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            圖片報道

            一、無人機發展歷程



            無人駕駛飛機簡稱無人機(UAV),是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。 與載人飛機相比,它具有體積小、造價低、使用方便、對作戰環境要求低、戰場生存能力較強、沒有人員傷亡 和降低人為失誤等優點,將成為未來戰場中的重要力量。無人機的本質就是用電子設備代替飛行員飛行的飛行 器,目前無人機需要地面控制系統等一套系統配合才能實行其功能,這一系統被稱為無人機系統(UAS)。



            無人機(UAV,Unmanned Aerial Vehicle),是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載 人飛機。機上無駕駛員,但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設備。地面、艦艇上或母機遙控站人員通過雷 達等設備,對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數字傳輸。



            無人機系統(UAS,Unmanned Aircraft System)一般由飛機平臺系統、有效載荷系統(信息采集系統) 和地面控制系統三大部分組成。飛機平臺系統和有效載荷系統組成了整個飛行器,根據負載能力和實現任務的 不同,一個平臺可以搭載多套有效載荷系統,實現復雜功能。有效載荷系統是無人機搭載的各種任務設備,如 雷達,發射機,攝像機等。地面控制系統是人和無人機有效溝通的樞紐。



            1.1 無人機發展歷程



            無人機誕生于軍事需求。無人機的概念最早在 20 世紀 20 年代出現,自航空技術誕生之初,軍方就對無人 駕駛飛機的概念很感興趣,首先研制出飛行炸彈、靶機,然后又推出了無人偵察機。一個世紀以來的全面戰爭、 局部戰爭是無人機技術進步的主要推動力。



            無線遠程控制系統和陀螺儀的研發成功形成了第一批無人機操作系統。在一戰期間,軍方就掌握了足夠 的航空技術,將飛機應用于空中偵察、打擊敵軍等方面。早期空戰戰場的死亡率很高,各國軍隊自然而然萌生 了制造不需要飛行員操作的飛機的想法,而為達成這個目的,需要擁有能夠遠程指揮、控制飛行的技術。1898年,塞爾維亞裔美國發明家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在一艘名為 Teleautomaton 的船上首次使用了無 線遠程控制系統;1909 年,美國發明家埃爾默·安布羅斯·斯佩里(Elmer Ambrose Sperry)成功研發出慣 性測量儀的雛形——用于穩定飛機的陀螺儀。至此,無人操作飛機的技術儲備已初步完成。但是由于此時設計 的各種初代無人機在執行任務后無法自發回到起點,這就使得其價值利用程度較低。



            一戰后,出現可回到起點的無人機,無人機可作為靶機使用。在一戰后、二戰前這段時期,主流思想主 張把無人機做成靶機,用來訓練炮兵、防空部隊和遙控靶機的飛行員。同時,這也是一種回收利用一戰大量庫 存飛機的好辦法。英國在 20 世紀 30 年代末把“虎蛾”(Tiger Moth)雙翼飛機改造成靶機,將其重新命名為 “女王蜂”(Queen bee),這是世界上第一款可以在執行任務后回到起點的無人機,極大地提升了無人機技 術的應用價值,使得這項技術有了更廣闊的應用前景。蜂王號無人機最高飛行高度 17000 英尺(約合 5182 米),最高航速每小時 100 英里(約合 160 公里),可以認為蜂王號無人機是后世無人機的初代機。



            第二次世界大戰期間,德國的飛行炸彈得到了廣泛的應用。在二戰的參戰各方中,德國是唯一能夠工業 化批量生產并在實戰中應用“飛行炸彈”的國家:首先出現的是翼展 6 米、長 8 米的 V1 飛彈,能夠攜帶大約 1 噸炸藥,可飛行 200 公里,在飛行速度達到 600 公里/小時的時候,精確度約 12 公里。V1 飛彈更主要的作用 是侵蝕盟軍斗志,而非摧毀敵方設施。后來,V1 飛彈被各方面性能更加卓越的 V2 飛彈所取代。V2 飛彈由火箭 引擎推動,射程 320 公里,飛行速度 5000 公里/小時。在當時,V2 飛彈幾乎無堅不摧,甚至可以飛入太空。



            德軍已經能夠利用自己的技術制造出其他型號的無人機。1943 年 9 月,盟軍繳獲的意大利裝甲船“羅馬 號”(Roma)被一枚“魯赫斯塔赫”SD1000 飛彈(Ruhrstahl)以前所未有的精確度擊中。這種飛彈發射以后, 制導團隊一直遠程遙控飛彈直到擊中目標。盟軍很多艦船同樣難逃厄運,遭到更先進的導彈——“亨舍 爾”HS293 飛彈(Henschel)襲擊。盟軍方面也針鋒相對,研發出成熟的應對策略,比如無線電干擾、摧毀導 航飛機等。



