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誰持彩練當空舞 彩虹無人機的前世今生

2023-08-18 09:37:20 來源:新京報 點擊:
隨著適用場景的拓展,中國無人機將在軍民等各領域大放光彩。

兩架天青色涂裝的無人機魚貫而起,在空中劃出優美的弧度。

2022年11月10日下午,兩架彩虹-4察打一體無人機在珠海航展上進行了雙機飛行表演。這也是國內航展中首次有中大型無人機雙機飛行表演。

航天彩虹無人機股份有限公司(簡稱“航天彩虹”)公布的視頻顯示,雙機距離最近處僅相隔30米,在珠海上空復雜電磁環境下演繹一站雙機協同任務飛行,實現一對一中距、近距協同通信。

這兩架無人機還對整個航展的機場進行了一次空中掃描,其攜帶的多光譜光學探球拍攝了整個珠海金灣機場景象,地面展示的各種飛機、無人機、地空導彈等盡顯眼中。這也是此次航展第一次空對地拍攝。

在這次珠海航展上,由“航天彩虹”研發的無人機彩虹家族首次全譜系亮相。彩虹系列無人機,經過20多年的發展,逐漸成為國內型譜最齊全、批量出口最早和出口量最大的無人機系列。

資料記載,無人機的研發已有百年,我國在20世紀60年代末開始自主研發無人機。在彩虹系列無人機總師石文看來,從有人機到無人機,一字之差,對研發人員來說是新的挑戰。

石文透露,彩虹無人機作為軍用產品,已經出口多個國家,在民用市場上也發展迅速。在軍民融合深度發展戰略的指導下,彩虹系列無人機在國內的航空物探、森林防火、應急測繪、海洋保護、應急通信等多個民用領域實現了規?;瘧?。

讓它飛起來

時間回到1999年初,原北京空氣動力技術研究所(中國航天空氣動力技術研究院前身)了解到我國某軍種對無人機系統有比較迫切的需求,捕捉到這一信息后,研究所成立了無人機項目論證組。

“無人機到底應該做成什么樣子?能不能飛起來?”

這些問題對于當年的七人項目論證組而言,是沒有答案的。“只能邊學邊干”,作為全程見證彩虹無人機成長的總師石文,如今依舊記得剛起步時的艱難,他們幾乎沒有技術參數和經驗可以借鑒,無人機也僅僅停留在構想上。

公開資料顯示,遙控無人駕駛飛機最早出現在第一次世界大戰期間。1916年,世界上第一架無線電操縱的無人機在美國試飛成功。

在石文看來,無人機真正的發展是在20世紀50年代。此前無人機一直以遙控靶機為主要使用形式。在越南戰爭時期,逐漸從靶機發展出可以用于偵察的無人機,作為會飛的傳感器,無人機把人類的視野和感知延伸到了空中。

中國工程院院士、著名飛機設計師宋文驄等老一輩航空人,從20世紀六七十年代起,就一直關注著西方無人機的發展,并參與探索自主研制中國無人機。宋文驄說過,“如果不能掌握飛行器的無人化技術,中國的未來將非常被動。”

2000年4月,大約經過一年的論證,中國航天空氣動力技術研究院自籌了500萬元資金,正式啟動無人機項目。

從如何實現飛機總體平衡開始,研究團隊先后攻克了飛控系統、發動機燃油系統、機體結構及復合材料、火箭助推起飛、傘降回收系統和數據圖像同步傳輸等難題。2000年12月底,第一架中近程無人機雛形基本形成。

2001年12月30日,在河北某機場,伴隨著發動機的轟鳴,第一架遠程遙控的無人機HW-01滑跑起飛,這架翼展4.4米,總長3.9米的無人機,圓滿完成首次飛行試驗,標志著研究所向真正的無人機走出了關鍵的一步。

2002年,研究所開始了自主飛行驗證機HW-02的研制工作。2004年7月,HW-02無人機自主飛行試驗取得了圓滿成功。此時,遠望西山彩虹直掛天際,試驗機與彩虹相得益彰,大家因而將該無人機取名為“彩虹-1”。

2003年6月,彩虹-1無人機首次取得出口訂單。在彩虹-1無人機研制成功的同時,彩虹-2無人機的研制也提上了日程。由于沿襲了彩虹-1的設計思路,彩虹-2的研制順風順水,2005年12月,彩虹-2無人機試飛成功。

轉向“察打一體”

