研究表明，21世紀(jì)的軍事斗爭(zhēng)具有多樣化形式，在非常規(guī)作戰(zhàn)環(huán)境下，由排、班一級(jí)的小分隊(duì)直至單個(gè)士兵來執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的幾率增加，因此，對(duì)可由排、班直至單個(gè)士兵使用的微型無人機(jī)（MAV）系統(tǒng)提出了作戰(zhàn)需求。與傳統(tǒng)大型無人機(jī)相比，MAV具有自身獨(dú)特優(yōu)勢(shì)及軍事應(yīng)用價(jià)值。因此，在未來戰(zhàn)場(chǎng)上，傳統(tǒng)大型無人機(jī)和MAV可同時(shí)存在，協(xié)同作戰(zhàn)，作用互補(bǔ)。
一、有關(guān)MAV的基本定義及軍事應(yīng)用分析
隨著20世紀(jì)80年代末納米技術(shù)的研究以及各種先進(jìn)的微型制造技術(shù)、微電機(jī)系統(tǒng)、微電子和先進(jìn)的一體化技術(shù)的飛速發(fā)展，為研制MAV奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，出現(xiàn)了"納米"或"微納米"的新型武器。在這些武器中，發(fā)展最快、應(yīng)用最多的是納米或微納米飛行器，這將使單兵使用無人機(jī)系統(tǒng)成為可能。
為了使人們能更直觀地了解納米飛行器的功能和發(fā)展，一些專家把10cm左右的飛行器籠統(tǒng)地稱為納米飛行器。
美國(guó)通過對(duì)MAV所需的特殊空氣動(dòng)力要求以及技術(shù)可行性研究后，一般把MAV的有關(guān)參數(shù)定義為：長(zhǎng)、寬、高在15cm以下，重量在10~500g，最佳使用高度在45~60m，最高可達(dá)150m，飛行速度在10~20m/s，最大航程10km左右，最大續(xù)航時(shí)間在2h以上。有人把翼展或機(jī)體直徑不超過60cm的無人機(jī)也歸為MAV之列。
由于MAV可局部部署，通過小范圍偵察，可向單兵或小規(guī)模戰(zhàn)斗部隊(duì)提供所需要的信息，因此，可使部隊(duì)在偵察過程中的傷亡率大大減小，同時(shí)大幅提高作戰(zhàn)效率。MAV的主要軍事價(jià)值可歸納為如下幾點(diǎn)。
1.在復(fù)雜城市環(huán)境中作戰(zhàn)
由于MAV體積小、速度慢、機(jī)動(dòng)靈活，可以由分散單兵、班、排一級(jí)的小分隊(duì)操作控制，因此，非常適合在建筑物林立眾多、地面極其復(fù)雜的城市環(huán)境中作戰(zhàn)，除此之外的其他大型飛行器就難以在這樣的復(fù)雜環(huán)境中完成相應(yīng)作戰(zhàn)任務(wù)。
2.低空偵察和通訊
MAV攜帶成像傳感器可進(jìn)行全天候監(jiān)視偵察，甚至可飛到大型建筑物周圍、敵方窗臺(tái)上進(jìn)行秘密偵察，探測(cè)建筑物內(nèi)部目標(biāo)活動(dòng)情況，竊聽對(duì)方情報(bào)；當(dāng)在大部隊(duì)難以進(jìn)入的偏遠(yuǎn)山區(qū)作戰(zhàn)時(shí)，可用MAV完成偵察、監(jiān)視和通信任務(wù)，并可將偵察信息實(shí)時(shí)傳送回來。
3.實(shí)施高效電子干擾和對(duì)地攻擊
MAV發(fā)出的干擾信號(hào)雖然很小，但它可以飛到離敵人雷達(dá)很近的區(qū)域，實(shí)施高效干擾，如果增加MAV數(shù)量，其干擾效果則更佳；MAV可攜帶高能炸藥，被遙控定點(diǎn)飛行到敵方雷達(dá)或通訊中樞釋放，則可發(fā)起有效攻擊，取得事半功倍的作戰(zhàn)效果。
4.對(duì)生化武器進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別
生化武器的危害盡人皆知，在對(duì)這類武器進(jìn)行識(shí)別和探測(cè)時(shí)，需要極其小心謹(jǐn)慎，但也難免造成沾染甚至不必要的傷亡，而MAV可以"毫無顧忌"地飛入這類目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，不存在人員傷亡、沾染等問題。
5.協(xié)助跳傘求生飛行員逃生
MAV配置在大型作戰(zhàn)飛機(jī)彈射座椅上，飛行員跳傘求生時(shí)，MAV可以協(xié)助飛行員偵察敵情、向己方營(yíng)救部隊(duì)發(fā)送求救信號(hào)，幫助飛行員逃生等。
此外，還可用于通信中繼、環(huán)境研究、對(duì)自然災(zāi)害監(jiān)視和救援、邊境巡邏與控制、毒品禁運(yùn)、農(nóng)業(yè)勘測(cè)等民用的諸多方面。
二、MAV的研究進(jìn)展