            二戰結束,冷戰落下鐵幕,無人偵察機應運而生。冷戰開啟,大國之間互相警惕,炮兵部隊需要高效的 偵查方式,而這類任務對于由飛行員操縱的普通飛機來說非常危險,因此,催生了戰術無人機(或“無人偵察 機”)。無人機以高速低空掠過戰場上空,給常規目標或者核武器拍照,然后憑借降落傘著陸,軍隊立即回收, 再洗印膠片。陸軍最接近戰場,他們可以不呼叫空軍協助,轉而使用無人機,這一戰術讓處理信息的時間縮短, 實現迅速反擊。冷戰兩側陣營盡管名義上處于和平狀態,其實彼此迫切希望監視對方。美方使用偵察機在蘇聯 境內實施高空偵查,也曾使用“螢火蟲”無人偵察機對越南、中國等地進行監視,累計飛行 3400 余次。由于 “螢火蟲”翼展很小,可靈活投放。



            盡管美國在冷戰時期使用的無人機技術獲得了成功,但是,無人機在防空炮火和戰斗機面前仍顯得脆弱無 力,極易遭到攻擊。鑒于無人機的缺陷和損失,加上遙控導航技術并沒有完全成熟,無人機在美軍眼中漸漸失 去了價值。美軍從越南撤軍之后,無人機技術也被束之高閣。



            無人機因在反恐戰爭中發揮了重要作用受到重視。恐怖主義威脅對以色列來說如同芒刺在背,促使其在 無人機領域保持領先地位,與美國分庭抗禮,共同引領無人機技術的尖端科技。1982 年,以色列接下了無人 機技術研發的火炬,獲得舉世矚目的成就。在“加利利和平行動”中,以色列在進攻貝魯特時,使用無人偵察 機與由飛行員駕駛的飛機協同行動,同時,還使用小型無人機作為誘餌迷惑敵方的防御力量。很快,以色列取 得制空權,為其展開地面部隊行動提供了很大便利。以色列無人機出口量占市場總量的 70%,主要出口南非。



            新世紀以來,無人機從偵查為主向查打一體轉變。此前,無人機的作用僅僅是發現目標,然后會被敵軍 飛機或者高射炮擊毀?!奥邮痴摺睙o人機配備武器,徹底扭轉了這種劣勢。它可以在任務的后半程自動填彈, 并探測攻擊造成的損失范圍,其處理數據的時間大大縮短,而精確度則大大增強?!奥邮痴摺睙o人機于 2001 年在伊拉克發射了第一枚導彈,之后在也門發動了第二次襲擊。



            隨著電子系統的微型化,無人機發展出單兵使用功能。自 21 世紀初,微型化技術讓研制放入背包里的便 攜式無人機成為可能。如果敵人布下陷阱、準備伏擊,裝備這種無人機的步兵不必以身犯險就能夠看到山丘或 者建筑物背后的情況。無人機變成了一種帶著翅膀的望遠鏡。美國天空環境公司研發了 RQ-11“渡鴉”迷你無 人機,固定機翼翼展 1.3 米,質量不足 2 公斤。該無人機配備攝像機和視頻接收器,活動范圍 10 公里。步兵 手持投出這種無人機,起飛后可以通過視頻接收器在屏幕上看到圖像。在降落時,無人機尾翼轉向,無人機隨 重力落下,撞擊地面時,機翼與機身分離成幾個部分,而分離的部分很容易重新組裝,便于下次飛行。



            1.2 主要國家無人機發展情況



            美國是目前無人機最大的研制生產國,技術和裝備規模都處于領先位置,以色列、俄羅斯、土耳其以及歐 洲等國也具有較強的無人機生產能力。特別是近些年無人機在中東戰場上發揮了重要作用,各國高度重視軍用 無人機的發展,軍用無人機需求量呈現不斷擴大態勢。



            從用途來看,無人機最早的用途為偵察與打擊,后來陸續發展出運輸、加油、僚機等輔助功能。早在 1995 年美國就研發出 MQ-1 捕食者查打一體無人機,后來到 2000 年全球鷹的服役使得無人機具有更廣的偵察 距離。在 2019 年美軍無人機分類情況中,“軍事情報監視與偵察無人機”占比 61%,“運輸無人機”占比 6%, 其他加起來則是 33%。由此可見目前“情報、監視與偵察”是仍是美軍無人機主要用途,美國也在積極發展無 人機的其他用途,最新的 MQ25 艦載無人機有望實現空中加油。



            從大小來看,美國無人機從大中型無人機向大中小微全系列發展。上世紀 90 年代服役的無人機以中大型 為主,2000 年發展出可單兵攜帶的潛行者、RQ-11、RQ-12 等小型無人機等,最新的納米級旋翼無人機 Snipe Nano 只有 140g 重,屬于微型無人機,美軍還在研制模仿昆蟲或鳥飛行的飛行器。美軍將起飛重量大于 600kg 的無人機稱為重型無人機,介于 150kg-600kg 的無人機稱為中型無人機,而介于 20kg-50kg 的無人機則稱為輕 型無人機。在 2019 年分類情況中,重型占 51%,中型占 26%,輕型則占 23%。



