出口9国锋芒逼人,文虹三无人驾驶飞机施行救助赞比亚航空地球物理勘探作业

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  现状:群雄并起硝烟弥漫

航天科技集团十一院的援赞比亚航空物探项目于近日执行首次作业任务,开启了我国无人机航空物探调查技术海外执行项目的先河。

ca88 1超高空、长航时、易保障——中国“彩虹”攀上高空

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  我国有40多年的无人机研制历史,目前国内已建立起较完整的无人机研制体系,在小型、中近程、中高空长航时无人机方面接近国际先进技术水平。近年来,无人机应用领域不断扩大,在资源勘查、海洋监测、航空摄影测量、农林业监视等领域,显示出巨大潜力。

该项目包括利用我国自主研发的CH-3无人机在赞比亚开展8万平方公里的航空物探测量等。彩虹无人机航空物探应用系统为世界上第一套具备实际作业能力、基于无人机的航空物探综合勘查系统,具备长航时、超低空飞行、夜航作业、安全可靠性强、测线精度准、数据质量高等特点,系统取得了高质量的测量数据,填补了国内外该领域的装备空白。

最近,西北某机场,天气晴朗,翼展达45米的彩虹太阳能无人机沿跑道缓缓滑出,并平稳飞离跑道,逐步攀升到2万米的临近空间。在逾15小时的飞行过程中,无人机飞行状态平稳、姿态可控,有条不紊地按设计航迹飞行,最终实现平稳降落,试飞取得圆满成功。

4月15日,中国航天科技集团十一院研制的第一款用于民用领域的大型无人机——彩虹-4型长航时森林消防型无人机在甘肃省嘉峪关机场试飞成功。此举意味着,彩虹四无人机在空中对广阔地域下复杂地形和建筑进行火灾隐患巡查、现场救援指挥、火情侦测及防控成为可行。

  据预测,未来20年我国民用无人机需求市场估值将达460亿元。面对无人机产业这块巨大的“蛋糕”,除了航空、航天等军工企业在市场中奋力竞争外,一大批民企更是垂涎欲滴。我国民用无人机市场已进入群雄并起的“战国”时代。

此次项目为“一站双机”作业,大大提高了作业效率。作业机场为“一头高一头低”的地形。针对这一条件,国内项目组紧急攻关,通过大量仿真和计算提出了改进措施,有效支撑现场工作,降低安全隐患。

载重能力超过国外同类型无人机、关键技术实现国产化、在军民领域有广泛应用前景……作为中国“智造”的最新成果,彩虹太阳能无人机凭借超高空、长航时、易保障三大“法宝”,迈向世界先进水平。

作为拥有中国版“捕食者”的、拥有最前沿军用无人机研制技术的团队,彩虹无人机团队将原有军用机型改装成一款民用无人机。参研人员告诉记者,在森林火灾防控和扑救过程中,彩虹四无人机能有效规避传统灭火救援行动中存在的短板,既能够对现场情况进行跟拍、追踪为指挥决策提供可靠依据,又避免了派员前出侦察可能造成的火灾伤亡情况。

  近日,北京市无人机应用系统工程技术研究中心在中国航天科技集团公司十一院正式揭牌成立。此举标志着十一院作为集团公司无人机产业的牵头单位,正向无人机民用领域迅猛发力。

此次彩虹无人机航空物探测量首飞成功,标志着援赞比亚东北地区航空物探和地质地球化学综合填图项目野外工作进入全面实施阶段。
来源:航天科技网站

距离地面20—100公里的空域被称为临近空间,对于传统燃料消耗型飞机而言,太过稀薄的空气,让发动机功率显著下降,失去了“用武之地”。但这里却是全身布满太阳能电池板的无人机展现优势的空间,“依靠太阳光提供全机能源,电动螺旋桨推进,未来还有望实现数月甚至更长时间飞行,超高空、长航时让太阳能无人机大展身手。”彩虹太阳能无人机项目负责人李广佳介绍。

ca88 ,据了解,彩虹四无人机系统成熟、操作便利、起飞条件简单,在林区道路不畅的情况下更突显出极强的机动灵活性,对环境和气候条件也有很强的适应能力。

  中国航天科技集团公司目前有多家单位从事无人机的研制和配套工作。多年来,他们发挥各自的技术优势,克服种种困难,终于在市场之中占据一席之地。

谈及彩虹太阳能无人机的技术特点,彩虹系列无人机总工程师石文也是滔滔不绝,如数家珍,“彩虹太阳能无人机另一技术优势,还在于具有较高的运行效费比。其机载系统简单,也无需加油等保障设备。由于航时超长,完成持久性任务无需频繁更替轮换。”

