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未來戰(zhàn)爭(zhēng)中的奇兵
一架手掌大小的無人機(jī)，能像鳥一樣地飛行，具有昆蟲的智商，可提供10公里遠(yuǎn)目標(biāo)的實(shí)時(shí)圖像，這在10年前是不可想象的，而現(xiàn)在卻即將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這就是正在加緊研制中的微型無人機(jī)（MAV）。這種無人機(jī)是90年代中期才出現(xiàn)的，采用了當(dāng)今頂尖的高新技術(shù)，15厘米翼展的無人機(jī)很快將具有10年前3米翼展無人機(jī)所具有的性能。微型無人機(jī)對(duì)于未來的城市作戰(zhàn)具有重大的軍事價(jià)值，在民用領(lǐng)域也有著廣泛的用途。
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“微星無人機(jī)” |
所謂的微型無人機(jī)，是指翼展和長度小于15厘米的無人機(jī)，也就是說，最大的大約只有飛行中的燕子那么大，小的就只有昆蟲大小。微型飛行器從原理、設(shè)計(jì)到制造不同于傳統(tǒng)概念上的飛機(jī)，它是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)集成的產(chǎn)物。要想研制出如此小的無人機(jī)面臨著許多技術(shù)及工程問題。
最大的困難是動(dòng)力問題。在微型無人機(jī)的開發(fā)中，近期最大的困難是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及其相關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)問題，而發(fā)動(dòng)機(jī)又是關(guān)鍵，它必須在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生足夠的能量，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)橥屏Γ植辉黾舆^多的重量。
不同的空氣動(dòng)力學(xué)原理。由于尺寸小速度低，微型無人機(jī)的工作環(huán)境更像是小鳥及較大昆蟲的生活環(huán)境，而人們對(duì)于這種環(huán)境中的空氣動(dòng)力學(xué)還知之甚少，其中的許多問題，都難以用普通空氣動(dòng)力學(xué)理論加以解釋。
由于微型無人機(jī)只能低速飛行，層流占主導(dǎo)地位，它引起較大的力及力矩，這可能要求用三維方法解釋它的空氣動(dòng)力學(xué)。微型無人機(jī)的機(jī)翼載荷很小，幾乎不存在慣性，很容易受到不穩(wěn)定氣流、如城市樓群中的陣風(fēng)以及風(fēng)雨的影響。
飛行控制。怎樣控制微型無人機(jī)的飛行是另一個(gè)難點(diǎn)。首先要有一個(gè)飛行控制系統(tǒng)來穩(wěn)定微型無人機(jī)，至少增加其自然的穩(wěn)定性。這樣在面臨湍流或突發(fā)的陣風(fēng)時(shí)可以保持其航線，并可執(zhí)行操作人員的機(jī)動(dòng)命令。若微型機(jī)需要對(duì)目標(biāo)成像的話，還需要穩(wěn)定瞄準(zhǔn)線。
為使微型無人機(jī)自主飛行，要采用重量輕、功率低的GPS接收機(jī)，低漂移量的微型陀螺儀和加速度計(jì)，也可以利用地理信息系統(tǒng)提供地形圖導(dǎo)航。GPS可以大大提高微型機(jī)的能力，但目前它在功率、天線尺寸、重量及處理能力等方面均存在不少問題，需要加以解決。而且，系統(tǒng)還要不受電磁波及無線電頻率的干擾，要求通信電子元件的質(zhì)量/功率效率極高。
通信。一旦飛到空中，微型無人機(jī)需要保持它與操作人員之間的通信聯(lián)系。由于體積重量的限制，目前只能采用微波通信方式。盡管微波可以傳播大量的數(shù)據(jù)，足夠進(jìn)行電視實(shí)況轉(zhuǎn)播，但它卻無法穿透墻壁，因而只能在視距內(nèi)使用它，微型無人機(jī)的尺寸小限制了無線電的頻率及通信距離。當(dāng)微型機(jī)飛出視距或視線被擋住時(shí)，就需要一個(gè)空中的通信中繼站，中繼站可以是另一架飛機(jī)或者衛(wèi)星。
偵察傳感器。要想在戰(zhàn)場(chǎng)上實(shí)際應(yīng)用，微型無人機(jī)還需要攜帶各種偵察傳感器，如電視攝像機(jī)、紅外、音響及生化探測(cè)器等。這些都必須是超輕重量的微型傳感器，因而部件小型化是傳感器技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
美國正大力開發(fā)微型無人機(jī)技術(shù)，并研制各種微型無人機(jī)平臺(tái)，有固定翼、旋翼及撲翼式三種。
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