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無(wú)人機(jī)變身空中機(jī)器人

   智能程度的提高，讓無(wú)人機(jī)日益向空中機(jī)器人發(fā)展。機(jī)器人在空中既要控制自己的姿態(tài)和行動(dòng)，又要完成預(yù)先指定的任務(wù)，這一切實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不容易。

　　無(wú)人機(jī)家族是飛機(jī)里最為神秘的一支，人們幾乎總是要等到原型機(jī)發(fā)布后才能一窺它的外觀，再到正式部署軍隊(duì)若干年后，各項(xiàng)性能指標(biāo)和技術(shù)秘密才會(huì)逐漸浮出水面。然而一項(xiàng)大賽卻將它推向了公眾視野，雖然體積小重量輕，而且長(zhǎng)相各異，卻代表了世界上該項(xiàng)技術(shù)的最前沿。正是通過(guò)這個(gè)賽事，無(wú)人機(jī)被賦予了一個(gè)新名字：空中機(jī)器人。

　　無(wú)人飛機(jī)，還是會(huì)飛的機(jī)器人？

　　11 月9 日落幕的珠海國(guó)際航展上，包括“暗劍”、“戰(zhàn)鷹”在內(nèi)的數(shù)十款中國(guó)產(chǎn)無(wú)人機(jī)模型集體亮相，令不少軍事愛(ài)好者和媒體記者們“激動(dòng)不已”。不過(guò)，這些無(wú)人機(jī)多數(shù)還只是概念模型，有的還在試驗(yàn)階段，不少更被指為“山寨版”。

　　所謂“無(wú)人機(jī)”，乍聽(tīng)上去似乎和機(jī)器人完全是兩碼事——伸展的機(jī)翼、碩大的機(jī)體、裝有各種復(fù)雜儀表的駕駛艙⋯⋯自萊特兄弟以后，飛機(jī)在人們眼中似乎已形成一種刻板的印象。機(jī)器人的模仿對(duì)象是人，而飛機(jī)的模仿對(duì)象卻是鳥(niǎo)，怎么會(huì)是一回事呢？然而，今天“空中機(jī)器人”的概念已超越了這樣的思維定勢(shì)。

　　美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的教授羅伯特 米切爾森(Robert Michelson)是“空中機(jī)器人”概念的發(fā)明者，他認(rèn)為，無(wú)人機(jī)本質(zhì)上是各種能在空中自主飛行的飛行器，它本身就是一種特殊的機(jī)器人——和地面“機(jī)器人”相比，它會(huì)飛，卻不具人形；而與無(wú)人“飛機(jī)”相比，它又像“機(jī)器人”一樣，有自己的眼和腦，能自己控制自己的行動(dòng)。

　　日本雅馬哈RMAX 小型直升機(jī)也許是世界上最先進(jìn)的航模。2008 年9 月，佐治亞理工學(xué)院就是靠它改裝而成的GTAR 無(wú)人機(jī)，贏得了一項(xiàng)等待了整整7 年的獎(jiǎng)金。按照規(guī)則， 無(wú)人機(jī)必須自己飛行到3000 米外的區(qū)域，找到地面上的一座房屋，確定房屋的門(mén)窗位置后，想辦法拍攝到房屋內(nèi)部的照片，并將照片發(fā)回地面站。

　　拋棄無(wú)人機(jī)背后的遙控器，這小小的要求看似簡(jiǎn)單，卻隱含了一個(gè)巨大的跨越：智能。讓飛機(jī)具有智能，不僅意味著它能自己實(shí)現(xiàn)起飛、飛行和降落，還意味著它能拋開(kāi)人的任何控制，獨(dú)立在空中完成掉頭、懸停、認(rèn)路以及執(zhí)行各種機(jī)動(dòng)任務(wù)。出于競(jìng)賽規(guī)則及可行性的考慮，參賽團(tuán)隊(duì)最經(jīng)常使用的空中機(jī)器人平臺(tái)仍是各種航模飛機(jī)，只是要將遙控設(shè)備卸下，給飛機(jī)重新裝上復(fù)雜的控制系統(tǒng)及各種感應(yīng)器：一臺(tái)GPS 定位系統(tǒng)、一臺(tái)自動(dòng)攝像機(jī)、幾根天線、密布著的傳感器、以及用來(lái)調(diào)整姿態(tài)的慣性測(cè)量單元等，還需要給它的機(jī)載計(jì)算機(jī)里輸入一些預(yù)先編好的程序。這無(wú)異于給一架飛機(jī)的軀殼裝上“眼睛”和“耳朵”，并實(shí)施“換腦”手術(shù)，還要讓它們很好地和“身體”與“翅膀”協(xié)調(diào)工作。

　　艱難的超越

　　2008 年11 月，在清華大學(xué)的無(wú)人機(jī)實(shí)驗(yàn)室里，博士生王冠林所在的團(tuán)隊(duì)也在緊張地準(zhǔn)備著一場(chǎng)比賽。12 月初，中國(guó)自己的空中機(jī)器人競(jìng)賽就要在中山舉行。王冠林既是清華參賽隊(duì)里的大師兄，也是整個(gè)空中機(jī)器人項(xiàng)目的規(guī)則設(shè)計(jì)者之一。

　　“我們和國(guó)外的差距至少在10 年以上?！蓖豕诹纸榻B說(shuō)，國(guó)內(nèi)的比賽還沒(méi)有完全擺脫遙控器。今年這已經(jīng)是無(wú)人程度最高的一次——飛行階段完全實(shí)現(xiàn)自主，但起飛和降落時(shí)還需要有人工指令的介入。而在國(guó)外，佐治亞理工隊(duì)早在1992 年就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種程度的智能化。