            從性能來看,無人機向著高速、長航時、隱身以及裝配高性能傳感器發展。從美國無人機的發展歷程來看, 為滿足高速、長航時的需求,發動機從活塞動力向渦扇動力發展。新一代偵查無人機如 RQ180 等主打隱身功 能,將替代隱身性能較差的全球鷹等老一代產品。傳感器也向著有源相控陣雷達、紅外、光電復合傳感系統發 展。



            后續來看,隨著無人機技術的不斷發展,美軍無人機系統將向“促進作戰裝備體系革新”、“作戰任務更加 多樣”、“全維偵察打擊”、“突破防御體系的飽和攻擊”、“持續騷擾消耗性打擊”、“高新技術碾壓式打擊”等幾 個大的方向發展。



            1.3 中國無人機發展情況



            我國軍用無人機的研究起步于上世紀 50 年代末,當時無人機主要是作為靶機使用,長空一號(CK-1) 高速無人靶機就是在這種背景下誕生的,并于 1966 年 12 月 6 日首飛成功。無偵 5 是一種在高空、高亞 音速條件下飛行,主要用于軍事偵察、高空攝影、靶機或地質勘測、大氣采樣等科學研究,執行晝間高 空攝影偵察任務的無人機,也是唯一經歷過對越自衛反擊戰的無人機。



            21 世紀以來,我國研發出了一系列具有中國特色的軍用無人機,已經形成了一些較成熟的無人機產 品系列,例如 ANS301 反輻射無人機、BZK-005 察打一體無人機等,“翼龍”、彩虹”等中大型察打一體無 人機在也海外取得較高的市場份額。在 2019 年新中國成立 70 周年國慶大閱兵上,我國于無人作戰第一 方隊中展示了高空高速無人偵察機、炮兵近程偵察校射無人機、小型近程偵察無人機、中程高速無人機, 于無人作戰第二方隊中展示了兩款攻擊無人機、反輻射無人機,在無人作戰第三方隊中展示了兩型偵察 干擾無人機。顯示我國無人機在高速、隱身等方面處于先進水平。



            二、當前無人機在軍民領域中的作用



            無人機按照平臺構型分類可分為固定翼無人機、旋翼無人機等。按大小可以分為微型、小型、中型、大型 無人機。按高度可分為超低空無人機(0-100m)、低空無人機(100-1000m)、中空無人機(1000-7000m)、高空無人 機(7000-18000m)、超高空無人機(18000m 以上)。按用途分可分為軍用無人機和民用無人機。軍用無人機包括 偵察無人機、誘餌無人機、電子對抗無人機、通信中繼無人機、無人戰斗機、加油無人機、反輻射無人機、靶 機等,民用無人機包括巡查/監視無人機、農用無人機、氣象無人機、勘探無人機以及測繪無人機等。



            2.1 當前無人機在戰場中發揮的作用



            無人機目前在戰場上主要實現四個方面的功能:偵察與勢態感知、攻擊制空、電子對抗、支援輔助。 無人機將逐漸成為戰場上不可或缺的力量。



            一是偵察與勢態感知。現代戰爭中,快速有效地感知戰場態勢和獲取敵方、己方和友方的目標信息, 越來越成為克敵制勝的關鍵。作為無人機最早的用途之一,戰場偵察與勢態感知是指無人機實時獲取、 傳輸和處理并提取戰場信息,無人機在其中的作用是為信息獲取設備提供一個平臺,并構成信息通路中 的一個節點。具體而言,就是無人機飛到目標空域進行目標偵察,并將偵察到的敵方海上或地面目標 (如航母、作戰車輛)信息直接傳送給作戰單元或通過衛星、浮空器或中繼無人機等中繼方式傳回地面 指揮系統。用于偵察與勢態感知的無人機通常都裝有先進的電子設備,比如光電/紅外傳感器,偵察、監 視雷達等。 ISTAR 無人機是發揮偵察與勢態感知作用的一類無人機。



            ISTAR 代表信息、監視、目標獲取、偵察,能夠 協助作戰部隊并管理所收集的信息,極大增加戰斗力。ISTAR 系統使用無人機進行敵人信息收集,目標定位, 和巡視敵方陣地的領空。在這些任務的執行過程中,操作者通過遠程控制無人機可以在安全區域執行任務而保 障自身生命安全。通過偵察無人機收集此類信息更為有效,而且使士兵免遭威脅。此外,這類無人機結合 IMINT 技術作戰的情況在戰場中也十分常見。IMINT 技術可以多維仿真展示戰場的全貌,通過 IMINT 技術, 無人機的 ISTAR 輔助能力可以得到極大增強。在現代戰場上,通過運用 ISTAR 無人機,部隊顯著降低了從戰 場上收集圖像的風險,保障了飛行員的安全。



