研究表明，21世紀(jì)的軍事斗爭具有多樣化形式，在非常規(guī)作戰(zhàn)環(huán)境下，由排、班一級的小分隊直至單個士兵來執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的幾率增加，因此，對可由排、班直至單個士兵使用的微型無人機（MAV）系統(tǒng)提出了作戰(zhàn)需求。與傳統(tǒng)大型無人機相比，MAV具有自身獨特優(yōu)勢及軍事應(yīng)用價值。因此，在未來戰(zhàn)場上，傳統(tǒng)大型無人機和MAV可同時存在，協(xié)同作戰(zhàn)，作用互補。
一、有關(guān)MAV的基本定義及軍事應(yīng)用分析
隨著20世紀(jì)80年代末納米技術(shù)的研究以及各種先進的微型制造技術(shù)、微電機系統(tǒng)、微電子和先進的一體化技術(shù)的飛速發(fā)展，為研制MAV奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，出現(xiàn)了"納米"或"微納米"的新型武器。在這些武器中，發(fā)展最快、應(yīng)用最多的是納米或微納米飛行器，這將使單兵使用無人機系統(tǒng)成為可能。
為了使人們能更直觀地了解納米飛行器的功能和發(fā)展，一些專家把10cm左右的飛行器籠統(tǒng)地稱為納米飛行器。
美國通過對MAV所需的特殊空氣動力要求以及技術(shù)可行性研究后，一般把MAV的有關(guān)參數(shù)定義為：長、寬、高在15cm以下，重量在10~500g，最佳使用高度在45~60m，最高可達150m，飛行速度在10~20m/s，最大航程10km左右，最大續(xù)航時間在2h以上。有人把翼展或機體直徑不超過60cm的無人機也歸為MAV之列。
由于MAV可局部部署，通過小范圍偵察，可向單兵或小規(guī)模戰(zhàn)斗部隊提供所需要的信息，因此，可使部隊在偵察過程中的傷亡率大大減小，同時大幅提高作戰(zhàn)效率。MAV的主要軍事價值可歸納為如下幾點。
1.在復(fù)雜城市環(huán)境中作戰(zhàn)
由于MAV體積小、速度慢、機動靈活，可以由分散單兵、班、排一級的小分隊操作控制，因此，非常適合在建筑物林立眾多、地面極其復(fù)雜的城市環(huán)境中作戰(zhàn)，除此之外的其他大型飛行器就難以在這樣的復(fù)雜環(huán)境中完成相應(yīng)作戰(zhàn)任務(wù)。
2.低空偵察和通訊
MAV攜帶成像傳感器可進行全天候監(jiān)視偵察，甚至可飛到大型建筑物周圍、敵方窗臺上進行秘密偵察，探測建筑物內(nèi)部目標(biāo)活動情況，竊聽對方情報；當(dāng)在大部隊難以進入的偏遠山區(qū)作戰(zhàn)時，可用MAV完成偵察、監(jiān)視和通信任務(wù)，并可將偵察信息實時傳送回來。
3.實施高效電子干擾和對地攻擊
MAV發(fā)出的干擾信號雖然很小，但它可以飛到離敵人雷達很近的區(qū)域，實施高效干擾，如果增加MAV數(shù)量，其干擾效果則更佳；MAV可攜帶高能炸藥，被遙控定點飛行到敵方雷達或通訊中樞釋放，則可發(fā)起有效攻擊，取得事半功倍的作戰(zhàn)效果。
4.對生化武器進行探測、識別
生化武器的危害盡人皆知，在對這類武器進行識別和探測時，需要極其小心謹慎，但也難免造成沾染甚至不必要的傷亡，而MAV可以"毫無顧忌"地飛入這類目標(biāo)進行探測，不存在人員傷亡、沾染等問題。
5.協(xié)助跳傘求生飛行員逃生
MAV配置在大型作戰(zhàn)飛機彈射座椅上，飛行員跳傘求生時，MAV可以協(xié)助飛行員偵察敵情、向己方營救部隊發(fā)送求救信號，幫助飛行員逃生等。
此外，還可用于通信中繼、環(huán)境研究、對自然災(zāi)害監(jiān)視和救援、邊境巡邏與控制、毒品禁運、農(nóng)業(yè)勘測等民用的諸多方面。
二、MAV的研究進展
最早研制MAV并取得一定進展的國家主要是美國，英、法、德、以色列、瑞典和加拿大等國對MAV也很感興趣。
