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打造天空之眼——走近中国的“彩虹”无人机

2017-08-05      撰文 本刊记者 杨云倩 摄影 本刊记者 万全

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    “彩虹”-4是一款中空长航时察打一体无人机,历经十余年的研制。以“彩虹”-4为代表的“彩虹”系列无人机已经外销至中东和非洲地区。

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    “彩虹”系列无人机的背后,是一个年轻的团队。

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    目前,“彩虹”系列无人机涵盖多种型号,且具有较高的性价比。

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    “彩虹”系列无人机总工程师石文在太阳能无人机总装车间。他认为,做科研,需有一些“科幻”能力,敢于想、敢于突破传统,才有进步的可能。

  • 00-_1wq1779.jpg

    “彩虹”-4的操作控制系统优化,能够让人轻松操作。石文介绍,玩过电脑游戏的人可能只需要10分钟即可上手操纵。

  • 抗震救灾.jpg

    “彩虹”无人机在高空捕捉到的灾后画面。

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    “彩虹”无人机在高空捕捉到的灾后画面。

  • 激光雷达获取的数字表面模型.jpg

    “彩虹”无人机上加载的激光雷达所获取的三维景观图。

  • 三维景观图.jpg

    “彩虹”无人机上加载的激光雷达所获取的三维景观图。

  • 微信图片_20170629214206.jpg

    近日,“彩虹”太阳能无人机成功完成2万米以上高空飞行试验,这使中国成为继美、英之后,第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。

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  从微型、近程小型、中近程,到中高空长航时,再到太阳能,“彩虹”系列覆盖了无人机几乎所有的类型。从开创初期不足500万元的研制经费投入到逾10亿元的年产值,从早期的7人团队到如今300余人的规模,这样的蜕变连“彩虹”人自己或许都无法预料。

  20176月,新型“彩虹”太阳能无人机,在中国西北某地圆满完成临近空间飞行试验。这也是“彩虹”系列无人机自2004年在市场上取得成功以来,最新推出的一款具有完全独立自主知识产权的无人机。

  太阳能无人机

  翼展45米、表面布满太阳能电池板,高空实时监视定位,应用前景广阔……由中国航天科技集团第十一研究院研制的新型“彩虹”太阳能无人机的核心关键技术和设备全部实现国产化,标志着中国成为第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。

  距离地面20100公里的空域被称为临近空间,对传统燃料消耗型飞机而言,稀薄的空气让发动机功率显著下降,但这里却是太阳能无人机的发挥空间。

  “彩虹”系列无人机总工程师石文介绍:“这款无人机依靠太阳光提供全机能源,用电动螺旋桨推进,未来还有望实现数月甚至更长时间飞行。”因为无人机可以自主吸收太阳能,同时又进行消耗,实现“内部循环”,除去零件损耗问题,理论上可以在两万米高空长时间执行任务。而传统无人机的飞行高度则是在5000米以下。

  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,比如利用其架设“空中移动WiFi”基站,为偏远地区或海岛提供便捷、迅速的移动通信和互联网接入服务。“地震、泥石流等自然灾害发生后,通讯中断。无人机上天以后,可以提供持久的4G/5G信号,保持受灾地区与外界的联络。”石文介绍说。

  太阳能无人机已吸引了海洋、森林消防、地质调查等领域单位的持关注。国内外多家网络公司也与“彩虹”进行了洽谈,策划用长航时无人机作为其空中通讯基站,保证偏远地区用户的网络服务。

  “彩虹”的诞生

  “彩虹”太阳能无人机是“彩虹”系列无人机的“新贵”,前后经历了15年的研制期,而“彩虹”系列无人机则从上世纪末就开始了研制。

  1999年,北京空气动力技术研究所(现中国航空空气动力技术研究院)从各部门抽调人才,组建起项目团队,以中近程无人机为发端,开始研制工作。2001年,原理样机HW-01试飞成功,这让团队成员坚定了无人机研制的可行性。20024月,特种飞行器事业部成立,十余人涵盖了总体、动力、结构、控制、电气等专业。

  相继突破火箭助推起飞和伞降回收技术后,HW-02试验样机开始全自主飞行。然而在进行到第三圈时,飞机传感器出现故障,飞行高度却在不断下滑,最终失速,HW-02坠机摔成碎片,这让设计人员非常难过。

  “做飞机几乎没有不摔的,我们得允许有错。”石文回忆。整个团队痛定思痛,在三个月时间内几乎吃住都在车间,确定了更换传感器的方案,最终在20047月带着崭新的02号机再试,终于获得成功。