航天科技集团十一院彩虹系列无人机总师石文介绍,作为“空中机器人”的彩虹无人机携带有专用的可见光、热成像、远红外探测任务载荷,可长时间在林区上空进行固定巡线飞行,疲劳驾驶问题不会出现在无人机上,而机上精密的高度仪和障碍规避系统也可以满足林场低空巡逻飞行需求,可及时避开可能的山丘陡坡。

  十一院最早尝到甜头。上世纪90年代末,十一院依托空气动力技术优势,再结合中国航天的电子、自动控制、遥控遥测等技术,进入无人机领域。经过十余年攻关,该院自主研发的“彩虹”系列无人机已成为国内型谱最全、批量出口最早和出口量最大的无人机产品。

太阳能无人机以太阳光能作为能源,在白天将多余能量储存在蓄电池中。在夜晚,通过蓄电池持续飞行。“和以化学燃料为能源的飞机相比,太阳能飞机不污染大气,是真正的绿色环保飞行器,也是未来无人机发展的重要方向。”石文说。

同时,彩虹四无人机通过数据链和卫星通讯等技术可以实现超视距控制,依据需求长时间从不同角度、不同距离在不同光线条件下进行作业,实现“点哪、飞哪、看哪”的极简操作。

  目前公开的“彩虹”无人机产品包括12型常规类型无人机以及3型概念无人机,起飞重量从580克至4500千克,飞行高度从5米至20000米。据十一院无人机系统总设计师石文介绍,正是多类型产品层次化的分布才使“彩虹”无人机得以成体系地部署到相关用户,从而实现常规侦察、国土监控、反恐行动等任务目标。

ca88 3太阳能飞行“俱乐部”中国终占一席之地

图片:森林防火型彩虹-4无人机在祁连山下飞上蓝天,一侧是卫通天线

  例如,“彩虹”系列中的单兵无人机虽然体积小、不起眼,但操作容易,已成为支持各种侦察任务的基层设备。作为中大型无人机并可执行复杂战术或广域监视任务的CH-3,航时可达12个小时,利用简易机场即可完成起降。目前获得国家出口许可的最高端无人机系统CH-4,不仅保持了长航时的特点,还能同时挂载4~6枚45千克量级的载荷,深受客户青睐。

1917年英国人研制成功了世界上第一架无人机,自此拉开了全球无人机发展和创新的序幕。时至今日,太阳能飞机已经成为世界航空科学发展的前沿,是世界各国技术和产业竞争的重要领域,发展方兴未艾,成果迭出,竞争也很激烈。

长航时、大航程的无人机具有机动灵活、视野开阔、操作简便、安全可靠等特点,可以替代有人驾驶的巡护飞机,对林场进行24小时不间断实时空中监控,有效提升森林消防部队火情发现、抢险救援的能力。除了森林消防型外,彩虹-4无人机还积极应用到了航空物探、航磁航放科研生产、海事巡查、海上应急搜寻、中继通讯、海洋环境监测与评价、海洋生态灾害监测、海洋溢油监测、海洋动植物保护等多个领域,未来彩虹-4无人机还将根据不同需求,通过选配不同的模块化任务载荷。

  “如今,‘彩虹’已在国内外军事和民用领域锋芒毕露,覆盖9个国家的17个最终用户,年交付国内外用户无人机200余架,完成科研和交付飞行试验1000架次。”谈及“彩虹”,石文难掩自豪。他相信,随着系列产品的不断发展,实战中,“彩虹”的身影将会更多地出现在云端。

