【科普知识】---2023全球十大工程成就--4

作者：潘长宏（文学之都居士）

2024年1月8日

          2023年12月20日，中国工程院“2023全球十大工程成就”在北京发布，ChatGPT、中国空间站、百亿亿次超级计算机、白鹤滩水电站、双小行星重定向测试、RTS、S/AS01疟疾疫苗、鸿蒙操作系统、Spot&Atlas机器人、锂离子动力电池、无人驾驶航空器入选。本年度入围的全球十大工程成就，是过去5年由世界各国工程科技工作者合作或单独完成并实践验证有效的，且已经产生全球影响的工程科技重大创新成果。（【《科普知识】---2023全球十大工程成就--1、2、3》就十大工程成就中前九项做一个简要解析。今天对最后一项“无人驾驶航空器”专项做解析。

          无人驾驶航空器的诞生可以追溯到1914年。当时正值第一次世界大战，英国的卡德尔和皮切尔两位将军，向英国军事航空学会提出了一项建议：研制一种不用人驾驶，而用无线电操纵的小型飞机，使它能够飞到敌方上空，投下炸弹。这种设想得到了当时英国军事航空学会理事长戴·亨德森爵士的支持。A.H.洛教授（右）是第一架无人驾驶飞机的重要参与者。这项试验工作由A.M.洛教授负责。为了保密，该计划被命名为“AT计划”。经过多次试验，研制小组首先研制出一台无线电遥控装置。飞机设计师杰佛里·德哈维兰设计出一架小型上单翼机。研制小组把无线电遥控装置安装到这架小飞机上。

          1917年3月，世界上第一架无人驾驶飞机在英国进行了第一次飞行试验。但是起飞后发动机突然熄火，导致飞机坠毁。过了不久，研制小组又研制出第二架无人机进行试验。飞机在无线电的操纵下平稳地飞行了一段时间后，发动机又突然熄火。两次试验的失败，并没有使洛教授灰心，继续进行着无人机的研制。此后，其他国家相继展开了无人驾驶飞机的研制。

　       2020年1月3日，伊朗高级将领卡西姆·苏莱曼尼在伊拉克遭遇美军无人机袭击身亡。这个在科幻文学创作中拥有特别意义的年份，就在这样一件震惊全球的事件中拉开了帷幕，很多人说2020年会是人类历史的全新开端，站在两年后回望过去，忍不住感叹一语成谶。抛开事件背后的种种政治较量与军事交锋不谈，这一次行动当中的扮演了重要角色的武器非常引人注目，那就是无人机。

  《遗落战境》中的无人机

　　    英语中的无人机是unmanned aerial vehicle，缩写为UAV，或者unmanned aircraft system，缩写为UAS（无人飞行器系统）。除此之外，无人机还有一个非常形象的名字drone。这个单词的本义是指雄蜂，用来代指马达嗡嗡、小巧灵活的无人机也是非常形象了。在2019年上映的动作电影《天使陷落》中，从一座多联装发射器中发射的无人机就像炸窝的马蜂一样突袭了正在度假的美国总统，这些无人机由于体型非常小、速度非常快、阵型非常密集，还被片中的安全特工误认为是蝙蝠群。

   影片中出现的无人机群

　　   虽然无人机通常与高科技联系在一起，但是它的历史却并不短。最早的广义上的无人飞行器，是相传诞生于三国时期的孔明灯。而人类最早在军事上应用“无人飞行器”的记录可以追溯到1849年的第一次意大利独立战争，当时的奥地利军队包围了威尼斯。围城的奥军向威尼斯放出了约两百个无人操控的燃烧气球。由于只能依靠风力和运气的“无人操纵系统”过于简陋，这批燃烧气球并没有取得什么战果，绝大部分气球都错过了目标。

　　   无人机真正的发展起步是在二十世纪初。1903年，西班牙工程师莱昂纳多·托雷斯·伊·克维多设计除了一款名为“Telekino”的无线电控制系统，目的是在保证自身安全的情况下测试他设计的飞艇。十一年后，英国的工程师们开始进行通过无线电遥控无人驾驶飞机和无人驾驶船舶的试验。1916年，英国工程师阿奇博尔德·蒙哥马利·洛在前人的基础上进一步改进了无线电控制系统，并将这一系统应用在一架2.82米长，翼展3米的无人驾驶单翼飞机上，这架被称为“空中目标”的飞机于1917年3月21日在英国皇家空军阿帕文空军基地被发射成功，成为世界上第一架在无线电控制下飞行的动力无人机。

　　  “空中目标”由地面的无线电操作员向飞机上的无线电接受装置发送控制信号来进行操控，或者说“驾驶”。为此，阿奇博尔德专门设计了一套能够每天进行更换的命令传输编码，以防敌人的干扰影响。虽然“空中目标”最初的三架原型机均以坠毁告终，但是皇家空军仍然认可阿奇博尔德的理念：通过无线电控制携带高爆炸药的飞机是完全可行的。“空中目标”的改进型号很快被应用在第一次世界大战中，用于攻击航线和港口设施。

　　   著名的“科学狂人”尼古拉·特斯拉并没有缺席无人机领域，他在1915年便提出了打造一支无人空中舰队的构想。然而由于他一生穷困潦倒，没有遇到自己的伯乐，导致这一想法始终停留在纸面上。