  与世界做生意

  技术可以攻克,但最困扰这群“理工男”将“彩虹”做大做强的,或许是市场。

  2004年,团队设计研制出第一架具有自主知识产权、具备全自主飞行能力的“彩虹”-1无人机,这也是“彩虹”团队的第一份军贸合同。随后,十余人的交付队伍踏上异国,面对夏日骄阳、陌生环境、外方质疑,在“彩虹”-1意外开伞的情况下,快速查找原因、解决问题……随后四次交付飞行均顺利通过,外方也对“彩虹”-1无人机的性能和其背后的团队竖起大拇指。“彩虹”-2无人机的订单也随即敲定。

  2005年,随着合作国家的肯定和进一步的要求,“彩虹”-3中程无人机开始论证。“彩虹”-3无人机采用的是新颖的鸭式翼身融合气动布局,属国内首例。从确定全机布局到风洞试验,石文带领团队在气动外形的探索设计上攻关。没有气动数据可供参考,复杂的气动模型设计,重复的吹风试验,通宵达旦地分析数据、查阅资料,他们不仅要确保获得最优的气动性能,还得往返于国内外与用户沟通协调,总体设计人员做到了毫厘必究。

  2007年,“彩虹”-3无人机首飞成功,这款具备多用途且有高性价比的产品立即吸引了国内外多家用户。“彩虹”-3无人机体型不大,在执行侦察任务时,能在5000米高空连续飞行12小时,挂载两枚AR-1导弹后,可飞行6小时,是国内首款实现察打一体的机型。“彩虹”-3的成功,使“彩虹”从低端走向中高端。。

  此后的2011年,多用中空长航时“彩虹”-4无人机系统诞生; 2017年,大型察打一体无人机“彩虹”-5的量产型首飞。

  “一个人做不成大事,只能一个团队劲往一处使。”负责高超声速飞行器气动试验数年,又从事无人机总体设计工作,石文领导团队将一个个设计理念变为现实。在他看来,“彩虹”无人机实现从无到有、从弱到强,最值得推崇的是团队的活力与创新精神。“我们可以说是随时都是工作状态,每当有了想法,就去找团队同伴商量,评判可行性。很多有创新的内容,都是我们平时头脑风暴碰撞出来的。这是我们的宝贵财富。”

  “永不闭上的眼睛”

  “自主研发无人机航空物探(磁/放)综合测量系统”入选了中国地质调查局、中国地质学会、中国地质科学院2014年“十大科技进展”。该成果正是应用了“彩虹”-3航空物探应用系统。

  在无人机投入市场之前,航空物探一直依靠有人机,消耗了大量人力物力。2012年,应地质勘探用户的要求,中国航天空气动力技术研究院开始了“彩虹”无人机航空物探应用系统的研制。

  航空物探要解决超低空、沿地形起伏、低空测控、系统集成、危险地物规避、低成本控制等等问题。为此,项目组确定了物探系统集成技术、超低空地形跟随高度信息获取技术、超低空飞行轨迹稳定控制技术和三维空间导航技术这4个关键技术难点,并逐一攻破。

  20137月,项目组带着样机赶赴黑龙江嫩江地区开展应用系统的第一次超低空飞行试验。虽在第一次试验中因油品问题发生了坠机事故,但项目组最终还是实现了80米超低空沿地形起伏飞行、完成200平方公里磁放面积性测量、磁放数据达到一级标准等指标。这些都标志着中国首个无人机航空物探磁放综合站应用系统研制成功。

  “我们的产品是军民两用,根据用户需求和数据需求来决定如何用。无人机在环境适应和工作时长上明显占优。”石文认为,科技的进步,最终是服务人类,无人机是将人从繁重操作中解放了出来。

  无人机可以长时间在战场上空盘旋,依靠自身的侦测系统全面掌握战场情况,能够做到精确打击,目前已经被许多国家应用于反恐战场。而在民用领域,无人机重要市场是测绘、地质勘探、气象、环境监测、油气管道检查、城市规划、安全防护等部门。“例如一些人迹罕至的海岛、丛林和沙漠地带,极少有卫星能够长时间停留。‘彩虹’无人机通过与地面操作的配合,将来可能实现短时间内数据重访,甚至可以全天候不间断监测,并对数据进行实时更新。”

  石文表示,无人机的使用将大大提高工作效率,将来无人机与互联网、大数据、人工智能紧密结合,对地球数据的探索、人类生存环境的监测,更加值得期待。“就像挂在天空中永不闭上的眼睛。”

