撲翼式超微型無人機
提到現(xiàn)代戰(zhàn)爭，不少人首先都會想到裝甲車、航母、戰(zhàn)斗機這些大型武器裝備，而在不遠(yuǎn)的未來，一種外形如蜻蜓般大小，重量只有10克左右，比普通航模還小的微型飛行器或許能發(fā)揮出比傳統(tǒng)武器更強大的作用，成為決定一場戰(zhàn)斗勝負(fù)的關(guān)鍵因素。
據(jù)美國趣味科學(xué)網(wǎng)報道，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）正在資助一個名為“超微型無人機（NAV）”的項目，計劃研制出一種可在樓群間和建筑物中自如飛行的微型無人偵察機。這種飛行器可由單兵隨身攜帶操控，為巷戰(zhàn)等特殊環(huán)境中的戰(zhàn)斗人員提供及時的戰(zhàn)場情報，從而避免不必要的人員傷亡。
半個手掌大的迷你飛機
“超微型無人機”項目的目的是為城市巷戰(zhàn)研發(fā)出一種超輕、超小的無人飛行器，這種飛行器可同時在室內(nèi)室外飛行，具有垂直爬升、速降和左右橫飛的能力。根據(jù)研發(fā)要求，該機機身各個方向的尺寸應(yīng)不超過7.62厘米，最高飛行時速應(yīng)達到32公里，能在建筑物內(nèi)部以每小時1.6公里的速度低速飛行，可經(jīng)受住時速為8公里的陣風(fēng)，作業(yè)范圍應(yīng)達到2.4公里，能持續(xù)飛行至少20分鐘。
項目初始階段共有洛克希德·馬丁公司先進技術(shù)實驗室組、德雷帕實驗室、航空環(huán)境公司和微型推進公司4家廠商和研究機構(gòu)參與。目前項目已進入第二階段，各家機構(gòu)也已公布了其設(shè)計方案或原型機。洛克希德·馬丁公司采用了單片式飛翼的設(shè)計方案，德雷帕實驗室采用了共軸雙旋翼設(shè)計，航空環(huán)境公司和微型推進公司則分別采用了類鳥撲翼設(shè)計和類昆蟲撲翼設(shè)計。
其中洛克希德·馬丁公司采用了單片式飛翼布局，飛行器通過自身高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，機長約3.8厘米，最大起飛重量10克，有效荷載1.98克，自帶通訊導(dǎo)航設(shè)備和電池。而美國航空環(huán)境公司的設(shè)計看上去更像是一只蜂鳥，其公布的原型機重10克，自身攜帶能量，依靠兩個翅膀的振動獲得推進力，可在低空進行盤旋。該公司稱，該項目的第二階段將于今夏結(jié)束，到時該機的續(xù)航能力將達到11分鐘至20分鐘。
美國國防部高級研究計劃局相關(guān)人士評價稱，超微型無人機將目前人類空氣動力學(xué)和能量轉(zhuǎn)化效率方面的技術(shù)都推向了極限，將是航空科技的一個里程碑，這種飛行器將使目前城市環(huán)境下的軍事偵察能力得到大幅提升。
“克克計較”的荷載考驗
由于超微型無人機的重量一般只有10克左右，除去必要的動力、通訊和飛行控制設(shè)備外，其有效荷載空間已非常有限，而增加的重量又會在一定程度上縮短飛行器的續(xù)航時間，因此，其他任何一絲一毫的重量都要經(jīng)過精確計算。
超微型無人機主要戰(zhàn)術(shù)目的是提升戰(zhàn)場的信息化水平。根據(jù)設(shè)想，它應(yīng)能夠像飛蟲一樣盤旋在空中或者隱藏在某個角落，將目標(biāo)區(qū)域的圖像和聲音傳給數(shù)公里之外的控制人員。而在搭載了其他傳感和偵察設(shè)備后，它還能用于執(zhí)行目標(biāo)跟蹤、戰(zhàn)果評估、有害物質(zhì)檢測等任務(wù)。而實現(xiàn)這一系列目標(biāo)的關(guān)鍵將取決于飛行器的有效荷載量。
因此，德雷帕實驗室戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)項目主任尼爾·亞當(dāng)表示，很多人都能造出可以飛的微型飛行器，但真正能體現(xiàn)技術(shù)水準(zhǔn)的是在保證重量、尺寸、續(xù)航時間等因素不變的前提下提高有效荷載量。
向昆蟲學(xué)習(xí)自主飛行
與最高升限可達萬米、最大時速可達數(shù)百公里的常規(guī)無人機不同，超微型無人機的設(shè)計初衷是用于小規(guī)模巷戰(zhàn)，作戰(zhàn)環(huán)境多是擁擠的城市街道或洞穴等。由于高大建筑物的屏蔽作用，這類地區(qū)的gps（全球定位系統(tǒng)）信號一般都非常弱。如果僅僅依靠GPS導(dǎo)航，一旦失去GPS信號或者只有間歇性的信號，只需幾秒鐘的時間飛行器就會從空中跌落或是撞上其他物體。因此，如何導(dǎo)航成了一個亟待解決的關(guān)鍵問題。
亞當(dāng)也承認(rèn)，德雷帕實驗室很大一部分的工作都集中在了視覺的傳感器系統(tǒng)的研發(fā)上。洛克希德·馬丁公司所提供的NAV方案最終也采用了兩種控制模式，在戶外時為半自主飛行，在室內(nèi)才通過無線電直接控制。但最理想的飛行模式仍是自主飛行，因為這樣控制人員就能把更多的精力集中到對目標(biāo)的搜尋和跟蹤上。
美國馬里蘭大學(xué)航空航天工程系教授肖恩·亨伯特說，在超微型無人機的世界里，成功的關(guān)鍵取決于飛行器的大小、重量和動力來源，但這三大因素都會限制在NAV上安裝自主飛行系統(tǒng)的空間。研究人員希望能通過對昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)的研究，為無人機設(shè)計出既輕巧又強大的“飛行神經(jīng)”。亨伯特及其團隊是美國陸軍研究實驗室的微型自主科技協(xié)同技術(shù)聯(lián)盟中心的主要成員，目前正在進行與微型仿生系統(tǒng)相關(guān)的研究。
亨伯特說：“小昆蟲身上并沒有安裝奔騰處理器，卻能很好地完成各種飛行動作，做自己要做的事情。或許，我們應(yīng)該知道它們腦子里在想些什么，這樣我們就能將其為我所用。昆蟲的很多生理結(jié)構(gòu)都具有多重功能，從生物學(xué)上看，它們生來就具有多任務(wù)處理能力。雖然目前這項研究還處于早期階段，還有許多開創(chuàng)性的工作需要完成，但或許10年到15年內(nèi)，在實戰(zhàn)中我們就能看到這種裝備了自主飛行系統(tǒng)的超微型無人機。”
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