撲翼式超微型無(wú)人機(jī)
提到現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，不少人首先都會(huì)想到裝甲車、航母、戰(zhàn)斗機(jī)這些大型武器裝備，而在不遠(yuǎn)的未來(lái)，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(qiáng)大的作用，成為決定一場(chǎng)戰(zhàn)斗勝負(fù)的關(guān)鍵因素。
據(jù)美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）正在資助一個(gè)名為“超微型無(wú)人機(jī)（NAV）”的項(xiàng)目，計(jì)劃研制出一種可在樓群間和建筑物中自如飛行的微型無(wú)人偵察機(jī)。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(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)，從而避免不必要的人員傷亡。
半個(gè)手掌大的迷你飛機(jī)
“超微型無(wú)人機(jī)”項(xiàng)目的目的是為城市巷戰(zhàn)研發(fā)出一種超輕、超小的無(wú)人飛行器，這種飛行器可同時(shí)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(jī)機(jī)身各個(gè)方向的尺寸應(yīng)不超過(guò)7.62厘米，最高飛行時(shí)速應(yīng)達(dá)到32公里，能在建筑物內(nèi)部以每小時(shí)1.6公里的速度低速飛行，可經(jīng)受住時(shí)速為8公里的陣風(fēng)，作業(yè)范圍應(yīng)達(dá)到2.4公里，能持續(xù)飛行至少20分鐘。
項(xiàng)目初始階段共有洛克希德·馬丁公司先進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室組、德雷帕實(shí)驗(yàn)室、航空環(huán)境公司和微型推進(jìn)公司4家廠商和研究機(jī)構(gòu)參與。目前項(xiàng)目已進(jìn)入第二階段，各家機(jī)構(gòu)也已公布了其設(shè)計(jì)方案或原型機(jī)。洛克希德·馬丁公司采用了單片式飛翼的設(shè)計(jì)方案，德雷帕實(shí)驗(yàn)室采用了共軸雙旋翼設(shè)計(jì)，航空環(huán)境公司和微型推進(jìn)公司則分別采用了類鳥撲翼設(shè)計(jì)和類昆蟲撲翼設(shè)計(jì)。
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(guò)自身高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，機(jī)長(zhǎng)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(guó)航空環(huán)境公司的設(shè)計(jì)看上去更像是一只蜂鳥，其公布的原型機(jī)重10克，自身攜帶能量，依靠?jī)蓚€(gè)翅膀的振動(dòng)獲得推進(jìn)力，可在低空進(jìn)行盤旋。該公司稱，該項(xiàng)目的第二階段將于今夏結(jié)束，到時(shí)該機(jī)的續(xù)航能力將達(dá)到11分鐘至20分鐘。
美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局相關(guān)人士評(píng)價(jià)稱，超微型無(wú)人機(jī)將目前人類空氣動(dòng)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(gè)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(jì)較”的荷載考驗(yàn)
由于超微型無(wú)人機(jī)的重量一般只有10克左右，除去必要的動(dòng)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(huì)在一定程度上縮短飛行器的續(xù)航時(shí)間，因此，其他任何一絲一毫的重量都要經(jīng)過(guò)精確計(jì)算。
超微型無(wú)人機(jī)主要戰(zhàn)術(shù)目的是提升戰(zhàn)場(chǎng)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(gè)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(píng)估、有害物質(zhì)檢測(cè)等任務(wù)。而實(shí)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(shí)驗(yàn)室戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)項(xiàng)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(shí)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(dá)萬(wàn)米、最大時(shí)速可達(dá)數(shù)百公里的常規(guī)無(wú)人機(jī)不同，超微型無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)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(hào)一般都非常弱。如果僅僅依靠GPS導(dǎo)航，一旦失去GPS信號(hào)或者只有間歇性的信號(hào)，只需幾秒鐘的時(shí)間飛行器就會(huì)從空中跌落或是撞上其他物體。因此，如何導(dǎo)航成了一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
亞當(dāng)也承認(rèn)，德雷帕實(shí)驗(yàn)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(shí)為半自主飛行，在室內(nèi)才通過(guò)無(wú)線電直接控制。但最理想的飛行模式仍是自主飛行，因?yàn)檫@樣控制人員就能把更多的精力集中到對(duì)目標(biāo)的搜尋和跟蹤上。
美國(guó)馬里蘭大學(xué)航空航天工程系教授肖恩·亨伯特說(shuō)，在超微型無(wú)人機(jī)的世界里，成功的關(guān)鍵取決于飛行器的大小、重量和動(dòng)力來(lái)源，但這三大因素都會(huì)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(guò)對(duì)昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)的研究，為無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)出既輕巧又強(qiáng)大的“飛行神經(jīng)”。亨伯特及其團(tuán)隊(duì)是美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)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(jìn)行與微型仿生系統(tǒng)相關(guān)的研究。
亨伯特說(shuō)：“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(dòng)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(lái)就具有多任務(wù)處理能力。雖然目前這項(xiàng)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(shí)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(wú)人機(jī)。”
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