美国太阳能飞机研制起步较早,1980年便将太阳能飞机项目列入国家计划,并相继研制“探路者”“太阳神”等太阳能飞机;作为当今太阳能飞机发展的领先国家,2007年英国“微风”无人机在空中飞行时间达到54小时,飞行高度超过1.5万米。

  相较于有着十多年无人机研制经验的十一院,五院508所尚属无人机领域的“新手”。该所航空遥感室承担研发的“无人旋翼机载动态监测系统”项目于2013年立项,目前已完成全部试验验证工作。

而不添加任何燃料、不排放任何污染物,实现环球飞行壮举的瑞士“阳光动力2号”太阳能飞机更曾广受关注。“阳光动力2号”以碳纤维为主材料,重量仅有2300千克,与一辆小型汽车相当。在2015-2016年环球飞行期间,最多曾达到118小时不间断飞行,是世界太阳能飞机发展的重要成果之一。

  从设计之初,无人旋翼机便“立志”成为懂得扬长避短的“特长生”。“508所的优势在于回收和遥感技术,我们借此突破了无人直升机安全伞降、海量遥感数据快速处理等关键技术瓶颈。”无人旋翼机项目图像总体设计师张春晓说。

太阳能飞机作为全世界竞相研发的飞行器,各国之所以愿意投入巨资和人才资源,除了其拥有广阔的应用前景之外,还在于作为前沿科技产品,其技术和产业集成带动能力相当强大。

  508所回收与着陆技术研究室则从2003年开始,为其他无人机研制单位提供配套。其研制的回收系统用于实现无人机的无损着陆,可以保证无人机在完成侦查打击目标等任务后安全返回,是无人机重复使用的前提。“组成该系统的产品范围广泛,包括降落伞、气囊、火工装置等,涉及的都是所里的强项技术。”无人机回收系统设计师刘涛介绍,2011年~2014年,该所在原有回收系统的基础上,先后发展出3种无人机回收系统。截至目前,回收系统已实现40余次无人机的无损回收,成功率达100%。

“太阳能无人机工程涉及气动、结构、储能电池等多个技术领域,目前其关键技术仍是世界航空产业发展的难题,有不少技术空白点。”李广佳告诉记者,在太阳能飞机发展领域,中国起步较晚,但独具特色,以彩虹太阳能无人机为代表的飞行器进入临近空间,展示了中国占据该领域一席之地的雄心壮志。

  把脉:整合资源挣脱束缚

ca88 4彩虹起点高,一“出生”就站上了航空前沿

  尽管国内的无人机市场正在蓬勃发展,但在采访中很多专家也表示其面临的阻碍不容忽视。当前,无人机在使用中暴露出的主要问题是抗恶劣气象、通信和抗干扰、指挥和控制等方面的能力尚待提高。石文认为,可以借鉴载人飞机的经验和技术,提升无人机在复杂气象条件下的起降和飞行能力,同时研发大容量、高速率、抗干扰数据链,改进指挥控制技术。

“彩虹起点高,一‘出生’就站上了航空前沿。”通过彩虹太阳能无人机这一创新产品,中国技术团队解决了总体、气动、飞行控制、能源动力高效应用等关键技术难题。

  相较于技术层面的问题,对于吃“无人机”这碗饭的从业者而言,市场、政策等深层次的问题要解决起来似乎更加棘手。

中国航天科技集团公司第十一研究院是彩虹太阳能无人机的研制单位,其下属的彩虹无人机科技有限公司副总工程师贾永清说,航空技术发展最忌“一出生,就落后”。彩虹太阳能无人机虽是从“一张白纸”起步的,但一开始就向世界最先进水平看齐。

  十一院早期的无人机产业是靠自力更生发展起来的。

任何科研进步都不是一帆风顺的。在2013-2014年间,彩虹太阳能无人机研制也曾遇到巨大挑战:飞机在低空强紊流飞行时经常“上蹿下跳、左摇右晃”。为了解决这个问题,研制团队艰难攻关,在理论和工程层面,历时一年多,解决了无人机在复杂气象条件下精确控制的问题,不但让飞机飞了起来,还飞得稳、飞得高。

