在东西方传统神话中，腾云驾雾的神仙、长着翅膀的天使等无不透露着人类对天空和飞行的向往。为了实现梦想，人类发明和创造了各种奇妙、精巧的飞行器。随着智能化、无人化浪潮的来临，无人驾驶飞行器（无人机）迅速走进人们的视野，无论是在影视、游戏等虚拟世界，还是在军事、公共安全服务、资源监测和保护、自然灾害应对、航拍等现实领域，无人机都在不断刷新人们的想象，迎接一个又一个新的挑战，甚至已经飞向了太空……
文/邓元慧 王国强 王 楠
邓元慧，中国科协创新战略研究院副研究员。
王国强，中国科协创新战略研究院研究员。
王 楠，中国科协创新战略研究院副研究员。
在日常生活中，我们常用工蜂的英文单词“drone”来表示无人机。一方面，可能是由于无人机最初执行的侦察活动常被认为是“枯燥乏味”的，就像工蜂虽从事着沉闷、枯燥的工作，却勤勉坚韧，这一名称承载了人们对无人机的美好期待；另一方面，用工蜂来指代电机嗡嗡、小巧灵活的无人机也十分贴切、形象。事实上，随着技术特征和使用功能的演化，人们赋予了无人机不同的名字和定义，如无驾驶员飞行器、遥控飞行器等。直到20世纪80年代，人们才逐步使用无人机这个名称。
人类对无人机的最初探索
人类对飞行的渴望和对飞行的尝试历史十分悠久。不少古籍中出现的木鸟，就是人们制作无人机的一种初步尝试。在中国传说中能够制造会飞的木鸟的人有鲁班、墨子、张衡等，《韩非子· 外储左上》《墨子· 鲁问》《淮南子·齐俗训》等都有类似记载，但都未对木鸟的结构进行描述。据记载，公元前405年，古希腊数学家、力学家阿契塔设计制作了一只机械鸟，并将其命名为“鸽子”，它被认为是世界上最早的无人机，据说这只机械鸟能够飞行约200米。
▲公元前405年，古希腊数学家阿契塔设计制作了一只名为“鸽子”的机械鸟。
除了木鸟之外，人类还尝试制作其他类型的飞行器，如风筝。在唐朝以前，风筝通常以丝、绸、竹为原料，由官方制作，数量少、价格高，因此，多用于军事侦察、测量、通信等领域。我们可以把风筝看作一种遥控飞行器的雏形，它的线就是连接飞行平台与地面的“信息通道”。风筝传入西方后，成为研究空气动力学的重要工具，为近代航空业的发展和飞机的发明奠定了基础。
孔明灯也可以看作是一种无人机的雏形。古籍中对孔明灯产生的时间没有准确记载，据说是在五代时期，莘七娘随夫出征入闽，作战中用孔明灯作为信号。1782年，法国巴黎的一次博览会上展示了一种日本灯，其原理与孔明灯基本相同，但这次传播引发了航空史上一次伟大的飞跃。法国约瑟夫-米歇尔· 蒙戈尔菲耶和雅克-艾蒂安· 蒙戈尔菲耶兄弟观看了日本灯升空表演后，于1783年研制出世界上第一只热气球。同年，法国物理学家雅克· 查尔斯和尼古拉斯-路易斯· 罗伯特制成了第一只载人氢气球。人们开始利用气球进行高空探测、运输、空中侦察等。最初，这些高空作业必须载人才能开展，十分危险。随着气球技术的改进，19世纪末无人气球探测器开始在低层大气研究中被广泛使用。
▲1783年，法国发明家蒙戈尔菲耶兄弟研制出世界上第一个热气球。
▲1783年，法国物理学家查尔斯和罗伯特制成了第一个载人氢气球。
对垂直飞行的探索，让人类对飞行器的研究有了新的方向。公元前500年，中国人从蜻蜓飞翔的观察中获得启示，制成了竹蜻蜓，为垂直飞行的发展提供了思路。1483年，意大利画家、科学家达·芬奇设计了一种能够垂直上升的飞行器，被一些专家认为是直升机的鼻祖。
▲1483年，意大利画家、科学家达·芬奇设计了一种能够垂直上升的飞行器。
