無人機發(fā)展研判與應用前瞻

現(xiàn)在，尤其是中國語境下，有一些夸大了航空航天的不同，我在各種場合宣傳航空航天的相同點。什么相同？就是航空航天的本源驅(qū)動力是興趣、好奇，加上一個不甘。人類這個生物很有意思，不甘于滿足現(xiàn)狀，總想改變現(xiàn)狀。靠什么飛起來呢？就是這三條：克服生理限制、制造人造裝置、克服星體引力。這三條是所有航空航天奮斗的根本動力。

大家看看這張黑色背景的圖，最中間的黃點是太陽，黃點邊上一個看不到的小點，所有飛行軌跡的起點，那是地球。20世紀的六十年代、七十年代、八十年代是航天事業(yè)的輝煌年代。圖上標著的都是活動的年份，到現(xiàn)在，有了近萬顆人造衛(wèi)星，還有登月和深空探測。在數(shù)百具深空探測器中，有兩款“先驅(qū)者”，已經(jīng)失聯(lián)了；有兩款“旅行者”，還沒有失聯(lián)，但已經(jīng)失控。它們在天上飛了40多年了，仍然沒有飛出太陽系。

人類要如何去不斷拓展自己的空間？尤其是和平利用空間，這是一個沒有盡頭的事業(yè)。但是，起點是什么呢？目前唯一的路徑是借助現(xiàn)代火箭，從地表開始我們的飛行活動，分別獲得第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度，形成三種飛行狀態(tài)——人造衛(wèi)星、人造行星、脫離太陽吸引的深空探測。

這張幻燈片上的兩個圖放大以后很清楚，就是我們?nèi)祟惖浆F(xiàn)在做了多少航天活動了。右邊的那個圖是兩款“旅行者”飛行的軌跡，在40幾年飛行中的重大節(jié)點都一一標志出來了。

剛才李健局長講到了無人機從“軍到民”的溢出效應，無人機的發(fā)展經(jīng)歷百年進程，“由軍向民”，到了現(xiàn)在是“軍民并發(fā)”，我這里列舉了幾個重大里程碑，與我最后小結時說到技術發(fā)展的研判和應用前瞻是相呼應的。

現(xiàn)在人類所發(fā)展的所有航空器都在這張表上列著，也包括彈箭，就數(shù)量而言，絕大部分彈箭在大氣層飛行?，F(xiàn)在，一個新的情況出現(xiàn)了，這就是無人機可以覆蓋全部的航空器品種！只不過有的還沒有研發(fā)出來，比如無人地效飛行器，其他全都有，而且所有都是有人、無人兩個品種同時并存和同時向前發(fā)展。

我們的航空從一開始做模型（包括自由飛模型），到實現(xiàn)重大提升，就是能夠載人了，因為航空器作為交通運輸工具，要載人。人本身要遷徙，人本身要流動，人是社會經(jīng)濟活動的主體。于是很快就有了有人機的輝煌，到現(xiàn)在，航空是有人機的輝煌，但是從有人機誕生到現(xiàn)在，在創(chuàng)造一個一個紀錄的同時，也把人本身在航空器中所遇到的生理制約，如抗過載能力以及由于復雜人機界面而占用大量幾何空間、消耗寶貴機上能量等問題暴露出來。 ? 我在這里列了三個我們引以為傲的重大發(fā)展，突破聲障、突破熱障（大約在2.02馬赫數(shù)時空氣摩擦產(chǎn)生的機體的加熱就不能忽略了），第三個是高度速度突破，是X-15在20世紀六十年代末創(chuàng)立的，高度是108千米，已經(jīng)超過卡門線了，被稱為“駕著飛機的太空人”，速度6.72馬赫數(shù)，大約是7200千米/小時，了不得??！都是以生命為代價做出的。但是它證明了科學原理，就是航空可以達到這么高！現(xiàn)在很多人不知道，很輕易地把航空高度壓得過低，比如12公里、18公里，慷慨一點給20公里，這是不對的，這不符合原來航空航天固有的科學概念。