  

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打造天空之眼——走近中国的“彩虹”无人机

2017-08-05      撰文 本刊记者 杨云倩 摄影 本刊记者 万全

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    “彩虹”-4是一款中空长航时察打一体无人机,历经十余年的研制。以“彩虹”-4为代表的“彩虹”系列无人机已经外销至中东和非洲地区。

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    “彩虹”系列无人机的背后,是一个年轻的团队。

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    目前,“彩虹”系列无人机涵盖多种型号,且具有较高的性价比。

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    “彩虹”系列无人机总工程师石文在太阳能无人机总装车间。他认为,做科研,需有一些“科幻”能力,敢于想、敢于突破传统,才有进步的可能。

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    “彩虹”-4的操作控制系统优化,能够让人轻松操作。石文介绍,玩过电脑游戏的人可能只需要10分钟即可上手操纵。

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    “彩虹”无人机在高空捕捉到的灾后画面。

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    “彩虹”无人机在高空捕捉到的灾后画面。

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    “彩虹”无人机上加载的激光雷达所获取的三维景观图。

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    “彩虹”无人机上加载的激光雷达所获取的三维景观图。

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    近日,“彩虹”太阳能无人机成功完成2万米以上高空飞行试验,这使中国成为继美、英之后,第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。

  从微型、近程小型、中近程,到中高空长航时,再到太阳能,“彩虹”系列覆盖了无人机几乎所有的类型。从开创初期不足500万元的研制经费投入到逾10亿元的年产值,从早期的7人团队到如今300余人的规模,这样的蜕变连“彩虹”人自己或许都无法预料。

  20176月,新型“彩虹”太阳能无人机,在中国西北某地圆满完成临近空间飞行试验。这也是“彩虹”系列无人机自2004年在市场上取得成功以来,最新推出的一款具有完全独立自主知识产权的无人机。

  太阳能无人机

  翼展45米、表面布满太阳能电池板,高空实时监视定位,应用前景广阔……由中国航天科技集团第十一研究院研制的新型“彩虹”太阳能无人机的核心关键技术和设备全部实现国产化,标志着中国成为第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家。

  距离地面20100公里的空域被称为临近空间,对传统燃料消耗型飞机而言,稀薄的空气让发动机功率显著下降,但这里却是太阳能无人机的发挥空间。

  “彩虹”系列无人机总工程师石文介绍:“这款无人机依靠太阳光提供全机能源,用电动螺旋桨推进,未来还有望实现数月甚至更长时间飞行。”因为无人机可以自主吸收太阳能,同时又进行消耗,实现“内部循环”,除去零件损耗问题,理论上可以在两万米高空长时间执行任务。而传统无人机的飞行高度则是在5000米以下。

  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,比如利用其架设“空中移动WiFi”基站,为偏远地区或海岛提供便捷、迅速的移动通信和互联网接入服务。“地震、泥石流等自然灾害发生后,通讯中断。无人机上天以后,可以提供持久的4G/5G信号,保持受灾地区与外界的联络。”石文介绍说。

  太阳能无人机已吸引了海洋、森林消防、地质调查等领域单位的持关注。国内外多家网络公司也与“彩虹”进行了洽谈,策划用长航时无人机作为其空中通讯基站,保证偏远地区用户的网络服务。

  “彩虹”的诞生

  “彩虹”太阳能无人机是“彩虹”系列无人机的“新贵”,前后经历了15年的研制期,而“彩虹”系列无人机则从上世纪末就开始了研制。

  1999年,北京空气动力技术研究所(现中国航空空气动力技术研究院)从各部门抽调人才,组建起项目团队,以中近程无人机为发端,开始研制工作。2001年,原理样机HW-01试飞成功,这让团队成员坚定了无人机研制的可行性。20024月,特种飞行器事业部成立,十余人涵盖了总体、动力、结构、控制、电气等专业。

  相继突破火箭助推起飞和伞降回收技术后,HW-02试验样机开始全自主飞行。然而在进行到第三圈时,飞机传感器出现故障,飞行高度却在不断下滑,最终失速,HW-02坠机摔成碎片,这让设计人员非常难过。

  “做飞机几乎没有不摔的,我们得允许有错。”石文回忆。整个团队痛定思痛,在三个月时间内几乎吃住都在车间,确定了更换传感器的方案,最终在20047月带着崭新的02号机再试,终于获得成功。

