在今年熱映的軍事大片《紅海行動(dòng)》中，各種高科技武器讓觀眾直呼過(guò)癮。尤其是在蛟龍突擊隊(duì)員被武裝分子用迫擊炮伏擊的情節(jié)片段中，突擊隊(duì)員遠(yuǎn)程遙控微型飛行器這一利器偵察戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，并通過(guò)“自爆”的方式殺傷敵方迫擊炮陣地人員，給大家留下深刻的印象。現(xiàn)實(shí)生活中，來(lái)自北京航空航天大學(xué)的一群本科生也研發(fā)了一部類(lèi)似《紅海行動(dòng)》里那樣的微型無(wú)人機(jī)，它僅有32開(kāi)書(shū)本大小，起飛重量只有160克，搭載了高清晰度的雙攝像頭和畫(huà)面無(wú)線傳輸設(shè)備。

與我們所熟悉的四旋翼無(wú)人機(jī)相比，這種名為“微型信息化固定翼飛行偵察平臺(tái)”的無(wú)人機(jī)能夠做到空中“放手就飛”，不論水平飛行還是垂直飛行，它都靈活自如，可以實(shí)時(shí)開(kāi)展“戰(zhàn)場(chǎng)”偵察，并遠(yuǎn)距離傳輸畫(huà)面。這架無(wú)人機(jī)亮在前不久相舉行的今年北航第二十八屆“馮如杯”學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽上亮相，成為科技擂臺(tái)賽擂主，受到校內(nèi)外人士關(guān)注。記者了解到，大學(xué)生們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為這架無(wú)人機(jī)申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利。

挑戰(zhàn)無(wú)人機(jī)世界級(jí)難題

王金瀚、郭嘉偉是這架無(wú)人機(jī)的發(fā)起者，兩人都是北航大三本科生。王金瀚現(xiàn)在在北航航空科學(xué)與工程學(xué)院就讀，郭嘉偉則是在軟件學(xué)院就讀。談及這一發(fā)明的緣初衷由，兩人說(shuō)這是緣于大一時(shí)“初生牛犢不怕虎”的沖勁兒。

2015年，王金瀚涵和郭嘉偉同時(shí)考入北航航空科學(xué)與工程學(xué)院，成為大一新生，從事空氣動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)研究的胡天翔是他們的班主任。在一次飛行器的研究課上，胡天翔老師提到，固定翼微型飛行器是全世界研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。這一下子激起了王金瀚的興趣，“當(dāng)時(shí)就想挑戰(zhàn)下這個(gè)世界級(jí)難題，動(dòng)手做一架小無(wú)人機(jī)?！彼f(shuō)，自己從小對(duì)各類(lèi)飛機(jī)模型都非常感興趣，無(wú)人機(jī)又是近幾年的熱點(diǎn)。他把自己的想法和好友郭嘉偉分享，兩人一拍即合，開(kāi)啟了研究。

固定翼微型無(wú)人機(jī)的“難點(diǎn)”到底在哪兒？王金瀚說(shuō)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)固定翼微型飛行器的研究，難點(diǎn)主要集中在飛機(jī)外型與飛行控制系統(tǒng)上。出現(xiàn)的問(wèn)題主要是氣流引起的，在飛行過(guò)程中，固定翼飛機(jī)的翼尖容易形成渦流，擾亂飛行，不利于飛行器在空中的穩(wěn)定。這就需要他們?cè)谝延械难芯康幕A(chǔ)上，從飛行器外部的形態(tài)和內(nèi)部的飛控系統(tǒng)共同入手，打造一個(gè)“內(nèi)外兼修”的完美機(jī)體。

第一代無(wú)人機(jī)性能欠佳

2015年11月，王金瀚、郭嘉偉和同學(xué)們正式開(kāi)始了研究。他們陸陸續(xù)續(xù)買(mǎi)來(lái)幾十個(gè)飛行器模型，研究機(jī)體在飛行過(guò)程中的缺陷。他們發(fā)現(xiàn)，為了克服飛行時(shí)飛機(jī)翼尖渦流的影響，模型飛機(jī)的翼展尺寸幾乎都在50厘米以上，并且起飛重量大多只有20克，“這樣的重量，就別考慮搭載攝像頭等裝備進(jìn)行航拍偵察了。”王金瀚說(shuō)，為此他們決定必須通過(guò)優(yōu)化要通過(guò)飛機(jī)外形的優(yōu)化，提升搭載性能。