這張幻燈片上我貼了“美麗的地球”這張圖片，下面用了一段馮卡門自傳中的話，回答航空航天的分界線。從地表向上，大氣層大約1000-1200千米厚，但即使到了那個高度，還有空氣分子。為了科學研究、為了工程研發(fā)的需要，人為把它分成了5層——對流、平流、中間、熱、散逸層。在科學意義上，太空是1200千米之外甚至3萬千米以外，但在工程意義上，錢學森的老師馮卡門經(jīng)過計算并且被工程實踐驗證的100千米高度，被稱卡門線，是航空航天的分界。從地表到卡門線是航空。不要爭了！不要再制造一些不必要的混亂了，至于航空現(xiàn)在能不能達到，大量民用航空器達不到，那是另外一回事，但是分界就是這么分的，卡門線之上是工程意義上的太空，也就是航天，航空、航天就是這么分的。

現(xiàn)在用的一個非常多的詞是“臨近空間”，不太好，第一是名字不太好，應該叫“近太空”，還有一個不好是把近太空的高度范圍拓展得太寬了，很多書上說20-100千米，但是這么說是不對的，我主張覆蓋中間層，恰好在50千米左右，中間層的下端，也是電離層的開始，它的物理特征非常明顯，這樣一來概念就很清楚了。我們讀讀馮卡門自傳里那段話：至于太空，我們應該定為多高呢？根據(jù)太空飛行器的飛行速度和飛行高度就能夠確定太空的起始位置。到了9萬米高度時，由于不再有什么空氣產(chǎn)生足以支撐飛行器的升力，靠離心力支撐飛行了。在邊界上，空氣動力學無效，航天學特別是軌道運行學開始發(fā)揮作用?？梢园堰@個高度作為法定分界線?！翱ㄩT線”就是這么由來的。重要的還有這么兩句話：“分界線以下的空間屬于每一個國家，分界線以上為自由空間。”何其經(jīng)典的一句話，搞航空航天的人不能不讀這句話，這句話應該牢記心間。 ? 回到我們今天的主題，講無人機，無人機具有空天融合的天然優(yōu)勢，我后面還要特別再講講為什么有這個認識、這個認識為什么如此重要。為了幫助大家更好認識獨特空間中無人系統(tǒng)的獨特需要，我們來看看衛(wèi)星的軌道劃分，衛(wèi)星百分之百是無人飛行器，三種軌道——近（LEO）、中（MEO）、高（HEO），我在這兒分別列了高度，認識不盡一致，但基本相同。太空站也就是大家耳熟能詳?shù)目臻g站在300-500千米之間;大部分科學衛(wèi)星在200-300千米，比較低;導航通信比較高；照相衛(wèi)星更低?，F(xiàn)在，所有航天器里能夠帶來即刻經(jīng)濟回報的只有衛(wèi)星，沒有別的，別的都是非功利的，都是為了認識宇宙和為了認識人類自身，為全人類、為未來做貢獻。

我們都知道，20世紀六十年代有了航天飛機，航天飛機的偉大成功和意義毋庸置疑，特別是在天上沒有人的情況下，很多干不了的事有人去干了，在我的頭腦中永遠銘記人工修復哈勃望遠鏡，有人超過了無人的功能。但是整體來說，航天飛機不會再原封不動回到人們的生活中來了。倒是像這樣的無人系統(tǒng)，有人叫它“迷你新空天飛機”，特別值得我們關注，就是美國的X37B。秘而不宣，信息不太多，我梳理了6次以來的大概情況，最長一次在軌908天，重要的不是在軌的天數(shù)，而是在軌干什么。

中國也做了類似這樣的試驗，今年2月返回，新華社報道了，字少，但信息量大，人們沒看到或者不知道它的偉大意義，那是航空、航天聯(lián)袂的一個偉大成就 。出于保密原因，不能多說，大家都應該知道中國有類似X37B這樣的無人飛行器。