            二是攻擊制空。在現代戰爭中,對特定的高價值目標實現準確打擊以及奪取和保持制空權對戰役進程和結 局具有決定性的影響。美軍用“UCAV”指代無人作戰飛行器,無人作戰飛行器的作用就是打擊目標,這種無 人機是一種高度自主的無人飛機,可進行空空作戰,且還可向地面目標提供精確的武器發射?!癠CAV”的發 展能夠極大地幫助軍隊實現準確打擊以及奪取制空權。



            無人作戰飛行器包括:攻擊性無人機、制空性無人機、察打一體無人機等,這些無人機的廣泛應用使軍隊 戰斗力得到顯著提高。例如美軍列裝的 MQ-1 捕食者和 MQ-9 收割者,就曾在阿富汗、伊拉克等地的戰爭中發 揮巨大作用。此外,美國已將戰斗無人飛行器運用于巴基斯坦,也門及其他戰場上。就目前的結果來看,無人飛行器的打擊是精確有效的,能夠以極高的精度和最小的附帶傷害來“中和”戰場深處的目標,極大地減少了 飛行員面臨的危險。通過無人機進行攻擊或搶占制空權,既具備極高的效率,又能極大減少人員的傷亡。



            三是電子對抗。電子對抗就是指敵對雙方為削弱、破壞對方電子設備的使用效能、保障己方電子設備發揮 效能而采取的各種電子措施和行動,又稱電子戰。隨著人們對無人機研究的持續深入,現在無人機已經可以在 電子對抗中占據一席之地。



            電子對抗類無人機主要分為三類:電子對抗偵察無人機、電子干擾無人機、反輻射無人機。電子對抗偵察 無人機由無人機載體及所攜帶的電子對抗偵察設備組成,執行偵察任務時,通過對一定頻域和空域范圍內的各 種電磁信號進行搜索、測量和分析,獲取電子情報。電子干擾無人機可飛臨敵方防護嚴密的要地上空或在一定 空域巡航,對敵方雷達和無線電通信實施抵近式干擾。電子干擾無人機中應用最廣泛的是誘餌無人機,即在無 人機上安裝角反射器、龍伯透鏡等無源干擾裝置,模擬被掩護的目標,或安裝有源干擾設備,轉發敵方雷達信 號,使其具有與被掩護目標相似的信號特征和運動特性,對敵方雷達實施欺騙。誘餌無人機也可用于誘使敵方 雷達開機,協同其他電子對抗偵察設備遂行電子對抗偵察任務。反輻射無人機裝有反輻射導引頭和戰斗部,主 要用于壓制和攻擊敵方地面雷達,削弱防空系統作戰能力,掩護己方作戰飛機執行作戰任務。



            20 世紀 60 年代,美國就已經研制出了電子對抗偵察無人機。70 年代中東戰爭中,以色列研制了誘餌無人 機用于作戰。90 年代以后,隨著無人機的飛速發展,美國、俄羅斯、以色列、南非等許多國家紛紛研制不同 類型的電子對抗無人機。典型裝備如美國的捕食者,都可裝載電子對抗偵察設備,執行電子對抗偵察任務。誘 餌無人機主要有美國的 BQM-74““石雞”、以色列的“壯士”等;反輻射無人機有以色列的“哈比”、南非的 ARW-10、美國的“勇敢”、德國的“道爾”等。



            四是支援輔助。支援輔助無人機將在未來成為無人機的重要功能?,F代戰爭中,無人機還可以發揮戰場支 援的作用,譬如所謂的空中補給無人機,其主要作用是將小型貨物精準地投遞到部隊,例如彈藥和食品。主要 型號包括空中補給無人機型是 CQ-10 雪雁。此外,支援輔助功能還包括加油、通信中繼、戰場測繪、氣象保障 等。美軍目前正在測試的 MQ-25 就是實現加油功能的支援輔助無人機。



            2.2 民用無人機當前的作用



            目前民用無人機主要應用在工業、農業、商業、公共事業和個人消費五個領域。2020 年我國消費無人機 占比為 54.39%,隨著無人機在工業、農業、商業的增長,我國工業、商業級無人機占比將會持續提升。



            無人機現階段的民用市場主要是航空拍攝、農業、測繪、電力巡檢、警用、物探、林業、氣象探測等領域, 執行較為簡單的任務,整體應用水平不高。隨著民用領域的快速發展,無人機將在資源探測、能源、海洋監測、 環境保護與監測等國民經濟戰略行業開展廣泛應用。



            工業領域對無人機的需求主要體現在基礎設施巡檢方面。相對于人力,無人機能更好地對輸電線路、油氣 管道、基站塔臺、風力發電機、太陽能發電系統、鐵路、橋梁等的巡視檢查或狀態監測對輸電線路、油氣管道、 基站塔臺、風力發電機、太陽能發電系統、鐵路、橋梁等的巡視檢查或狀態監測,在這些長距離、大面積和所 在位置人員難以到達的監測項目上,無人機顯然是低成本的解決方案。其中,無人機在輸電線路巡檢上的應用 最為成熟,不僅目前應用廣泛,未來電力巡檢領域的無人機需求也將穩步增長。



