛·马公司提出了一个全新的未来空中作战的展望图像，他们把忠诚僚机再分类，跟有人机进行编队，从而实现不需要飞行员过多的干预和操控，而进行协同作战。这样的场景还是很诱人的，尤其让我们感到有压力的是，他们声称未来3-4年就可能部署部队。

我国军用无人机的水平是很高的，在国际市场上也有一定份额。据“前瞻产业研究院”发布的2019年无人机军贸数据，美国占据当年全球市场的45%，主要是格鲁门和通用原子两大制造商；以色列占24%；中国占有21%的份额，主要在中东市场。其他约10%的市场份额由土耳其、英国和俄罗斯分占。

在民用无人机领域，我们国家是遥遥领先的，特别是消费类的，还有少量工业级的，我们甚至占到世界同一品种的一半以上，比如说大疆在消费类里那种多旋翼无人机，就占到了2/ 3左右。

下面幻灯片里有两个型号，大家可以了解一下。一个是欧洲“神经元”无人机，另一个是美国的X47B。后者在七、八年前完成了在航母上和有人机联合飞行演示，后来又做空中加油试验，也成功了，预计后年由X47B发展出的一个叫黄貂鱼的MQ -25无人机，就可能服役，这是一个特别的加油机新品种，对于舰载机的作战能力、如扩大半径将有重要影响。

还有一件事儿，大家也应该了解一下。就是美国的X37B轨道飞行器，也可以看作是一种高超声速的、航空航天相融合的无人机。已经完成六次飞行了，最后一次是 2022 年11 月12 日回到地面，在轨道上呆了908天。除了长期在轨能力，还应关注它的任务能力，在轨道上干什么事。我把6次飞行情况和执行的主要任务，列成一张表，供大家参考。

我国也在持续开展高端无人机的研发和应用。在公众媒体上，时而会有些披露。如分别在第13届、14届珠海航展上亮相的两款国产高端无人机，无侦8和攻击11，水平之高在世界上都是顶尖的。还有两种广为出口，也广为人知的品种，一个是彩虹系列，一个是翼龙系列。

最后，我再把通航和无人机的关联给大家做点解释。什么是通航，除了军航，除了民用航空中的公共航运以外的林林总总的民用航空都称为通航。General Aviationg，GA，就是通航。很遗憾，2020年国家确立的通航目标都没有实现，没完成当然是不好的，但是没完成的另一面，就是说我们有着大的发展空间。

而在这个过程中，有一个特别的“中国现象”，就是中国的民用无人机在通航中发挥了巨大而独特的作用，我称之为“场景扩大，用量剧增”。

右边这个图是把无人机功能组合起来的，大家看看有多少种，消防灭火、巡检、农业用的、救灾救援的，各种各样。2022年的数据已经出来了，我在这里，列了几个主要数据。到年末，实名登记的无人机的总量83万架，无人机的企业12663家，创产值1070亿元，当年颁发的无人机驾驶执照15万多本，因为现在我们不是自主的，必须有驾驶员、有飞手，所以要发证。全年的飞行小时已经达到了1668. 9万。很遗憾，这些数据没有进入到通航作业的统计渠道里。

还有一个在世界上领先的，就是我们的载人级无人机。我在这里贴了几张亿航公司重要活动信息的图片。这家公司的载人级无人机研发，干得很漂亮，他们分别在奥地利、日本、印尼等地做了飞行演示，在国内也有一些飞行演示，如在湖南吉首、广东深圳等地。总的来看，载人级无人机前景看好。

现在最火的一个品种叫eVTOL，VTOL就是垂直起降，e是电动的，eVTOL就是电动垂直起降。在电动垂直起降中的载人级，发展最为迅猛，尤为人们关注。

最后，我想谈谈无人机创新发展的方向和热点。在这张幻灯片上，我想给大家一个提纲挈领的认识。虽然在面对学生的时候，无须直接将这些认知传递出去，但是作为科技教师，应该知道无人机为什么这么重要，无人机的下一步创新发展朝着什么方向前行，从而贯穿在自己的教学实践里，把学生们的智慧、聪明、才智、注意力吸引到创新发展上来，激励他们产生兴趣。

军用无人机、民用无人机各不一样。在我看来，军用的发展重点是由平台、工具变为有人机的队友和在需要时成为任务主体，比如前面说到的忠诚僚机、蜂群作战、自主空战等等。民用无人机的发展方向就是能力扩展，融入国家的空域系统，包括检测、规避系统及命令控制的连接，以及更广泛的功能实现。

具体的说，有这么几项，第一，刚才我两次说到的自主无人系统，从自动（automaticity）到自主（autonomy），是一个重大的技术跨越，自动到自主，这是提升无人机能力的关键；当然这是一个逐步积累和提升的过程。第二，增强任务能力，特别是平台和任务载荷的一体化与优化，航程和航时的同步延展。第三，使能技术的应用，将大数据、5G通信、新材料、先进传感器等用于无人机创新发展。

第四，人工智能算法，我把它单列。AI技术正在迅速发展提升，从分析型变为创成型；最近特别火的ChatGPT，为什么引起这么大的轰动？因为它是创成型的，或者叫生成型的。还有全动态视频数据算法，具有人工智能特征的深度学习模型等，这些都对升级无人机，特别是态势感知和自主决策能力的提高产生重大影响。

第五个重点是城市空中交通叫UAM，Urban Air Mobility，这是一个大系统；其中载物和载人的无人机具有重要应用前景。要解决什么问题？解决安全性问题，解决构型问题，解决垂直起降问题，就是刚才我说的VTOL，如果用到了电动就是eVTOL。最后一个就是新能源、新动力，包括氢能源、电动、油电混合，还有可持续燃料等在无人机领域的研究与应用。

最后，想谈谈关于航模和无人机的异同，这是各位老师在从事航空科技教育时，常常遇到的一个问题。简单地说，航模和无人机的相同点，它们都是机上无人操作的，都有科学验证的作用与价值。它们的不同在于功能不一样，性能不一样。航模一般不带任务载荷，而无人机再简单都要有任务载荷，要完成特定任务，包括大疆的“四旋翼”，上面装个云台，装个小照相机，那就是任务载荷，于是也就成了无人机。它们之间性能的差异主要反映在控制方式不同，航模百分之百是视距内手控，无人机可以有多种遥控手段，视距内视距外，包括事先装订程序的自动控制；将来要走向自主控制，即机内无人操作，机外也无需人工干预。

航模和无人机有区别，但是二者又有紧密的关系。我们要让孩子们在做航模的过程中，也同时学习和理解无人机的一些知识；在领悟航空模型的魅力的同时，去触摸无人机的事业；把参与航模制作活动、学习研制与操作无人机当做学知识、学做人的生动课堂，作为献身航空事业的最初的战场。但要告诉他们，中高端无人机之难之复杂，而不应把无人机全部低端化，不宜将无人机等同于航模。