  国内市场没有国家任务牵引的项目,十一院便选择“国外包围国内”的市场策略。从2004年签订首个出口合同至今,“彩虹”系列无人机已实现批量出口,出口合同额累计近20亿元。“在军民融合的背景下,我们希望航空、航天等行业间的壁垒能逐渐打破,使无人机研制企业能够大力协同、资源整合。”“彩虹”研制人员发出这样的感慨。

“同时,相关科研人员还通过实施无人机平台概念研究及小型验证机研制、关键技术研究和方案论证,40余米翼展大尺度技术验证机低空及高空飞行试验等,逐步建立完善了太阳能飞机的设计和试验方案。”贾永清说。

  在闯荡民用市场的过程中,无人机研制成本的居高不下,也让508所科研人员在与竞争对手“过招”时,多少有些力不从心。“航天的标准化流程和管理体系在提高产品可靠性的同时,也相应增加了附加成本。”宋立国说。“在高端无人机配套方面,由于其对产品要求高,我们具有绝对优势;而在一些中低端市场,比起航空企业我们则失去了优势。”508所无人机回收系统副主任设计师房冠辉也深有同感。无人机回收系统指挥兼主任设计师滕海山认为,“成立专门的无人机研究所,或许能从原材料采购到后期维护环节建立起通畅体系,以控制研制成本。但这需要在单位的顶层设计上综合考虑无人机的何去何从。”

“依托彩虹太阳能无人机等项目的带动,并配套研发高强度轻质石墨烯新材料、新型太阳能电池、新型储能手段等技术和产品,有助于进一步推动中国航空产业的发展。”石文说,未来我国太阳能无人机还将向超高空、超长航时、大型化、实用化方向发展,前景值得期待。

  此外,在无人机的市场推广方面,研制人员也希望能从集团公司等层面获得客户和信息资源的支持。“在起步阶段,我们对市场的需求还不够敏感,常常苦于不知道目标客户是谁。”无人旋翼机项目结构总体设计师袁胜帮说,“推广无人机,我们还有很长的路要走”。

数据中继、高空监视、应急通信……“彩虹”未来前景广阔

  如今,无人机民用产业化刚刚起步,低空通航领域的开放以及无人机使用相关政策的制定等问题也影响着行业的发展。

科技的进步,最终目的是要服务人类。只有找准应用市场,才有持续发展的基础和潜力。类似彩虹太阳能无人机这样的创新产品,“瞄准”了经济社会发展应用需求,能提供多功能的技术服务和产品。

  2013年,中国民航局曾颁布《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂定规定》。但现阶段,在我国,有关无人机管理的法律法规尚存灰色地带。美国联邦航空管理局规定,商用无人机使用必须通过申请,可见同样面临监管难题。目前,大量“黑飞”无人机的存在,对公众存在不小安全隐患。2013年,空军就曾在北京地区击落“黑飞”无人机。

根据发展规划,彩虹太阳能无人机未来将具备“准卫星”的特征,作为空中平台,提供持久的数据中继和4G/5G通信,部分替代通信卫星功能,实现区域全覆盖的不间断态势感知、中继通信服务。

  508所的无人旋翼机作为国内外首款可进行安全伞降的无人旋翼飞行器,能够解决无人机在人口稠密地区进行飞行作业的安全性问题。“一旦直升机发生故障,伞降可以减慢其坠落速度,为地面人群疏散争取到更充裕的时间。”研制人员介绍。

例如,彩虹太阳能无人机一大应用前景,就是可以建设“空中移动WIFI”基站,为偏远地区或海岛提供较为便捷、廉价和响应迅速的移动通信和互联网接入服务,避免传统光纤或微波传输的巨大建设、使用和维护成本,降低信息化门槛。

  “我们要做的就是对市场需求做到未雨绸缪,只待政策放开的‘发令枪’响。”宋立国说。而508所这一着棋落,显然有足够的预见性。

“从经济社会发展广泛的领域而言,太阳能无人机服务领域还可以拓展到森林资源普查、农业普查、防洪防汛的监测预报、重大地质灾害的实时评估与救援等。”石文说,在发生地震、洪灾或森林火灾时,还可替代中断的通信,保持受灾地区与外界的联络。(新华社北京6月13日电)来源:中国军网