我們再回到無人機，李局長剛才說到它的基本概念，這張圖是參加6月28日正式公布的《條例》討論會時，繪制的“無人機分類邏輯”。航空器按照有人駕駛、無人駕駛就是兩類，無人駕駛中又有三類，這是國際民航組織確立的第一層概念，分模型航空器、遙控航空器、自主航空器。在自主沒有達到之前，不要輕易用UA、UAS、UAV，都不要用，而用RPA。遙控和自主兩個加在一起就是無人機。稱無人機，全世界現(xiàn)在用的最多的是“drone”這個詞，源于一個法語詞，比如無人機戰(zhàn)爭，drone war等。再往下分，我們中國的分類是兩大類——軍用、民用，軍用的也可以叫“國家無人機”，民用原來只有消費級和工業(yè)級，我主張把載人級單列！把載人級放在工業(yè)級和消費級里都不太妥當，它有極高的安全性要求和相應的倫理性要求。所以可不可以討論，分成這樣三類，但這并不是實質(zhì)性的。

還是佐證剛才李局長說的UA、RPA概念，還有，我沒有特別說到美軍，美軍從二零一幾年開始在它的官方文件中都不用UAV、UAS，而都用RPA，文件里用RPA，連標題中都是。我們中國用“無人機”這個詞是很好的，把“遙控”和“自主”加在一起。

全世界軍用無人機分類，無外乎是這幾種——信息、攻擊、察打一體、空戰(zhàn)、靶機。美國空軍和西方為主的分類，是按質(zhì)量、高度、空速綜合起來分的，就是小型的和遙控的，小型的有可能先變成UAS，這是個基本認知。

這張圖表是我綜合了各個方面的意見，所有無人機的六種分類方式。這是6月28日正式發(fā)布的我國的《無人駕駛飛行器飛行管理暫行條例》的核心內(nèi)容，五大類：微型、輕型、小型、中型、大型。農(nóng)業(yè)用的，同輕型，給予更寬松的管理?！皟杉墶笔菄液兔裼?，這個沒得說；“三類”是開放類、有條件開放類、管控類、“五型”是按照飛行安全風險，以重量為主，結合高度、速度、無線電功率、空域保持能力等要素，共“五型”。大家應該學習和貫徹，已經(jīng)發(fā)布了，明年1月1日起正式執(zhí)行。

從廣義來說，無人機到底是什么樣的演進規(guī)律？我把它總結為“從3D向3N發(fā)展”?！?D”是Dull（冗煩）、Dangerous（危險）、Dirty（骯臟），現(xiàn)在還是這樣，在“3D”場合首先無人機沖鋒在前。但事實上，無人機能力已大大超越“3D”，可以稱為“3N”——新邊界、新速域、新領域（也叫新應用場景），軍的、民的都出現(xiàn)這樣一種狀況?，F(xiàn)在為什么是RPA？就是人工干預，包括程序控制的。所謂自動的，仍是人工干預的。在這種情況下，我們需要研究到底無人機有多大的潛力，無人機為什么能夠取代有人。

我提供一些數(shù)據(jù)供大家做參考，人和機器的反應時間對比。過去我職業(yè)生涯主要是搞軍機，說到軍機、戰(zhàn)斗機，認為無人駕駛不可能代替駕駛員，駕駛員眼觀六路，耳聽八方，能快速在復雜場景中做出最核心、最重要的判斷?，F(xiàn)在看來，這個觀點不對了！為什么不對？大家看看這個反應時間，人類搏弈思考的能力、指控戰(zhàn)術生成一般要求10秒，人類的作動反應能力是100-200毫秒，人的圖像反應時間是低于24每秒幀數(shù)的。但是現(xiàn)在人機顯示交互的從工程設計到最終實踐，已經(jīng)大大超越人了！飛機的飛行控制律一般每10毫秒迭代計算一次，控制系統(tǒng)的傳感器信息采集、數(shù)據(jù)解算等任務的時間延遲一般不超過10毫秒?？偲饋砜矗瑱C器響應時間遠快于人類，而且它沒有人因元素，沒有體力、精力分配問題，所以機器替代人、無人替代有人成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