            農業植保無人機的主要用途有液態化學農藥噴霧、植物生長調節劑與葉面肥噴施、固態農藥與肥料播撒等。 中國植保無人機行業在 2015 年達到了行業高峰,一度有超過 200 家無人機企業。但植保無人機同時也存在一 些尚待突破的問題,如續航較短、飛控有待提高、航空專用劑研發不成熟等問題。目前我國植保無人機行業的 主要商業模式為機構提供服務,2016 年 5 月,我國植保無人機生產廠家超過 300 家。植保無人機行業競爭激 烈,服務質量參差不齊。然而,從長期來看,植保無人機代表著農業現代化的大方向,短期的行業問題只是暫 時的。規?;洜I耕地是無人機植保的有效耕地,但我國農民人均耕地面積小,難以完全規?;?。隨著我國土 地流轉深化程度加深,規?;孛娣e有望提高,屆時,我國植保無人機發展將得到促進。



            無人機在商業領域的應用主要體現在物流領域。目前,物流成本主要集中在最后一公里的配送環節,而無 人機的應用則可以大大降低這部分的物流運輸費用,亞馬遜與 Google 都將無人機配送進行了運用。但我國人 口稠密,人工配送規模效應較高,無人機成本優勢尚未體現。尤其是城鎮地區,人口密度高,甚至已經出現了 快遞自提、快遞柜等解決方案。在這種情況下,人口較少、星羅棋布、交通不便的鄉村地區才是無人機配送更 好的舞臺。2019 年上半年,全國農村網絡零售額達到 7771 億元,同比增長 21.0%;全國網絡零售額達到 4.82億元,農村市場零售額在其中占比 16.1%。



            公共事業方面的應用主要包括四個方面。一是安防監控巡邏、緝毒緝私等;二是緊急處理:災害、救援、 消防;三是環境與自然資源監測;四是是建筑設計測繪、道路設計測繪等。目前的主要應用包括消防(救援), 森林巡檢(防火),警用巡邏等。



            消防救援無人機。消防無人機可現場偵察、實時追蹤火源;同時,輔助救援也是消防無人機的重要功能; 攜帶干粉滅火彈或高壓水槍的無人機可直接進行滅火。我國現有高層建筑(超過 24 米)34.7 萬棟,百米以上 超高層近 6000 棟,數量均為世界第一,且還會持續增加。許多高樓建筑起火只能由消防員深入火場直接撲滅, 對消防員人生安全造成極大危險,因此,在我國發展無人機消防非常必要。



            森林防火無人機。我國多地森林火災易發,護林員巡視任務繁重,森林火災破壞性大,應在預防階段就及 時遏止。森林防火無人機可提高巡視效率。無人機在森林防火方面的應用,可以有效提高巡視效率。無人機通 過搭載的攝像頭和紅外攝像頭,可以發現林火早期引起的火焰、煙霧和紅外輻射,并及時報告地面站,將林火 扼殺在萌芽之中。



            執法無人機。執法無人機主要包括警用無人機和城管用無人機。截至 2016 年上半年,全國已有 500 多架 警用無人機。無人機在城市管理中的應用也越來越廣泛。執法無人機最主要的作用就是進行執法監控。相較于 攝像頭,無人機的優勢主要體現其靈活性。其一,無人機具有其獨特的高空視角,可以鳥瞰監控區域,呈現更 直觀的監控效果;其二,無人機可以有效對監控攝像頭的死角進行補充。



            無人機在個人消費領域同樣有旺盛需求。2013-2020 年,全球消費級無人機市場規模從 15 億元增長至 250 億元左右,年復合增長 170%。在作為拍攝工具的無人機主要的應用場景中,專業拍攝需求增長的驅動因素在于更優秀的無人機性能,新聞報道需求增長的驅動因素在于拍攝飛手供給的增加和通信延遲的降低,影視拍攝 需求增長的驅動因素在于娛樂產業的發展和拍攝飛手供給的增加。目前國內個人消費無人機市場的擴展性速度 極快,但預計將會下降到一個穩定速度。從長遠角度來看,消費型無人機的發展要素仍在于技術升級,應用場 景拓展與成本降低。



            三、無人機未來發展趨勢



            3.1 未來無人機的作戰模式



            相比較有人機,無人機最主要的優勢在于經濟性、使用場景廣泛、避免飛行員傷亡、避免人為失誤的優點, 但也存在自主性低、飛行易受干擾、指揮滯后的缺陷。



            目前無人機的作戰模式主要是進行偵察、打擊等任務,無人機率先擔負戰場偵察、目標鎖定、攻擊引導等 任務,有人機隨后負責火力打擊、消除目標。美軍在阿富汗戰爭中首次使用“捕食者”無人機,擊斃塔利班基地 組織二號頭目阿提夫,開創了無人機執行攻擊任務的先河。另外,法、英、美聯軍在敘利亞戰爭中,將“斬首 行動”貫穿于空襲的全過程,美軍實施的 397 次空中打擊中有 145 次由“捕食者”無人機完成。我們認為,未來 無人機的作戰模式將更加的多樣性,從獨立作戰到群式作戰,從察打為主到多功能全方位輔助有人機作戰。我 們推測未來無人機的作戰模式主要有四種模式:一是具有一定自主性的無人機,獨立承擔包括偵察、攻擊、制 空等方面的作戰任務。二是無人機群式作戰,充分發揮無人機低成本、可損耗的優勢,拓寬特定應用的范圍, 飛行持續時間和最大有效載荷。三是作為伴飛僚機等,輔助有人機進行工作。四是戰略支援。在這四類需求的牽引下,智能化、隱身、高速、長航時的無人機將是未來發展的方向。