1754年，俄国科学家米哈伊尔· 罗蒙诺索夫把竹蜻蜓的旋翼和发条结合在一起，设计并做出了一个双旋翼无人机，放在俄国科学院展示，他希望通过这个“小玩意儿”携带一些小型气象仪器升空。尽管在演示中，该装置仅获得了大约0.1牛的升力，并未离地太远，但这个双旋翼无人机被认为是直升机的前身。
▲1754年，俄国科学家罗蒙诺索夫设计并制作了“双旋翼无人机”。
战争成为无人机快速发展的重要引擎
无人机用于作战的最早记录可以追溯至1849年第一次意大利独立战争。围攻威尼斯的奥地利军队制作了大约200只无人操控的热气球，每只气球携带一枚11~14千克的炸弹，企图空袭威尼斯。但是，天公不作美，气球释放后风向突变，导致气球偏离了目标，反而落在了奥地利军队自己的阵地上。尽管无人机的初战以失败告终，但它依然是人类史上一次伟大的尝试。1887年，英国气象学家道格拉斯·阿奇博尔德在风筝上安装了一个相机，通过一根连接在风筝线上的长电缆控制快门，形成了无人侦察机的雏形，这引起了美国陆军下士威廉·艾迪的注意。1898年，美西战争中艾迪利用自己制作的阿奇博尔德风筝式相机，拍摄了敌人阵地的鸟瞰图，进一步尝试了无人机在战争中的应用。
20世纪的两次世界大战使无人机发展进入了快车道。19世纪末，无线电的发现和应用为远距离控制飞行器创造了可能。1914年，在第一次世界大战期间，英国的两位将军向英国军事航空学会提议研制一种用无线电操纵的可以自行飞到目标上空投放炸弹的小型飞机。英国科学家阿奇博尔德·洛牵头开展研究，名为“空中目标”的无人机最终于1917年发射成功，成为世界上第一架在无线电控制下飞行的动力无人机。
1909年，美国发明家埃尔默·斯佩里发明了陀螺仪后，将它安装到飞机上，通过其测量飞机的旋转速度，稳定飞行方向和姿态。这引起了美国海军的注意，他们希望以此为基础研发一种不需要飞行员驾驶的飞行器。1917年，在美国海军的资助下，发明家皮特·休伊特和斯佩里发明了能使飞机保持平衡状态向前飞行的自动陀螺稳定器。他们把自动陀螺稳定器和无线电遥控装置安装在海军寇蒂斯N-9型教练机上，将其成功改造为人类历史上首架能自动飞行的无人机，尽管其还是不具备回收功能的“空中鱼雷”，但人们仍将其命名为“休伊特-斯佩里自动飞机”。
▲1917年，美国发明家休伊特和斯佩里研制成功“休伊特-斯佩里自动飞机”。
随后，美国发明家查尔斯·凯特林设计了更先进的“凯特琳虫”无人机，它通过一个巧妙的凸轮装置来计算螺旋桨的转动圈数，在圈数达到目标距离的设定值时，凸轮装置会切断机翼连接和关闭发动机，使“凯特琳虫”自由下坠击中目标。
▲1917年，美国空军博物馆馆藏的“凯特琳虫”无人机。
事实上，随着第一次世界大战结束，这些“空中鱼雷”并未继续在战争中使用，但让军方看到了无人机在战争中的潜力。这些“空中鱼雷”也是今天巡航导弹的原型。
第一次世界大战结束后，无人机的发展一度陷入沉寂，但随着第二次世界大战的爆发，无人机的研制再次加速。20世纪30年代，无人机成为一种新型作战训练工具。1935年，英国研制出第一架可复用无人驾驶靶机“蜂王”，作为训练任务中的空中目标。
▲1935年，英国研制出第一架可复用无人驾驶靶机“蜂王”。
1939年，英国演员雷金纳德·丹尼和他的无线电飞机公司设计了大型遥控飞机RP-1，用于训练高射炮机组人员。
▲1939年，英国演员丹尼设计了大型遥控飞机RP-1，并开发了系列机型，进行大规模生产。
同时，德国、美国等分别通过改装有人驾驶轰炸机研制出了无人轰炸机。1944年，德国工程师菲泽勒·弗鲁格泽豪研制的“复仇者一”号无人机，向人们展示了无人机在战斗中的巨大威力。
▲1944年，德国工程师弗鲁格泽豪研制的“复仇者一”号。