經(jīng)過(guò)近半年的努力，大學(xué)生們團(tuán)隊(duì)成功“破冰”，研發(fā)出第一代固定翼無(wú)人機(jī)。那是一個(gè)單螺旋槳三角翼飛行器，由木質(zhì)層板制成，整體外觀看上去像是一個(gè)撲克牌里的“黑桃A”，又像是一個(gè)撲克牌里的“黑桃A”，或者當(dāng)年美軍赫赫有名的F117“夜鷹”隱形戰(zhàn)斗機(jī)。這部無(wú)人機(jī)翼展長(zhǎng)18厘米，起飛重量40克，在體積和起飛重量上突破了已有模型的極限。

第一初代的“黑桃A”在2016年舉行的第二十六屆“馮如杯”上獲得了科技發(fā)明類(lèi)的二等獎(jiǎng)。然而隊(duì)員們并不滿(mǎn)足于此，隊(duì)長(zhǎng)王金瀚說(shuō)，在比賽答辯的時(shí)候，老師就提出了更高的期望。雖然成功將固定翼微型飛行器制作出來(lái)，但不論在載重，還是在控制系統(tǒng)上，他們實(shí)現(xiàn)的突破微乎其微，飛行器僅僅只能承受10克的重量，并且控制系統(tǒng)還非常原始，只能在空中水平飛行，不能實(shí)現(xiàn)懸停、垂直起飛等動(dòng)作，“和市面上的普通固定翼飛機(jī)模型在性能上沒(méi)有區(qū)別，這遠(yuǎn)不是我們要達(dá)到的目標(biāo)。”王金瀚說(shuō)。

“美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)”激發(fā)靈感

“馮如杯”結(jié)束后，整個(gè)團(tuán)隊(duì)陷入新的“冰封期”時(shí)期——，知道性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，但不知道從哪個(gè)方向突破。王金瀚說(shuō)，當(dāng)時(shí)正巧影院暑期檔在熱映《美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)3》，在看到影片中男主角從背部就可以甩出一架扁平的無(wú)人機(jī)后，大家的思緒跟著“美隊(duì)”一起“解凍”了?！爱?dāng)時(shí)靈感就來(lái)了?！蓖踅疱f(shuō)，“我們希望新一代飛行器能夠兼具多旋翼和固定翼的優(yōu)點(diǎn)，在空中能夠靈活自如的飛行?！彼麄凂R上投入到飛行器的改進(jìn)研究中，。在經(jīng)過(guò)了不知多少次的“改進(jìn)-、測(cè)試-、推翻-、再改進(jìn)”的過(guò)程后，2017年的“馮如杯”上，第二代無(wú)人機(jī)亮相。

改進(jìn)后的飛行器有兩個(gè)螺旋槳，由塑料泡沫制成，形狀已非常接近最終版本，唯一不同的是飛行器后部有兩個(gè)垂直尾翼。這一版無(wú)人機(jī)的起飛重量提升到120克，最大載重提升至30克，并且成功解決了機(jī)體在垂直狀態(tài)下靈活飛行的問(wèn)題。這一版的飛行器得到老師們的一致好評(píng)，這一年，他們拿到了“馮如杯”一等獎(jiǎng)。

“但我們還是發(fā)現(xiàn)了飛行器存在的‘硬傷’?！蓖踅疱f(shuō)。雖然飛行器的翼展依舊保持了18厘米的長(zhǎng)度，但是由于垂直尾翼的存在，整個(gè)機(jī)體的厚度卻增加了；此外，制作飛行器的材料過(guò)于簡(jiǎn)單，泡沫塑料太容易損壞，光是測(cè)試用的機(jī)體就毀了好幾個(gè)，“作為我們學(xué)生我們經(jīng)費(fèi)有限，真是心疼得不行。”。

改進(jìn)后放手就飛自主導(dǎo)航

經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)的反復(fù)攻堅(jiān)，第三代無(wú)人機(jī)無(wú)論在硬件還是軟件上都有了新的突破。硬件方面，他們將碳纖維和泡沫塑料復(fù)合，采用固化工藝，得到全新的超輕固化材料。他們還用雙平行尾翼替代了原來(lái)的垂直尾翼，就像美軍的B2“幽靈”轟炸機(jī)一樣。