            一是具有一定自主性的無人機,獨立承擔包括偵察、攻擊、制空、反潛等方面的作戰任務,而智能化、隱 身、高速、長航時則是這類無人機所需具備的重要能力。智能化指的是在更為廣泛的作戰條件、環境因素和更 為多樣的任務或行動中,使用更多的傳感器和更復雜的軟件,提供更高層次自動化的行為,其特征通常體現在 系統獨自完成任務目標,在極不確定的條件下,排除外界干擾,即使沒有通信,仍能彌補系統故障所帶來的問 題,并確保系統長時間良好運行。



            空中偵察是貫穿整個作戰過程的一項重要作戰行動,它能夠為指揮員提供及時、準確的戰場情報。與有人 機相比,無人機因目標小、突防能力強、無生命代價等優越性,成為了獲取情報的主力。為了進一步優化無人 機偵察能力,需要實現高空長航時,以及研發更優秀的航電設備。



            攻擊方面,無人機在安裝目標搜索和火力打擊系統后,可用于執行攻擊任務。目前實現無人機攻擊任務的 方式主要有兩種,一種是作為載機,發射機載武器,另一種則是安裝“尋的系統”和“戰斗部”,在探測目標 參數后實施自殺式攻擊,這也是無人機作為消耗品的體現。進一步提升無人機攻擊性能,探索更多的攻擊模式 將是研制無人機的重要任務。



            制空方面,主要指空中格斗無人機。此類飛機具備有人駕駛飛機無可比擬的低空攻擊能力和機動能力,且 其反射面積小不易被敵方發現及機載雷達截獲,因而在空戰中具有先機之利。進一步提升無人機隱身性能以及 機動性能,是加強無人機制空能力的關鍵。



            反潛方面,與有人駕駛的反潛機相比,無人反潛機更加靈活,更能夠應對海上的不利飛行條件。海上環境 復雜,有人機執行反潛任務比較危險。由于無人機更加便捷迅速。它可以更快捷地從艦船上起飛,通過掛載吊 放式聲吶或投放聲吶浮標等,迅速配合有人機及艦船,形成立體反潛網。此外,相對有人機而言,無人機能夠 適應長時間的偵察。艦載無人機能夠全天候巡邏,有人偵察機雖然也可以進行全天候巡邏,但是受限于人的作 息規律,不及無人反潛機。而且無人機航程遠,重量小,同樣的油量可以完成更遠距離的偵察,這也是在廣闊 的海面進行偵察的一大優勢。



            二是無人機群式作戰,充分發揮無人機低成本、可損耗的優勢,拓寬特定應用的范圍,飛行持續時間和最 大有效載荷。群式作戰是指一組具備部分自主能力的無人機實現無人機之間的實時數據通信、多機編隊、協同 作戰,并在操作員的指引下完成滲透偵察、誘騙干擾、集群攻擊等一系列作戰任務。無人蜂群作戰系統可以填 補戰術與戰略之間的空白,以多元化投送方式快速投送到目標區域執行多樣化軍事任務,包括與其他武器平臺 進行協同攻擊。



            無人機群式作戰可以拓寬特定應用的范圍,飛行持續時間和最大有效載荷。例如,無人機群式作戰時,一 架無人駕駛飛機可能會用盡了電池,通過跨機互聯,它可以及時分配另一架無人駕駛飛機接管其原先的任務。 這樣,無人機群飛行范圍就可以輕易擴展到第一個無人駕駛飛機的范圍之外,飛行超出控制信號范圍或在飛行 過程中損壞的無人機可以用其他無人機替代。在某些情況下,重量過大的有效載荷還可能分布在多架無人機上, 超過了僅一架無人機的有效載荷。大量的無人機還可以用作傳感器網絡,當單獨的無人機被用來跟蹤監視多個 人時,監控目標的行動軌跡分開時會導致無人機出現無法繼續跟蹤的問題。使用群體時,每架無人機都可以跟 隨一個人,而不必選擇跟隨誰。要克服的技術難題涉及這樣一個事實,即除了與地面控制站進行通信外,蜂群 中的無人機還必須彼此通信。