如今無論是在軍用還是民用領域,無人機都越來越普及,但是長航時察打一體軍用無人機,卻只有少數幾個國家能夠研制,我國就是其中之一。

察打一體無人機是指集長航時偵察和精確打擊于一體的無人機,由于其信息化程度更高,能夠更加適應作戰節奏快、智能化的現代戰爭。

航天彩虹無人機股份有限公司總經理文曦回憶,在無人機項目早期論證時,研發團隊就開始將察打一體無人機的研發納入了日程。

彩虹研發團隊再次找準了方向,彩虹-3是彩虹家族中一個具備里程碑意義的型號。不同于彩虹-1和彩虹-2,從彩虹-3開始的機型,已經由單純偵察變身察打一體,從火箭助推、傘降回收升級到自主滑跑起降,任務性質延伸到遠程巡航,實現了質的飛躍。

據石文介紹,傘降回收的緩沖行程有限,瞬時平均過載大概10G,造成的沖擊比較大,導致飛機壽命短,飛行30次到50次就報廢了。而自主滑跑著陸回收方式不需要攔截網或氣墊等輔助設備,具有更高的自主性,是無人機著陸回收的重要發展方向。

察打一體無人機在實際應用中,偵察和打擊無縫鏈接。

石文舉了一個例子,早期的無人機相當于自動控制以后帶個小腦,能控制動作,但沒辦法解決“觀察和判斷的問題”。

“持續偵察、持續監視、持續的目標信息獲取是最重要的。”石文告訴記者,后繼研發的無人機不僅僅是自動化的飛行機器,更是一個自動化的信息收集機器和自動化的目標檢測、識別機器,能夠進行多維信息的獲取,比如光學、紅外光譜,還包括雷達成像等電子信息層面。

對目標打得準、打得快同樣重要。2006年8月,射手-1(AR-1)空地導彈項目組正式成立。

石文介紹,彩虹-3掛載的AR-1型空地導彈,是專為無人機開發的武器,在5000米高度就能發射而無須降低高度,增加了無人機的安全系數,完全可以打擊敵方坦克、固定工事等目標,真正做到了“發現即打擊”。射手導彈的研制成功,在國內率先實現了察打一體化的無人機裝配上了武器系統,使得產品型譜更加寬廣。

經歷了兩年的反復摸索、測試,2007年2月3日,彩虹-3無人機圓滿完成了首次飛行試驗。該機型是一款中程無人機。翼展8米,長5.5米,起飛重量達640公斤,有效荷載60公斤,最大荷載可達100公斤。該機巡航高度3000-5000米,最大升限6000米,滯空時間可達12小時,最大航程可達2400公里,其間無須加油。

2008到2009年,彩虹-3歷經多次的技術改進和完善,先后成功完成近百次飛行試驗,成為我國第一款批量出口的無人機。

螺旋式上升發展

提及彩虹系列無人機能迅速打開市場的原因,文曦將其歸結為在不斷的創新和迭代中螺旋式上升發展。

“一個是用戶需求,一個是對技術判斷,只有這樣組合起來,我們才能兩條腿走路,真正地把產品做好。”

文曦提到,彩虹無人機團隊的研發人員們常常需要出差,走訪多國的各種用戶,去發掘和研究用戶的需求,把用戶需求轉化為自身設計和創新的動力。在國內也需要和眾多配套單位的技術人員們討論用戶需求如何實現,還需要在彩虹試飛基地反復進行驗證,最終滿足用戶的需求。

“大膽創新,小心求證。”石文提到,在充分論證可靠性和安全性的基礎上,“別人認為不敢干的,我們就敢上。”以無人機尋找目標為例,識別要快且敏捷,“別人在用那種搖桿、軌跡球的時候,我們嘗試用鼠標點擊,后來用觸摸屏。”

回首彩虹家族的發展歷史,石文感嘆,“在幾個關鍵的節點上走對了。”

盡管彩虹-3銷量亮眼,但研究院認為它的綜合性能還可以繼續優化。2010年10月,研究院開始研制彩虹-4無人機,經過反復論證和試驗,2011年9月30日,彩虹-4無人機成功完成了首次飛行試驗。

石文說,目前彩虹-4無人機是彩虹無人機家族中最成熟的一款,其機長10米左右,高3米多,翼展18米,最大起飛重量1330公斤,最大續航時間35小時,最大載荷能力達345公斤。機身掛架上滿掛反坦克導彈和精確制導炸彈時,可對地面和海上目標進行偵察和打擊,攻擊精度小于1.5米。