軟件方面，一直負(fù)責(zé)飛行控制系統(tǒng)的郭嘉偉，拉著同在軟件學(xué)院的馬宇航和羅觀洲兩位同學(xué)“入了伙”。他們發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，將算法控制加入到飛控技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)了飛行器的“主動(dòng)控制”-——-能夠自動(dòng)感應(yīng)飛行環(huán)境與飛行狀態(tài)，控制雙發(fā)差速，穩(wěn)定航向。此外，他們還對(duì)攝像頭進(jìn)行了圖像算法優(yōu)化，并采用雙攝攝像頭，在垂直方向上采用500萬(wàn)像素，可用于目標(biāo)追蹤；水平方向上采用200萬(wàn)像素，雙攝都可以錄像，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控。

記者最初看到這部無(wú)人機(jī)時(shí)，很難將它和“飛機(jī)”聯(lián)系在一起——--通體黑色的它更像是一冊(cè)比32開(kāi)略大、厚度不到兩厘米的練習(xí)本。只有前部?jī)芍?厘米左右的螺旋槳顯示出了它的飛行屬性。王金瀚說(shuō)，可別小瞧了這架無(wú)人機(jī)，它的起飛重量達(dá)160克，這意味著載重可以到40克，“如果按照國(guó)外軍用小微無(wú)人機(jī)的概念，40克的載重足以搭載各種偵察設(shè)備，或者包裹了可碎裂破片的爆炸裝置，就像《紅海行動(dòng)》里的無(wú)人機(jī)一樣。”

王金瀚說(shuō)，這架無(wú)人機(jī)起飛前，只需人工設(shè)定好目的地和路線，飛行器即可放手就飛?！斑@就和導(dǎo)航是一個(gè)道理?！惫蝹ソ忉尩?，控制者可通過(guò)手機(jī)接收端看到航拍到的飛行姿態(tài)和航向，還可以看到傳回的視頻圖像。

將組建無(wú)人機(jī)隊(duì)“蝠群”

憑著“微型信息化固定翼飛行偵察平臺(tái)”，王金瀚、郭嘉偉團(tuán)隊(duì)在本屆“馮如杯”科技競(jìng)賽中獲得科技擂臺(tái)賽擂主。記者了解到，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為這架無(wú)人機(jī)申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利。王金瀚說(shuō)，這樣一架“黑科技”無(wú)人機(jī)，制造成本在一千元以?xún)?nèi)，如果能夠投入量產(chǎn)，成本將會(huì)更低，因此他們相信應(yīng)用前景會(huì)非常光明。

今年下半年，團(tuán)隊(duì)的成員都將升入大學(xué)四年級(jí)，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)、深造讀研將耗費(fèi)他們的大量精力。王金瀚說(shuō)，從目前來(lái)看，他們可能需要暫時(shí)將這個(gè)項(xiàng)目放一放，交給下一屆的學(xué)弟、學(xué)妹去進(jìn)一步完善和提高。但著眼未來(lái)，他們肯定還會(huì)關(guān)注這架無(wú)人機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化——在體積上，無(wú)人機(jī)的尺寸還可以再小，這樣一個(gè)小號(hào)旅行箱就能裝載一組10套無(wú)人機(jī)，執(zhí)行多樣化的飛行任務(wù)；在功能上，他們會(huì)考慮將無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)成更加有利于多機(jī)協(xié)同作業(yè)的模式，“一個(gè)無(wú)人機(jī)群，不同飛機(jī)分配完成不同的任務(wù)，然后通過(guò)一個(gè)中樞指揮系統(tǒng)完成多樣化的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)效能的最大化?！蓖踅疱f(shuō)，在老師的指點(diǎn)下，他們?yōu)檫@樣的無(wú)人機(jī)群起了個(gè)形象的名字——“蝠群”。

此外，他們還打算給飛行器加入投放裝置，讓無(wú)人機(jī)真正可以實(shí)現(xiàn)軍民兩用，軍用可以“自爆”或者投放炸彈，民用則可以拍攝一些時(shí)下最流行的短視頻方便分享。