撲翼式超微型無人
提到現代戰(zhàn)爭，不少人首先都會想到裝甲車、航母、戰(zhàn)斗機這些大型武器裝備，而在不遠的未來，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)武器更強大的作用，成為決定一場戰(zhàn)斗勝負的關鍵因素。
據美國趣味科學網報道，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）正在資助一個名為“超微型無人機（NAV）”的項目，計劃研制出一種可在樓群間和建筑物中自如飛行的微型無人偵察機。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)斗人員提供及時的戰(zhàn)場情報，從而避免不必要的人員傷亡。
半個手掌大的迷你飛機
“超微型無人機”項目的目的是為城市巷戰(zhàn)研發(fā)出一種超輕、超小的無人飛行器，這種飛行器可同時在室內室外飛行，具有垂直爬升、速降和左右橫飛的能力。根據研發(fā)要求，該機機身各個方向的尺寸應不超過7.62厘米，最高飛行時速應達到32公里，能在建筑物內部以每小時1.6公里的速度低速飛行，可經受住時速為8公里的陣風，作業(yè)范圍應達到2.4公里，能持續(xù)飛行至少20分鐘。
項目初始階段共有洛克希德·馬丁公司先進技術實驗室組、德雷帕實驗室、航空環(huán)境公司和微型推進公司4家廠商和研究機構參與。目前項目已進入第二階段，各家機構也已公布了其設計方案或原型機。洛克希德·馬丁公司采用了單片式飛翼的設計方案，德雷帕實驗室采用了共軸雙旋翼設計，航空環(huán)境公司和微型推進公司則分別采用了類鳥撲翼設計和類昆蟲撲翼設計。
其中洛克希德·馬丁公司采用了單片式飛翼布局，飛行器通過自身高速旋轉產生升力，機長約3.8厘米，最大起飛重量10克，有效荷載1.98克，自帶通訊導航設備和電池。而美國航空環(huán)境公司的設計看上去更像是一只蜂鳥，其公布的原型機重10克，自身攜帶能量，依靠兩個翅膀的振動獲得推進力，可在低空進行盤旋。該公司稱，該項目的第二階段將于今夏結束，到時該機的續(xù)航能力將達到11分鐘至20分鐘。
美國國防部高級研究計劃局相關人士評價稱，超微型無人機將目前人類空氣動力學和能量轉化效率方面的技術都推向了極限，將是航空科技的一個里程碑，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。
“克克計較”的荷載考驗
由于超微型無人機的重量一般只有10克左右，除去必要的動力、通訊和飛行控制設備外，其有效荷載空間已非常有限，而增加的重量又會在一定程度上縮短飛行器的續(xù)航時間，因此，其他任何一絲一毫的重量都要經過精確計算。
超微型無人機主要戰(zhàn)術目的是提升戰(zhàn)場的信息化水平。根據設想，它應能夠像飛蟲一樣盤旋在空中或者隱藏在某個角落，將目標區(qū)域的圖像和聲音傳給數公里之外的控制人員。而在搭載了其他傳感和偵察設備后，它還能用于執(zhí)行目標跟蹤、戰(zhàn)果評估、有害物質檢測等任務。而實現這一系列目標的關鍵將取決于飛行器的有效荷載量。
因此，德雷帕實驗室戰(zhàn)術系統(tǒng)項目主任尼爾·亞當表示，很多人都能造出可以飛的微型飛行器，但真正能體現技術水準的是在保證重量、尺寸、續(xù)航時間等因素不變的前提下提高有效荷載量。
向昆蟲學習自主飛行
與最高升限可達萬米、最大時速可達數百公里的常規(guī)無人機不同，超微型無人機的設計初衷是用于小規(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)）信號一般都非常弱。如果僅僅依靠GPS導航，一旦失去GPS信號或者只有間歇性的信號，只需幾秒鐘的時間飛行器就會從空中跌落或是撞上其他物體。因此，如何導航成了一個亟待解決的關鍵問題。
亞當也承認，德雷帕實驗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，在戶外時為半自主飛行，在室內才通過無線電直接控制。但最理想的飛行模式仍是自主飛行，因為這樣控制人員就能把更多的精力集中到對目標的搜尋和跟蹤上。
美國馬里蘭大學航空航天工程系教授肖恩·亨伯特說，在超微型無人機的世界里，成功的關鍵取決于飛行器的大小、重量和動力來源，但這三大因素都會限制在NAV上安裝自主飛行系統(tǒng)的空間。研究人員希望能通過對昆蟲神經系統(tǒng)的研究，為無人機設計出既輕巧又強大的“飛行神經”。亨伯特及其團隊是美國陸軍研究實驗室的微型自主科技協(xié)同技術聯(lián)盟中心的主要成員，目前正在進行與微型仿生系統(tǒng)相關的研究。
亨伯特說：“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作，做自己要做的事情?；蛟S，我們應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。昆蟲的很多生理結構都具有多重功能，從生物學上看，它們生來就具有多任務處理能力。雖然目前這項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，在實戰(zhàn)中我們就能看到這種裝備了自主飛行系統(tǒng)的超微型無人機?！?/p>
下載文檔