  与世界做生意

  技术可以攻克,但最困扰这群“理工男”将“彩虹”做大做强的,或许是市场。

  2004年,团队设计研制出第一架具有自主知识产权、具备全自主飞行能力的“彩虹”-1无人机,这也是“彩虹”团队的第一份军贸合同。随后,十余人的交付队伍踏上异国,面对夏日骄阳、陌生环境、外方质疑,在“彩虹”-1意外开伞的情况下,快速查找原因、解决问题……随后四次交付飞行均顺利通过,外方也对“彩虹”-1无人机的性能和其背后的团队竖起大拇指。“彩虹”-2无人机的订单也随即敲定。

  2005年,随着合作国家的肯定和进一步的要求,“彩虹”-3中程无人机开始论证。“彩虹”-3无人机采用的是新颖的鸭式翼身融合气动布局,属国内首例。从确定全机布局到风洞试验,石文带领团队在气动外形的探索设计上攻关。没有气动数据可供参考,复杂的气动模型设计,重复的吹风试验,通宵达旦地分析数据、查阅资料,他们不仅要确保获得最优的气动性能,还得往返于国内外与用户沟通协调,总体设计人员做到了毫厘必究。

  2007年,“彩虹”-3无人机首飞成功,这款具备多用途且有高性价比的产品立即吸引了国内外多家用户。“彩虹”-3无人机体型不大,在执行侦察任务时,能在5000米高空连续飞行12小时,挂载两枚AR-1导弹后,可飞行6小时,是国内首款实现察打一体的机型。“彩虹”-3的成功,使“彩虹”从低端走向中高端。。

  此后的2011年,多用中空长航时“彩虹”-4无人机系统诞生; 2017年,大型察打一体无人机“彩虹”-5的量产型首飞。

  “一个人做不成大事,只能一个团队劲往一处使。”负责高超声速飞行器气动试验数年,又从事无人机总体设计工作,石文领导团队将一个个设计理念变为现实。在他看来,“彩虹”无人机实现从无到有、从弱到强,最值得推崇的是团队的活力与创新精神。“我们可以说是随时都是工作状态,每当有了想法,就去找团队同伴商量,评判可行性。很多有创新的内容,都是我们平时头脑风暴碰撞出来的。这是我们的宝贵财富。”

  “永不闭上的眼睛”

  “自主研发无人机航空物探(磁/放)综合测量系统”入选了中国地质调查局、中国地质学会、中国地质科学院2014年“十大科技进展”。该成果正是应用了“彩虹”-3航空物探应用系统。

  在无人机投入市场之前,航空物探一直依靠有人机,消耗了大量人力物力。2012年,应地质勘探用户的要求,中国航天空气动力技术研究院开始了“彩虹”无人机航空物探应用系统的研制。

  航空物探要解决超低空、沿地形起伏、低空测控、系统集成、危险地物规避、低成本控制等等问题。为此,项目组确定了物探系统集成技术、超低空地形跟随高度信息获取技术、超低空飞行轨迹稳定控制技术和三维空间导航技术这4个关键技术难点,并逐一攻破。

  20137月,项目组带着样机赶赴黑龙江嫩江地区开展应用系统的第一次超低空飞行试验。虽在第一次试验中因油品问题发生了坠机事故,但项目组最终还是实现了80米超低空沿地形起伏飞行、完成200平方公里磁放面积性测量、磁放数据达到一级标准等指标。这些都标志着中国首个无人机航空物探磁放综合站应用系统研制成功。

  “我们的产品是军民两用,根据用户需求和数据需求来决定如何用。无人机在环境适应和工作时长上明显占优。”石文认为,科技的进步,最终是服务人类,无人机是将人从繁重操作中解放了出来。

  无人机可以长时间在战场上空盘旋,依靠自身的侦测系统全面掌握战场情况,能够做到精确打击,目前已经被许多国家应用于反恐战场。而在民用领域,无人机重要市场是测绘、地质勘探、气象、环境监测、油气管道检查、城市规划、安全防护等部门。“例如一些人迹罕至的海岛、丛林和沙漠地带,极少有卫星能够长时间停留。‘彩虹’无人机通过与地面操作的配合,将来可能实现短时间内数据重访,甚至可以全天候不间断监测,并对数据进行实时更新。”

  石文表示,无人机的使用将大大提高工作效率,将来无人机与互联网、大数据、人工智能紧密结合,对地球数据的探索、人类生存环境的监测,更加值得期待。“就像挂在天空中永不闭上的眼睛。”