超微型无人机:警惕游荡在楼宇之间的致命"蜻蜓"

超微型无人机或成未来巷战侦察利器
2010年07月20日 07:34   来源:科技日报   王小龙

 

扑翼式超微型无人机


    提到现代战争,不少人首先都会想到装甲车、航母、战斗机这些大型武器装备,而在不远的未来,一种外形如蜻蜓般大小,重量只有10克左右,比普通航模还小的微型飞行器或许能发挥出比传统武器更强大的作用,成为决定一场战斗胜负的关键因素。

    据美国趣味科学网报道,美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在资助一个名为“超微型无人机(NAV)”的项目,计划研制出一种可在楼群间和建筑物中自如飞行的微型无人侦察机。这种飞行器可由单兵随身携带操控,为巷战等特殊环境中的战斗人员提供及时的战场情报,从而避免不必要的人员伤亡。

    半个手掌大的迷你飞机

    “超微型无人机”项目的目的是为城市巷战研发出一种超轻、超小的无人飞行器,这种飞行器可同时在室内室外飞行,具有垂直爬升、速降和左右横飞的能力。根据研发要求,该机机身各个方向的尺寸应不超过7.62厘米,最高飞行时速应达到32公里,能在建筑物内部以每小时1.6公里的速度低速飞行,可经受住时速为8公里的阵风,作业范围应达到2.4公里,能持续飞行至少20分钟。

    项目初始阶段共有洛克希德·马丁公司先进技术实验室组、德雷帕实验室、航空环境公司和微型推进公司4家厂商和研究机构参与。目前项目已进入第二阶段,各家机构也已公布了其设计方案或原型机。洛克希德·马丁公司采用了单片式飞翼的设计方案,德雷帕实验室采用了共轴双旋翼设计,航空环境公司和微型推进公司则分别采用了类鸟扑翼设计和类昆虫扑翼设计。

    其中洛克希德·马丁公司采用了单片式飞翼布局,飞行器通过自身高速旋转产生升力,机长约3.8厘米,最大起飞重量10克,有效荷载1.98克,自带通讯导航设备和电池。而美国航空环境公司的设计看上去更像是一只蜂鸟,其公布的原型机重10克,自身携带能量,依靠两个翅膀的振动获得推进力,可在低空进行盘旋。该公司称,该项目的第二阶段将于今夏结束,到时该机的续航能力将达到11分钟至20分钟。

    美国国防部高级研究计划局相关人士评价称,超微型无人机将目前人类空气动力学和能量转化效率方面的技术都推向了极限,将是航空科技的一个里程碑,这种飞行器将使目前城市环境下的军事侦察能力得到大幅提升。

    “克克计较”的荷载考验

    由于超微型无人机的重量一般只有10克左右,除去必要的动力、通讯和飞行控制设备外,其有效荷载空间已非常有限,而增加的重量又会在一定程度上缩短飞行器的续航时间,因此,其他任何一丝一毫的重量都要经过精确计算。

    超微型无人机主要战术目的是提升战场的信息化水平。根据设想,它应能够像飞虫一样盘旋在空中或者隐藏在某个角落,将目标区域的图像和声音传给数公里之外的控制人员。而在搭载了其他传感和侦察设备后,它还能用于执行目标跟踪、战果评估、有害物质检测等任务。而实现这一系列目标的关键将取决于飞行器的有效荷载量。

    因此,德雷帕实验室战术系统项目主任尼尔·亚当表示,很多人都能造出可以飞的微型飞行器,但真正能体现技术水准的是在保证重量、尺寸、续航时间等因素不变的前提下提高有效荷载量。

    向昆虫学习自主飞行

    与最高升限可达万米、最大时速可达数百公里的常规无人机不同,超微型无人机的设计初衷是用于小规模巷战,作战环境多是拥挤的城市街道或洞穴等。由于高大建筑物的屏蔽作用,这类地区的GPS(全球定位系统)信号一般都非常弱。如果仅仅依靠GPS导航,一旦失去GPS信号或者只有间歇性的信号,只需几秒钟的时间飞行器就会从空中跌落或是撞上其他物体。因此,如何导航成了一个亟待解决的关键问题。

    亚当也承认,德雷帕实验室很大一部分的工作都集中在了视觉的传感器系统的研发上。洛克希德·马丁公司所提供的NAV方案最终也采用了两种控制模式,在户外时为半自主飞行,在室内才通过无线电直接控制。但最理想的飞行模式仍是自主飞行,因为这样控制人员就能把更多的精力集中到对目标的搜寻和跟踪上。

    美国马里兰大学航空航天工程系教授肖恩·亨伯特说,在超微型无人机的世界里,成功的关键取决于飞行器的大小、重量和动力来源,但这三大因素都会限制在NAV上安装自主飞行系统的空间。研究人员希望能通过对昆虫神经系统的研究,为无人机设计出既轻巧又强大的“飞行神经”。亨伯特及其团队是美国陆军研究实验室的微型自主科技协同技术联盟中心的主要成员,目前正在进行与微型仿生系统相关的研究。

    亨伯特说:“小昆虫身上并没有安装奔腾处理器,却能很好地完成各种飞行动作,做自己要做的事情。或许,我们应该知道它们脑子里在想些什么,这样我们就能将其为我所用。昆虫的很多生理结构都具有多重功能,从生物学上看,它们生来就具有多任务处理能力。虽然目前这项研究还处于早期阶段,还有许多开创性的工作需要完成,但或许10年到15年内,在实战中我们就能看到这种装备了自主飞行系统的超微型无人机。”

(责任编辑:徐晶慧)

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