同年，美国在对抗“复仇者一”号的过程中，对B-17轰炸机进行了改装，利用电视制导系统进行远程控制，摧毁了德国V-1导弹发射基地。这是无人机首次被用来对付另一架无人机，也为战后美国无人机的发展奠定了基础。
第二次世界大战结束以后，以美国、苏联为代表的两大阵营在无人机研发领域开展了激烈的较量。这个时期，无人机主要用于军事侦察。美国的“瑞安火蜂”无人机成为首台喷气推动的无人机，主要用于情报收集以及无线电交流的监控活动，在朝鲜战争和越南战争中发挥了重要作用，至今美国军方仍在使用多款“火蜂”无人机的改进型。
▲1955年，美国的“瑞安火蜂”无人机成为首台喷气推动的无人机。
1957年，苏联也先后研制出“鹞”式超音速无人机、“鸢”式无人攻击机、“雨燕”和“航程”无人侦察机等。其他国家紧随其后，相继启动了无人机系统的研发。自20世纪90年代起，无人机逐渐向小型化、信息化和轻量化发展，军事用途也越来越广泛，不再局限于高空侦察，还可以完成中继通信、电子对抗、防空、制空、精确打击等多种任务。无人机已经成为影响作战进程的重要力量，“捕食者”“全球鹰”等系列无人机被大量应用。
无人机成为人类太空探秘的有力助手
进入21世纪，无人机的研发与应用进入一个崭新的时期。除了在军事领域的使用范围不断拓展之外，无人机在民用领域的应用也呈现井喷式、跨越式增长，实现了在农业、测绘、物流运输、交通执法、影视拍摄等多个领域的深入应用，科幻作品中的场景在生活中逐步实现，人们已不满足于仅在地球上使用无人机。
随着对太空探索的日益深入，美国、日本、中国、印度等国家相继开展了火星无人机的研发。2020年7月，美国“毅力”号火星探测器搭载人类首架火星无人机“机智”号发射升空，在经历了长达半年多的飞行后于2021年2月到达火星。“机智”号是一个小型双螺旋桨无人直升机，配有两对1.2米长的碳纤维旋翼叶片，其净质量只有1.8千克。
▲1955年，美国的“瑞安火蜂”无人机成为首台喷气推动的无人机。
在火星探测中，火星轨道飞行器离火星表面远、难以观察火星表面细节，火星探测车的移动和探测受火星地表复杂条件所限，火星无人机的高机动性和灵活性有效克服了这些问题，不仅能在较高的高度对火星表面进行系统全面的拍摄与记录，为火星探测车导航，辅助其更好地完成探测任务，还可以进入火星探测车难以到达的目标区域进行深度探测，将火星探测从二维引向三维，这对火星探测与研究有着重大意义。
由于火星的大气层十分稀薄，密度只有地球大气的百分之一左右，无人机要想在火星上飞起来并不容易。“机智”号为了获得足够的升力，其旋翼的转速约为2 400转/分，是地球上普通直升机转速的10倍。为了减轻质量，它只携带了简单的摄像装置和数据记录装置，以便提高飞行成功率。作为人类第一架能够在另一个行星大气层中飞行的航空器，“机智”号的主要使命是测试在其他星球稀薄的大气中进行动力飞行是否可能，并为“毅力”号的科考任务提供辅助。2024年1月，“机智”号在第72次飞行时坠毁于火星上的耶泽罗陨石坑，但其早已超额完成了最初设定的5次飞行目标，飞行距离也超过了原计划的14倍。
展望未来，随着无人机、人工智能等技术的融合发展，无人机的应用场景和未来发展前景将愈加广阔，它所带来的改变也将超乎多数人想象。但是，我们也要对其发展存在的诸多挑战予以更多的关注和思考，如安全、能源及可能面临的一系列社会问题和法律问题等。不过，我们仍然坚信，未来无人机将更加深刻地融入和改变我们的生活，为人类社会的发展作出更大贡献。
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