　　為確保飛行階段不能有人工介入，這一年的飛行距離被強(qiáng)制擴(kuò)大了。飛機(jī)起飛后，需穿越一段視距直線長(zhǎng)度達(dá)3000 米的無(wú)人地帶，可能是草地、荒野、農(nóng)田或者水面，除了區(qū)域邊界上有裁判員觀察飛機(jī)是否出界以外，任何參賽人員均不允許靠近。這意味著，在飛離視線范圍后只能由飛機(jī)自己來(lái)完成飛行任務(wù)，直到搜救階段開(kāi)始。

　　在國(guó)內(nèi)比賽史上，這還是第一次超視距的飛行任務(wù)。11 月初，他們從甘肅訂購(gòu)的機(jī)體已經(jīng)到達(dá)，其他諸如GPS、攝像機(jī)以及各種傳感器也將在陸續(xù)抵達(dá)后，按照他們的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，被裝配到機(jī)體上去，并將預(yù)先編制好的程序指令輸入機(jī)載計(jì)算機(jī)。

　　中山市火炬國(guó)際會(huì)展中心，里面的一處寬闊的停車(chē)場(chǎng)現(xiàn)在已經(jīng)是一片雜草坪。這里將被用來(lái)作為本屆空中機(jī)器人組比賽的主場(chǎng)地，3000 米外的另一處場(chǎng)地將作為搜救區(qū)域。屆時(shí)，地面上將用醒目的紅色劃上一個(gè)2×2 米的“十”字，周?chē)€將散落著5 個(gè)塑料人“傷員”，他們的某些肢體還會(huì)不停揮動(dòng)以模仿呼救者。

　　救援是此次比賽的關(guān)鍵任務(wù)。自主飛行無(wú)人機(jī)進(jìn)入搜救區(qū)域后需要尋找到這些“傷員”，確定其經(jīng)緯度坐標(biāo)，然后向艙外伸出攝像機(jī)俯視拍照，并將照片傳回地面站。接著，飛機(jī)需要發(fā)現(xiàn)地面的紅“十”字標(biāo)識(shí)，在半徑5 米的圓形區(qū)域內(nèi)投放“救援物資”——一個(gè)30 克重的橙色長(zhǎng)方形紙盒。所有這些工作完成后，才可以掉轉(zhuǎn)頭返回并著陸。

　　真正能飛的機(jī)器人

　　汶川大地震發(fā)生后，由中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)研制的一種名為“華鷹”號(hào)的救援無(wú)人機(jī)亮相，它重20千克，長(zhǎng)約2 米，翼展2.6 米的身體盤(pán)旋在災(zāi)區(qū)上空，通過(guò)機(jī)上裝載的自動(dòng)攝像機(jī)，為地面救援人員及時(shí)傳送回了大量清晰的災(zāi)情照片。它起飛后會(huì)先盤(pán)旋一圈，這是為了檢驗(yàn)飛行狀態(tài)，然后按照預(yù)先設(shè)定的航線，自動(dòng)飛往預(yù)定目標(biāo)執(zhí)行任務(wù)。如果周?chē)鷽](méi)有突出的障礙物，它需要一條100 米長(zhǎng)的跑道就可以實(shí)現(xiàn)自主起降。如果采用遙控，跑道只需要20 米。

　　“華鷹”號(hào)是一架固定翼無(wú)人機(jī)，它依靠氣流和固定的雙翅飛行，不像螺旋機(jī)那樣可以依靠頭頂產(chǎn)生的升力懸停在空中，由于機(jī)動(dòng)性不夠，在低飛過(guò)程中拍出來(lái)的照片清晰度也有限?？罩袡C(jī)器人比賽也因此特別設(shè)置了兩個(gè)組，將固定翼組和旋翼組分開(kāi)進(jìn)行，這也是國(guó)際上的慣例。然而旋翼無(wú)人機(jī)雖然機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，穩(wěn)定性也更難以控制，因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)也要困難得多?！霸诳罩蟹€(wěn)定懸停就是一個(gè)難題?！蓖豕诹纸榻B說(shuō)。

　　目前固定翼無(wú)人機(jī)主要用于執(zhí)行速度較快、距地較高的任務(wù)。它一旦攜帶上武器，就可以實(shí)行空中打擊。然而對(duì)于拯救人命這樣的任務(wù)，它卻望塵莫及。這也正是目前無(wú)論國(guó)際還是國(guó)內(nèi)，旋翼無(wú)人機(jī)雖然更具難度，卻更吸引人挑戰(zhàn)的原因之一。

　　南京航空航天大學(xué)副校長(zhǎng)梁德旺認(rèn)為，從整個(gè)以戰(zhàn)斗機(jī)為代表的軍用飛機(jī)發(fā)展史來(lái)看，在過(guò)去是以活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的亞聲速飛行時(shí)代，當(dāng)前是以噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的超音速時(shí)代，未來(lái)則將是無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)，或者說(shuō)是無(wú)人機(jī)的時(shí)代。

　　從以消滅生命為主題，到以搶救生命為主題，預(yù)示了軍用無(wú)人機(jī)和民用無(wú)人機(jī)在應(yīng)用上融合的趨勢(shì)。而從戰(zhàn)斗型無(wú)人機(jī)到救援型空中機(jī)器人，各自并行不悖的兩條脈絡(luò)為這一趨勢(shì)的發(fā)展提供了可能。就在不久前，美國(guó)宇航局也宣布成立了無(wú)人機(jī)研發(fā)中心，試圖以空間機(jī)器人替代帶輪子的月球車(chē)?？磥?lái)，無(wú)人機(jī)作為飛機(jī)的歷史已經(jīng)行將結(jié)束，隨著智能化的進(jìn)一步提升，下一代的無(wú)人機(jī)將成為真正的能飛的機(jī)器人。