2015年3月,翼展45米,起飛重量500公斤,最高升限20000米的彩虹-T4太陽能無人機成功首飛。2017年,量產型彩虹-5無人機完成首飛,并完成AR-1、AR-1改型、AR-2等多型導彈以及實彈打靶演示,為實用化進一步鋪平了道路。

“創新縮短了時間差。”彩虹無人機家族迎來了一位又一位新成員,從彩虹-1到彩虹-10,實現了從輕型無人機到大型無人機的進步,以及無人機功能從偵察到多功能應用的跨越。

彩虹無人機的訂單持續增加,裝備發展的步伐也不斷加快。2019年,彩虹-4某型完成某軍種中空長航時無人機實彈比武測試。2020年,彩虹-4列裝某軍種。2021年,彩虹太陽能無人機首次完成3天以上高空自主飛行試驗,創造了國內無人機臨近空間飛行高度紀錄。

目前彩虹已經擁有超近程、近程、中遠程、遠程等類型的無人機,形成了完整的無人機型譜系列。

在2022年的珠海航展上,彩虹-3低成本無人機、彩虹-4、彩虹-5、彩虹-6、彩虹-7、彩虹-10傾轉旋翼無人機及射手系列空地導彈等悉數亮相。

民用前景廣闊

航天彩虹民用市場負責人之一王超透露,彩虹無人機在民用市場上也發展迅速。

在軍民融合深度發展戰略的指導下,彩虹系列無人機在國內的航空物探、森林防火、應急測繪、海洋保護、應急通信等多個民用領域也實現了規?;瘧?。

王超介紹,航空物探需要超低空飛行,地形復雜、環境多變,此前一直依靠有人機,對飛行員的要求極高。而無人機航空物探裝備具有小型化、智能化、成本較低、續航能力強、方便夜間飛行等特點,特別是在人員零傷亡上具有突出的優勢。

針對航空物探需要解決的問題,彩虹團隊明確了物探系統集成技術、超低空地形跟隨高度信息獲取技術、超低空飛行軌跡穩定控制技術和三維空間導航技術這4個關鍵技術難點,并逐一攻破。

彩虹-3系統是世界第一個針對地質調查礦產勘查開發的中型無人機航空地球物理綜合測量系統,集成先進的航空磁場和放射性測量方法,將主要應用于基礎地質調查,金屬礦產和放射性礦產勘查等領域。

此外,彩虹-4無人機重磁綜合測量系統是全國首個實現無人機重磁綜合測量的飛行平臺,在我國海洋及高原開展航空重磁綜合測量飛行任務。

文曦提到,彩虹無人機能夠快速執行應急監測與應急救援任務。2008年5月汶川地震,造成當地電力通信系統和很多基礎設施損壞,人員和機械都難以第一時間進入震區展開搜索和救援,衛星和其他遙感手段很難準確、快速獲取災區的具體準確信息。而無人機通過低空飛行,精準掃描,為應急救援搜集了大量震區信息,有力支援了搜救工作。

2009年,國家測繪地理信息局制定的年度計劃中,也將裝備無人機作為重要任務之一,提出利用無人機增強應急測繪能力,改善以往應急測繪滯后性的問題。

2022年9月,瀘定6.8級地震,彩虹-4無人機在震中航空攝影,獲取地震核心區200余平方千米的影像數據,提供給抗震救災指揮中心,保障救援搶險工作順利進行。

在森林防火上,彩虹無人機能夠實現重點林區無人機監控的覆蓋。2018年10月,一款用于森林防火的彩虹-4無人機在大興安嶺加格達奇航空護林站成功首飛。該無人機以其大載重、長航時、高可靠性和高性價比的特點成為“空中護林員”。2022年4月,彩虹-4無人機又中標四川森林防火服務項目,從祖國的東北林場轉戰西南高原。

幾乎每一位彩虹團隊的成員都強調了“飛行無小事”。石文更是感嘆,“任何一次成功的飛行,都只是下一步的一個基礎和一個開始而已。”

如今彩虹成為國產無人機的重要代表,被寄予厚望。文曦表示,中國無人機雖然屬于后起之秀,但得益于中國完整的工業化體系,在世界市場中獲得競爭優勢,目前已經達到國際先進水平。隨著適用場景的拓展,中國無人機將在軍民等各領域大放光彩。

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