在1995年之前，美國的一些大學(xué)、工業(yè)研究所對MAV進行了開創(chuàng)性初始研究，之后，美國國防部預(yù)研局組建了MAV可行性研究小組，1996年正式成立了由用戶和研究人員共同組成的聯(lián)合小組，1997年制定了為期4年的研制和驗證計劃，1998年美國國防部預(yù)研局撥?？?500萬美元進行MAV的開發(fā)研制，計劃研制翼展為15cm 左右、航程5~10km、配有自動駕駛系統(tǒng)和電視攝像機并能晝夜傳送高質(zhì)量地面圖像，能夠執(zhí)行軍用任務(wù)的MAV。
目前，美國洛克希德和航空環(huán)境等公司已開發(fā)研制出多種型號的MAV，一部分已進入飛行試驗階段。此外，有關(guān)公司還對直升翼和撲翼型MAV開展研究。表1列出了幾種進入飛行試驗階段的MAV。
美國在研究MAV如何飛行的同時，對其機載設(shè)備，如微型慣導(dǎo)系統(tǒng)、微型gps 系統(tǒng)、微型飛控系統(tǒng)、微型動力裝置等多種系統(tǒng)也進行了同步研究。其中MAV發(fā)動機目前已研究了多種型號：（1）氫燃料微型渦噴發(fā)動機，它由硅制作，動力裝置重1g，可產(chǎn)生10~30W推力；（2）柴油發(fā)動機，只有2cm長，可產(chǎn)生80W推力；（3）輕型熱電發(fā)動機，直接把熱能轉(zhuǎn)化為電能，可從1cm3內(nèi)燃機的廢熱中產(chǎn)生20W電能。
美國海軍、海軍陸戰(zhàn)隊和陸軍有關(guān)部門對MAV也進行了研究。美國海軍在2001年展示的MAV主要用于近距雷達干擾和支援陸戰(zhàn)小分隊作戰(zhàn)行動，其長15cm，一次飛行20~30min；海軍的備選機型還有雙發(fā)MAV，其發(fā)動機外型像鉛筆，包括控制器和所有齒輪裝置的發(fā)動機全重僅為6g，當(dāng)效率為80%時，發(fā)動機輸出功率為2W，在旋轉(zhuǎn)速度為5000rpm時，最大連續(xù)輸出功率可達4W。除此之外，海軍與美國國防部預(yù)研局共同制定了研制微型機械飛行昆蟲項目，這是一種遙控型且可空中穩(wěn)定懸停的MAV，主要用于遠距離武器投放。
美國海軍陸戰(zhàn)隊與桑德斯公司合作研制了翼展48cm、重200g左右、配有完整傳感器的MAV，并已試飛。預(yù)計在2005年投入使用。
美國陸軍與有關(guān)公司正在發(fā)展手射型和管射型MAV，手射型MAV在不影響載體作戰(zhàn)的同時可從輕型卡車、布雷德利戰(zhàn)車等載體上發(fā)射；管射型MAV可用120/155mm火炮、火箭發(fā)射，射程可達50km左右，該種MAV可重復(fù)使用，空中飛行時間可達1h，配有全天候圖像傳感器，可發(fā)回高質(zhì)量圖像，價格為4000~8000美元/架。
目前MAV的研制工作主要集中在如何飛行上，而且同樣的技術(shù)可用在飛行器爬行、走動、滾動、跳躍和游泳等，如果MAV擁有這些能力，就可執(zhí)行多種特殊任務(wù)，如悄悄溜進他人門內(nèi)或通風(fēng)系統(tǒng)等，然后秘密部署傳感器或放置致命的或非致命的炸彈等武器。
三、MAV關(guān)鍵技術(shù)簡析
MAV是一個全新的研究課題，許多在有人飛行器或大型無人機上成熟的通用關(guān)鍵技術(shù)在MAV領(lǐng)域不再適用，對MAV的研制和發(fā)展，將面臨著許多關(guān)鍵技術(shù)的進一步研究、論證和實驗。
1.低雷諾數(shù)空氣動力學(xué)、全三維空氣動力學(xué)
因為MAV有尺寸微小、飛行速度低等特點，因此現(xiàn)行常規(guī)飛機的翼型設(shè)計技術(shù)在MAV上難以產(chǎn)生足夠的升力。如維持100g的MAV的正常飛行需要有8～9的升力系數(shù)，但是采用現(xiàn)有的翼型設(shè)計技術(shù)，當(dāng)MAV以40m/s飛行時，其升力系數(shù)只有1.0～1.5。因此，要使MAV正常飛行，必須深入研究和解決低雷諾數(shù)空氣動力學(xué)問題。