            目前,美軍正在加大力度推進無人機群式作戰的相關技術研發。2020 年 1 月,美國戴內提克斯公司宣布, X-61A 小精靈無人機已于 2019 年 11 月完成首飛試驗,由 C-130 運輸機載飛并發射,作戰完成后,再被空中回 收?!靶【`”發射后,呈現蜂群狀態,與其他有人平臺協調作戰,執行通信中繼,配合戰斗機執行超視距導 彈打擊;也可以搭載電子設備或者是反潛設備,執行電子對抗和反潛的作戰任務。2020 年 10 月,項目開展了 第 3 次飛行試驗,使用了 3 架小精靈無人機,驗證了自主編隊飛行能力,但是 9 次空中對接嘗試均告失敗,3 架無人機在飛行超過 2 小時后成功傘降著陸。在當前技術水平下,無人機空中回收的難度仍較大。但美國軍方 仍賦予該項目極大期望,認為其作戰潛力較大,希望開展第四階段的試驗,聚焦作戰能力驗證,目前美國防部 正與戴內提克斯公司進行第四階段談判。



            三是作為伴飛僚機等,輔助有人機進行工作。無人僚機的概念由美軍 2015 年首次提出,其后作為美軍及 其盟友為未來空中戰場設想的重要發展方向。在傳統戰斗中,僚機要充當輔佐、掩護長機的作用,同樣,在無 人機伴飛有人機的這一作戰模式中,無人機部署在戰斗機前方約 100 公里處打頭陣。有人戰斗機則在飛往作戰 區域的途中保持無線電靜默,僅接收由無人機、高空偵察機、偵察衛星發送的作戰信息數據。到達攻擊位置后, 戰斗機雷達開機,照射目標,指揮前方的無人機發射導彈,展開攻擊。這種作戰模式下,在無人機保障有人駕駛戰斗機的安全的同時,無人機自主性不足的缺陷也得到了一定的彌補。無人僚機通過和戰斗機組成空戰系統, 采取有利的戰術配置和作戰協同來抗擊敵人,開啟了一種高效可行的空戰新樣式。同時,由于有人機速度較快, 這種模式也對無人機的速度提出了更高的要求。這一作戰系統具有多方面優勢。



            首先,無人機在前排沖鋒,承擔了被擊落的風險。在空戰中,飛行員的傷亡是不可估量的損失。優秀戰斗 機飛行員的培養往往需要投入巨大的人力、物資、時間成本,而飛行員本身對戰斗的經驗、其本身的戰斗機操 作技能和戰斗機相關知識、以至于積累的對所處作戰環境等的知識都具有不可估量的價值,經驗豐富的飛行員 還能指導培養新一代飛行員,提供寶貴的知識。而無人僚機的掩護和輔助作用則極大保障了飛行員的安全,加 上無人僚機成本相對低廉,可以將戰斗的損失降到最低。



            其次,戰斗機隱蔽接敵,提高了攻擊的突然性。相較于有人機,無人機天生具備更強的隱蔽性。有人機受 限于結構與材料等多方面因素,往往隱身性有限,而無人機廣泛采用復合材料和其他透波材料,機體外形尺寸 小,發動機功率小,因此,雷達有效反射面積等各種信號特征較小,不易被敵方發現。敵方雷達探測到有人機 較容易,而探測到無人僚機則較困難。在戰斗中,敵方注意力容易集中于有人機,而在有人機接近的過程中, 無人僚機早已可以出其不意加速接近并攻擊敵方,極大提高了攻擊效率。



            再次,打擊源多樣化,增加對方反導系統壓力。在無人機和有人機都對敵方進行了攻擊后,敵方反導系統 必須針對多個對象進行防御。這一點有效地分散了敵方反導系統的攻擊力,增加了敵方防御系統的壓力。雙重 攻擊下敵方往往更難防守,而導彈本身也更容易擊中目標,提高了攻擊方的效率。



            最后,縮短了無人機反應時間,因而能有效提升打擊效率和生存能力。由于傳統的遠程控制無人機在空戰 過程中由利用數據鏈的人類地面指揮仍會存在信號延遲,使無人機在作戰中有一定反應延遲性,攻擊命中率不 如有人機。在與有人機伴飛的模式中,數據傳輸時間顯著縮短,提高了無人機攻擊的命中率,從而達到攻擊有 效性提高的效果,真正達到了“1+1>2”的配合。無人僚機通過和戰斗機組成空戰系統,采取有利的戰術配置 和作戰協同來抗擊敵人,這種嘗試與創新,或將改寫當下的空戰規則。



            美軍一直積極投入無人僚機的研發。2019 年 7 月 15 日,美國 XQ-58"女武神"無人機近日在美國本土亞利 桑那州的尤馬空軍基地進行了第二輪試飛,美軍對外宣布稱該次試驗成功。而有其他相關消息表示,美軍計劃 把 XQ-58 升級成為 F-35 戰斗機的無人僚機。XQ-58"女武神"無人機采用渦扇發動機作為動力,以便與 F-35 戰斗 機的速度匹配,同時該機把進氣道轉移到飛機背部,以機身徹底屏蔽了進氣道,從而顯著減小雷達反射面積。 XQ-58 無人機可攜帶各種制導武器,是 F-35 戰斗機提升戰斗力的有效補充。