有幾款特別著名的無人機，比如美國的X47B。在人類歷史上最危險的職業(yè)排序的第二名是艦載機駕駛員，現(xiàn)在X47B可以替代了。無人加油機也成了，明后年可以列裝，航母的空基裝備作戰(zhàn)能力將有重大提升。當然，中國的軍用無人機也干得很漂亮，已經(jīng)公開的，一個是無偵-8，一個是攻擊-11，攻擊-11很像最近首飛的B-21，但是我們是無人的，個頭比它小，但是用的技術一點不比它低。還有兩款著名的無人機，翼龍和彩虹，在世界上排在前幾名中。

剛才說到航空產(chǎn)業(yè)，李局長特別說到了公共運輸和通用航空，它們兩個的區(qū)別在于公共運輸是沒有附加條件的航時、航班、航線大體固定，由運營公司操作，只要有錢，可以向全民和機構提供公共服務，剩下的非軍的民用航空都是通航。很遺憾，我國的通航起步不晚，但發(fā)展比較慢，很著名的2016年38號文中提出的2020年目標都沒有完成。但這是政府對市場的策劃，是鼓勵我們努力奮斗的目標?，F(xiàn)在形勢大好，民用無人機的應用已經(jīng)造成了通用航空的“中國現(xiàn)象”，我用了3個關鍵詞——場景擴大、用量劇增、放管結合，剛才李局長列舉了到2023年8月的幾個最新的數(shù)據(jù)，無人機在通航中的作用越來越大，業(yè)績越來越好。

在這里我和大家分享一下AAM先進空中交通中的無人機應用。最早是UAM，就是城區(qū)空中交通?，F(xiàn)在的AAM覆蓋UAM，也覆蓋農(nóng)村空中交通RAM，覆蓋區(qū)域空中交通IAM，郊區(qū)、農(nóng)村和難以達到的地方，需求更強烈，基于這樣的認識，從UAM擴展成了AAM。在2023年3月17日白宮發(fā)布的美國《國家航空科技優(yōu)先事項》中，專門點出優(yōu)先發(fā)展小型無人機，就叫“SmallDrones”（它沒有用UAS），點出了AAM，還特別點了eVTOL、eSTOL，eSTOL是電動短距起降，還有其他高度自動化的電動客貨用飛機，這里引用的都是文件里的原話。由此可見，打“飛的”不是夢，有了這樣一種國家導引。

AAM中最早引起關注的是UAM，摩根斯坦利對世界和中國的市場做了預測，按年份的市場容量預測圖，可供大家參考。我比較信任這種預測，為什么呢？我是反證法，在對過去出現(xiàn)的諸多新事物的歡迎程度、認可程度上，我基本是保守主義者，也包括航空。現(xiàn)在反思，只要這種市場預測是有根據(jù)的，一定要重視，要在可信的市場預測下，進行各種研發(fā)活動和產(chǎn)業(yè)開發(fā)活動的策劃與運作。

2023年10月10日，我國工信部等四部委聯(lián)合發(fā)布《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023-2035）》，這個《綱要》里最出彩的就是提出“新領域新賽道”。新領域新賽道就是聚焦無人機，聚焦新能源垂直起降航空器。

現(xiàn)在全球eVTOL概念構型超過750種，大體是四類：第一，矢量推力構型，傾轉(zhuǎn)旋翼、傾轉(zhuǎn)涵道風扇都是。第二，復合翼構型，有旋翼和前拉螺旋槳。第三.多旋翼構型。第四，單旋翼構型。后兩種也可以看成一種，就是旋翼構型。各種構型，中國的無人機公司都有涉足，如垂直公司、零重力公司的矢量推力，峰飛公司的復合翼構型，億航公司的多旋翼構型等，中國在這些構型中都做得相當好；也包括無人直升機，體制內(nèi)廠所也干得很漂亮。