MAV整個飛行包線都處在20000~100000的低雷諾數(shù)范圍內(nèi)，此時機翼上的氣流具有難以模擬的效應(yīng)，如由層流分離引起的遲滯失速等問題，而在MAV低速飛行時層流起主導(dǎo)作用，它能產(chǎn)生想象不到的相當(dāng)大的力和力矩，因此，不能采用傳統(tǒng)的對二維機翼的分析方法，而必須采用全三維空氣動力學(xué)分析方法。但對飛行器采用全三維分析缺少可用數(shù)據(jù)，將遇到很大困難。
2.機載設(shè)備微型化技術(shù)
由于MAV體積很小，其上的各種機載系統(tǒng)如微型光電傳感器、通信鏈路、導(dǎo)航等系統(tǒng)比傳統(tǒng)飛機機載系統(tǒng)要大幅度減小，這將給這些系統(tǒng)的設(shè)計和研制帶來很多實際困難，同時這些系統(tǒng)涉及到的許多技術(shù)之間有很強的關(guān)聯(lián)性，因此，要對系統(tǒng)開發(fā)綜合考慮，這更增加了研制難度。例如，許多需要選用的探測器孔徑尺寸是根據(jù)某些物理定律決定的，同時它所達到的能量密度又與它的電源體積有關(guān)，因此，必須通盤考慮探測器和電源的研制，亦可研制多功能系統(tǒng)，如可以讓天線同時兼作配平安定面，支架充當(dāng)多種任務(wù)角色等。
3.微機電技術(shù)
微機電系統(tǒng)是微電路和微機械按功能要求在芯片上集成的一個獨立的智能系統(tǒng)，主要包括傳感器、制動器、電源、信號處理和控制電路等系統(tǒng)，其尺寸為μｍ ～ ｎｍ級，整個系統(tǒng)體積為１ｍｍ３或更小，并且要具有響應(yīng)快、低能耗、可靠性高、易于更換、制造成本低、機械特性及電氣特性好等特點，這將給研制系統(tǒng)帶來很大難度。
4.微型推進技術(shù)
微型動力裝置是ＭＡＶ性能好壞的關(guān)鍵因素之一，該系統(tǒng)的研制難度更大。目前采用的技術(shù)方案包括蓄電池、鋰電池的電動機，微型柴油發(fā)動機等，為進一步提高微型驅(qū)動設(shè)備的效率，美國麻省理工學(xué)院正在實驗室環(huán)境下開發(fā)微型渦輪噴氣發(fā)動機，據(jù)稱，該類微型裝置可采用生產(chǎn)計算機芯片相同的技術(shù)和設(shè)備，實現(xiàn)批生產(chǎn)，其尺寸可縮小到米粒大小，前景非?？捎^。
5.一體化技術(shù)
對于ＭＡＶ來說，更需要將諸如動力裝置和機體結(jié)構(gòu)等系統(tǒng)進行一體化設(shè)計，但是采用常規(guī)的硬件一體化技術(shù)對ＭＡＶ來說難以奏效，必須另辟蹊徑。目前飛速發(fā)展的微電子、微電機技術(shù)為其發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
6.飛行控制技術(shù)
對于低速飛行的ＭＡＶ，如何有效地控制其在陣風(fēng)以及紊流的氣象條件下正常飛行，并完成作戰(zhàn)任務(wù)是很困難的。因為在常規(guī)飛機上采用的可操縱翼面和小型作動器技術(shù)套用在ＭＡＶ上根本行不通，必須研究其他可行技術(shù)來實現(xiàn)對ＭＡＶ的飛行控制。目前正研究采用環(huán)量控制技術(shù)來控制ＭＡＶ的飛行，該技術(shù)的工作原理是讓吹過圓形機翼后緣表面的一層高速空氣吸附在其表面上，使駐點后移，從而在減小阻力的同時增加環(huán)量和升力。
環(huán)量控制技術(shù)曾在２０世紀(jì)７０年代末的Ａ－６飛機上進行過增升飛行試驗，可使飛機在沒有可操縱翼面的情況下，升力系數(shù)達到５．５以上，如有較小的可操縱襟翼，可使升力系數(shù)達到８～９。該技術(shù)不僅可提高升力，還能實現(xiàn)空氣動力控制。實驗表明，采用環(huán)量控制技術(shù)實現(xiàn)ＭＡＶ的飛行控制是可行的，但還有許多技術(shù)問題需要深入研究。
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