  2014年11月,全国低空空域管理改革工作会议透露,沈阳、广州、海南、长春、广州、唐山、西安、青岛、杭州、宁波、昆明、重庆飞行管制分区将进行真高1000米以下空域管理改革试点,并力争2015年在全国推行。这标志着我国低空空域资源管理由粗放型向精细化转变,对于无人机行业来说无疑是一剂强心剂。

  未来:瞄准实用各有侧重

  随着材料、控制、计算机等技术的发展,近年来,无人机技术实现重大突破,克服了卫星平台的观测周期限制和地面观测平台的观测区域限制,真正具备了高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率的对地观测、对地探测、通信中继能力,在国民经济建设中的应用价值逐步显现。大量民企涌入无人机行业,然而,其中多数产品由于缺乏理论支撑,安全性和可靠性低,且缺乏规模化发展。

  作为“国家队”,集团公司无人机研制团队可谓拥有得天独厚的技术和资源优势。

  九院无人机系统所2013年与新疆有关方面签订了多个型号的无人机系统合同。去年7月,该院无人机在新疆莎车县暴力恐怖袭击事件中,为警方搜捕暴恐分子提供了重要的侦察情报信息。

  十一院从2012年开始,对无人机民用产业进行相关应用探索,在资源勘查、海洋监测、气象、应急救灾等领域积极开展示范应用。

  2014年,在新疆克拉玛依完成的航空物探13000测量千米示范应用项目中,最大续航超12小时的CH-3无人机,理论测量航程为1800测线千米。而我国航空物探最常使用的有人飞机,仅能飞行4~5小时,理论

  测量航程只有约1035测线千米。“无人机航空物探的作业成本约为载人机航空物探的80%左右,通过实施一站多机、卫通遥测等先进技术,其作业成本仍有较大缩减空间。”中国地质科学院航空物探室副主任李文杰介绍说。

  在这个项目中,十一院将CH-3无人机平台应用到航空物探领域,实现了在低山地区的长航时、全夜航的作业模式,还安全、高效、高质量地完成了13000余公里的航磁、航放生产任务。这标志着我国自主研制的无人机航磁、航放综合系统基本实现工程作业实用化,具备了在全国大范围推广应用的能力。

  2015年,十一院将继续与用户紧密合作,在新组建的无人机工程中心基础上,形成从设计研发、生产制造到保障维护、飞行服务的无人机完整产业链。“做无人机不能只是靠先进技术的堆砌,而是要始终以用户的需求为中心。”石文说,目前十一院瞄准的是高端民用无人机市场。未来,他们比较看好的无人机民用方向将主要集中于地质、海洋和通信应用等国民经济建设迫切需求的领域。

  508所的无人机研制人员也十分关注用户需求。近年来,该所在推动军转民项目方面进行了许多新探索。虽然无人旋翼机项目刚刚开始示范应用,去年他们已经与中海油、海河流域水资源保护局、宁夏中卫环保部门等单位进行了接触,了解客户的特殊要求。

  “现阶段我们想做性价比高的产品,在综合性的基础上,通过独立模块化设计,提高产品对不同行业的适应性。”张春晓介绍说,接下来环境监测和反恐维稳方面的应用将是他们项目组的主攻方向。

  如今,从农业、工业到消费者领域,无人机的身影无处不在。谷歌、亚马逊等海外公司相继宣布进行无人机的开发应用。

  “我个人看好商业无人机的前景。就像20年前根本无法想象今天网购如此方便一样,谁能说再过多少年无人机物流不会成为可能?”宋立国说。

  有业内专家认为,如果以人的年龄来比喻无人机民用行业的发展,那么,这个行业所处的发育阶段相当于一个十六七岁的小伙子,尚在成长期。“只有在政策的扶持下,通过行业参与者耐心培育,无人机民用产业才能成长为健康的朝阳产业。”石文说。(来源:中国航天报
崔恩慧)

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