　　   战争是科技最好的燃料，伴随着二十世纪前半叶的两场世界大战，无人机的发展迅速进入了快车道，各国纷纷投入无人机的设计与研发，诸如无人驾驶的空中鱼雷、远距离操控的无人驾驶轰炸机等以实战为目的的无人驾驶飞行器不断问世。而纳粹德国在二战其间生产和使用的各种无人设备成为当时的集大成者，歌莉娅无人坦克、阿格斯无人侦察机等均代表了当时最尖端的科技。其中翘楚便是大名鼎鼎的V-1飞行炸弹。

   V-1飞行炸弹

　　   需要专门说明的是，在现代，导弹与无人机在定义上已经成为两种完全不同的装备，然而按照现在的标准，V-1飞行炸弹无论是飞行距离、最大速度和制导系统等均远弱于现代意义的导弹，因此将之归类于无人飞行器，而非导弹。至于为什么没有把后来诞生的V-2导弹归为无人飞行设备，这是因为它是第一个能够穿越卡门线进入太空的人造物体，而且能够实现超音速飞行，因此V-2虽然名为导弹，其实已经是真正意义上的火箭了。

  *位于发射架上的V-1飞行炸弹

　　   V-1飞行炸弹的外形与普通飞机类似，只是没有驾驶员的乘坐空间。与“空中目标”等无人机前辈一样，通过无线电控制系统进行遥控操作，同时导弹也配置了一个简单的自动驾驶仪来调节高度和空速。V-1飞行炸弹最显著的特征是它在飞行时会发出巨大的嗡嗡声，因此又被称为嗡嗡炸弹，当它到达预定空域准备下降时，方向舵将会处于空挡，发动机停机，紧接着急剧下降直到命中目标。嗡嗡声之后突然的沉默提醒每一位听众即将到来的撞击，犹如死神停止摇铃，挥下镰刀。

　　   冷战期间，无人机的发展迎来第二春，东西方两大阵营纷纷开始了在无人机研发领域的较量。越南战争中，美国应用了瑞安147型、瑞安AQM-91萤火虫、洛克希德D-21等多种型号的无人机，美国空军第100战略侦察联队在越南战争中执行了约三千五百次无人机任务，代价则是损失了五百多架无人机。以色列在二十世纪六十年代末制造了第一批安装侦察相机的战术无人机，这些可以在任何短跑道上发射和降落的战术无人机在中东战争中大放异彩，多次成功地从苏伊士运河对岸带回侦察照片。

　　    而苏联也充满针对性的启动了代号为“红色马车”的无人机计划，研制出了图-123、图-143等无人战术侦察机。虽然在技术上偏于保守，但是在二十世纪六十年代的“超高空无人机角逐”中，苏联无人机以更好的可靠性和实用性与美国并驾齐驱，毫不示弱。反观苏联解体三十年后的俄罗斯，因为种种原因，导致在俄乌战争中被乌克兰无人机压制，令人唏嘘。

   博物馆里的图-143无人战术侦察机

　　   随着材料技术、电子技术以及空气动力学等科研技术的发展，无人机在二十世纪八、九十年代逐渐开始小型化、信息化和轻量化，在军事行动中的用途也越来越广泛，不再局限于侦察。在1991年的海湾战争中，美军大量使用了携带武器的无人机，比如由通用原子公司制造的MQ-1捕食者无人机，能够发射AGM-114地狱火空对地导弹，在实战中对伊拉克军队造成了大量杀伤。更便宜、更强大的战斗无人机震撼了全世界。

   MQ-1捕食者无人机

　　   与此同时，无人机也开始从军事装备向科研装备和民用装备转型，在消费者和民用航空活动中的应用也越来越多，逐渐成为大众所熟知的“玩具”。截至2021年，四轴飞行器无人机已成为民用领域最为广泛的无人机。

　　   中国的无人机技术虽然起步较晚，但是也取得了非常优秀的成果，研发了“彩虹四号”（CH-4）中空长航时无人机、“翼龙”无人机、WJ-600型高空高速无人机等出色的无人机型，还诞生了大疆等享誉全世界的民用无人机生产制造企业。在中国科研人员的努力下，《天使坠落》中出现的非常具有科幻感的无人机蜂群也成为了现实。2017年11月，中国电子科技集团研制安装在卡车底盘上的四十八联装无人机发射平台，单台一次密集齐射就能将四十八架无人机投射上空，进行精确编队、阵型转换，地面检查和精确打击。而这款无人机系统一次可发射两百架无人机，形成庞大的“蜂群”，使打击效果倍增。从技术角度来看，对无人机蜂群进行有序的作战指挥同时引导、控制大规模无人机做复杂的攻击动作并不是一件容易的事，它需要优秀的空中管制能力和编队协调能力，因此，中国电科此次进行的试验工作，具有非常重要的意义，也宣告了中国在无人机“蜂群”作战方面，已经取得重大技术突破。

   2023年全球工程前沿呈现三大特征：一是新兴前沿持续演进。新一轮科技革命和产业变革深入发展，机器人、大模型、量子芯片、合成生物学、泛基因组等新兴技术不断突破，为全球科技和产业创新提供新动能。二是交叉前沿融合创新。学科交叉融合持续推进，人工智能、机器人、可再生能源等新技术加速向各领域渗透融合，迈向智能化、无人化、精准化、低碳化，催生全球科技和产业创新发展新模式。三是应用前沿深入发展。以应用场景驱动，以解决复杂问题为导向，多目标协同、多维度兼顾，统筹局部与整体、本体和环境、数量和质量、品质和效率，拓展全球科技与产业创新的新格局。

注：科技成就，解析不对之处请提出宝贵意见。可以更改。谢谢！