我特別要說說億航這件事。美國有一家咨詢公司對億航業(yè)績提出異議，說他們的訂單有虛假成份，而且真的讓億航的行情有了一點跌落。我覺得這不奇怪，所有訂單都是動態(tài)變化的，我相信CAAC、相信億航。給億航這款載人無人機授予TC證，其意義是很重大的。第一，全球新品種誕生了——載人無人機，第二，一個新賽道被開辟出來了，第三，一個新的應用場景被大家認可了。最后一個是最重要的，中國民航適航當局在工業(yè)部門的支持下，再一次增加了自己在國際適航領域的話語權。在面對波音737MAX空難時中國民航局的表現(xiàn)就非常好，這一次則是正面的，進一步表明了巨大的進步。

最后，作個小結，首先是無人機發(fā)展研判，我認為100多年來無人機的發(fā)展是“三次跨越、三次提升”：第一次，從被動到主動，所謂被動是當靶機，逐步向執(zhí)行主動任務的能力發(fā)展，從被動到主動持續(xù)40年左右。第二階段，機體低成本和開源飛控帶來了發(fā)展熱潮，從上世紀八九十年代開始，一直到本世紀第一個十年。現(xiàn)在處于第二個十年到第三個十年過渡期，新能源和AI技術的應用，將使無人機能力產(chǎn)生革命性提升，導致無人機發(fā)展進入第三個高峰期。

為了實現(xiàn)第三次提升，要干哪些事情呢？我列了七件：1.新能源新動力。2.人工智能技術應用和嵌入。3.自主控制技術。從自動到自主，是技術的大跨越，漸次提升有三個層級，從執(zhí)行性到程序性再到?jīng)Q策性行為，我們正處在第二到第三層級的提升。4.任務能力增強。平臺與載荷一體化、航程與航時延展、載荷多樣化高效化。5.多項使能技術。6.融入國家空域系統(tǒng)。包括檢測規(guī)避系統(tǒng)及命令控制的連接。7.安全性標準與倫理性規(guī)則制定。包括適航的審查和管理。

最后一點小結是無人機的應用前瞻。無人機到底能應用到什么程度？我的看法是“無可估量，沒有邊界”！一定是廣譜場景下應用的全覆蓋、全替代，以及為滿足各種新應用場景需要、超越有人駕駛能力的新創(chuàng)造。包括以下三個方面：

第一，航空航天聯(lián)手開發(fā)近太空和極限低地球軌道這個高度范圍的無人飛行器，就像X37B一樣。網(wǎng)上有很多這樣的信息，但不夠科學和嚴謹，比如亞軌道不是軌道，它是一種飛行狀態(tài)，但是這個高度范圍有獨特性。因此呼喚空天融合的新無人系統(tǒng)，構型像航空器，但是控制的原理是航空航天相結合的。好在航空航天走到今天，基本的動力樣式都是噴氣，航天的火箭是噴氣，航空燃氣渦輪發(fā)動機也是噴氣的，所以完全可能開發(fā)出新空天融合的無人系統(tǒng)，這是第一件事情。

第二，軍用無人機全面取代有人機，對美國B-21的看法見仁見智，我認為，只要大型軍用無人機的特殊性問題解決了，跨高度域、跨速度域飛行器研發(fā)取得實質(zhì)性突破，像這種突防式轟炸機的作用與價值就會大幅稀釋和降低。

第三，就是民用無人機，這是今天活動的主題，空間技術和平利用，和平利用空間；也是我們這個分論壇的主題，就是通用航空、無人機發(fā)展和低空經(jīng)濟。無人機發(fā)展與大量應用是通用航空的中國現(xiàn)象，低空經(jīng)濟的主流航空器樣式是無人機。為此，新能源新構型新品種無人機的研發(fā)要繼續(xù)大大加強，先進空中交通AAM系統(tǒng)中的載人載物無人機更要優(yōu)先加強；不管是垂直起降還是電動垂直起降，主流樣式一定是無人機。240年前開啟的空天文明史，正在進入最貼近大眾的新維度——低空無人機！ ? 作者簡介：張聚恩，1947年生人，自然科學研究員，航空科技專家。曾任中國航空學會秘書長、中國航空工業(yè)集團公司科技部長。現(xiàn)任中國航空學會常任理事，中國航空工業(yè)集團公司科技委顧問。

審核編輯：黃飛

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