            此外,波音公司也稱在為澳大利亞軍方研制無人僚機。第一架波音公司“忠誠僚機”無人機于 2020 年 3 月啟動生產。2020 年 5 月,波音澳大利亞公司發布了顯示詳細信息的圖像。波音空中力量組合系統原型機于 2020 年 10 月在澳大利亞皇家空軍基地安伯利進行低速滑行測試。波音空中力量組合系統后于 2020 年 12 月在 一個未命名的偏遠地點進行了高速滑行測試。2021 年,原型機首次進行試飛。該機目前仍在研發中。



            四是執行通信中繼、空中加油等戰略支援任務。無人機通信中繼是指在兩點之間,由于遮擋距離的存在, 雙方無法直接進行通信,便采用某些無人機在空中進行轉接來實現跨視距的兩點間通信??罩屑佑褪侵咐脽o 人機給有人機進行加油,美軍現在正在測試的 MQ-25 無人機就是一種大型空中加油無人機,據新華社快訊, 在 2021 年 6 月 4 日的一次測試中,已成功實現無人機在空中給有人機加油,在航空史上尚屬首次。類戰略支 援無人機的應用或將在未來給軍隊戰斗力帶來極大的提升。



            從時間上來看,十四五期間查打一體的高速隱身長航時無人機、伴飛僚機、單兵無人機、無人直升機以及 中小型無人機將得到發展。5-10 年后,攻擊無人機、制空型無人機、加油無人機、大型貨運無人機、臨近空間 無人機將成為發展的主流。



            3.2 民用無人機的發展趨勢



            回顧民用無人機的發展,可以看到它主要呈現以下三個特點:



            第一,無人機是典型的軍工科技民用產業。無人機誕生于軍事需要;鑒于無人機具有低成本、低損耗、零 傷亡、可重復使用和高機動性等獨特優勢,20 世紀末,無人機技術從軍用領域向民用領域泛濫。開始廣泛應 用于植物保護、遙感等民用領域。



            第二,技術進步和成本降低是無人機發展的動力。無人機產業化發展階段主要受技術進步和成本降低驅動。 無人機的民用化可分為兩個階段,第一階段是從 1990 年到 2010 年,小型化的慣性導航系統和開源的飛行控制 使無人機從軍用擴展到民用,無人機進入生活,主要受航模愛好者的歡迎。第二階段是 2010 年以來,由于電 子產品的快速發展,相關電子元器件價格大幅下跌,消費級無人機市場爆發,大疆等優秀企業涌現。



            第三,政策和成本問題是制約無人機發展的主要問題。目前制約無人機的兩個最重要的問題是政策和成本 問題。制約無人機發展的問題主要有:政策不完善、低空空域開放程度低、無人機管理體系不成熟。制約無人 機產業化的另一個重要問題是,無人機還沒有實現真正的自主飛行,仍然需要大量的飛行控制器,導致無人機 運營成本仍然較高。



            展望未來,我們認為智能化發展、5G 的廣泛應用和電池技術的發展或將把無人機的技術水平帶入一個新 階段,推動無人機產業發展邁上新臺階。



            第一,以 AI 為代表的智能化技術有效提高無人機自主飛機能力,降低無人機成本。深度學習、計算機視 覺、SLAM 等技術在無人機上的應用和成熟,將使無人機獲得可靠的自主環境識別、自主避障能力,無人機自 主完成任務的可靠性將大大提高。



            第二,5G 技術將大大賦能無人機,能夠有效拓展無人機的應用場景、解決監管問題等的技術基礎。目前 制約無人機產業發展的壁壘主要是通信能力的欠缺。5G 可以覆蓋 300 米以上的空域,將使無人機在通信能力 方面實現巨大突破,實現真正意義上的“自主飛行,遠距離遙控”,從而使得無人機飛行范圍拓展。二是 5G 的 超高帶寬帶來了超高圖像實時傳輸,無人機將會在越來越多的工業、娛樂等應用場景受到歡迎。第三,低時延 性決定無人機智能化程度將得到提高,無人機工業應用得到了大幅的加速。四是 D2D 及海量接入提高無人機 集群協同作業能力。五是 5G 的應用將提高監管能力,從網絡端消滅“黑飛”。隨著 5G 產業化浪潮來襲,我們 認為大部分限制無人機大規模應用的障礙將被突破,無人機產業化之路有了更堅實的技術基礎。



            第三,電池技術的進步將增強無人機續航能力,提高無人機經濟效益。目前在無人機上應用較為廣泛的聚 合物鋰電池,大多只能支持無人機續航 40 分鐘以內,無人機的活動空間受限很大。未來無人機若能應用更為持久而可靠的動力(如氫燃料),無人機在提升續航的同時,也能夠解鎖更多的應用場景。



            (本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)



            精選報告來源:【未來智庫官網】。

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