最早研制MAV并取得一定進(jìn)展的國(guó)家主要是美國(guó)，英、法、德、以色列、瑞典和加拿大等國(guó)對(duì)MAV也很感興趣。
在1995年之前，美國(guó)的一些大學(xué)、工業(yè)研究所對(duì)MAV進(jìn)行了開創(chuàng)性初始研究，之后，美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局組建了MAV可行性研究小組，1996年正式成立了由用戶和研究人員共同組成的聯(lián)合小組，1997年制定了為期4年的研制和驗(yàn)證計(jì)劃，1998年美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局撥專款3500萬美元進(jìn)行MAV的開發(fā)研制，計(jì)劃研制翼展為15cm 左右、航程5~10km、配有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和電視攝像機(jī)并能晝夜傳送高質(zhì)量地面圖像，能夠執(zhí)行軍用任務(wù)的MAV。
目前，美國(guó)洛克希德和航空環(huán)境等公司已開發(fā)研制出多種型號(hào)的MAV，一部分已進(jìn)入飛行試驗(yàn)階段。此外，有關(guān)公司還對(duì)直升翼和撲翼型MAV開展研究。表1列出了幾種進(jìn)入飛行試驗(yàn)階段的MAV。
美國(guó)在研究MAV如何飛行的同時(shí)，對(duì)其機(jī)載設(shè)備，如微型慣導(dǎo)系統(tǒng)、微型gps 系統(tǒng)、微型飛控系統(tǒng)、微型動(dòng)力裝置等多種系統(tǒng)也進(jìn)行了同步研究。其中MAV發(fā)動(dòng)機(jī)目前已研究了多種型號(hào)：（1）氫燃料微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，它由硅制作，動(dòng)力裝置重1g，可產(chǎn)生10~30W推力；（2）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，只有2cm長(zhǎng)，可產(chǎn)生80W推力；（3）輕型熱電發(fā)動(dòng)機(jī)，直接把熱能轉(zhuǎn)化為電能，可從1cm3內(nèi)燃機(jī)的廢熱中產(chǎn)生20W電能。
美國(guó)海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和陸軍有關(guān)部門對(duì)MAV也進(jìn)行了研究。美國(guó)海軍在2001年展示的MAV主要用于近距雷達(dá)干擾和支援陸戰(zhàn)小分隊(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)，其長(zhǎng)15cm，一次飛行20~30min；海軍的備選機(jī)型還有雙發(fā)MAV，其發(fā)動(dòng)機(jī)外型像鉛筆，包括控制器和所有齒輪裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)全重僅為6g，當(dāng)效率為80%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為2W，在旋轉(zhuǎn)速度為5000rpm時(shí)，最大連續(xù)輸出功率可達(dá)4W。除此之外，海軍與美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局共同制定了研制微型機(jī)械飛行昆蟲項(xiàng)目，這是一種遙控型且可空中穩(wěn)定懸停的MAV，主要用于遠(yuǎn)距離武器投放。
美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)與桑德斯公司合作研制了翼展48cm、重200g左右、配有完整傳感器的MAV，并已試飛。預(yù)計(jì)在2005年投入使用。
美國(guó)陸軍與有關(guān)公司正在發(fā)展手射型和管射型MAV，手射型MAV在不影響載體作戰(zhàn)的同時(shí)可從輕型卡車、布雷德利戰(zhàn)車等載體上發(fā)射；管射型MAV可用120/155mm火炮、火箭發(fā)射，射程可達(dá)50km左右，該種MAV可重復(fù)使用，空中飛行時(shí)間可達(dá)1h，配有全天候圖像傳感器，可發(fā)回高質(zhì)量圖像，價(jià)格為4000~8000美元/架。
目前MAV的研制工作主要集中在如何飛行上，而且同樣的技術(shù)可用在飛行器爬行、走動(dòng)、滾動(dòng)、跳躍和游泳等，如果MAV擁有這些能力，就可執(zhí)行多種特殊任務(wù)，如悄悄溜進(jìn)他人門內(nèi)或通風(fēng)系統(tǒng)等，然后秘密部署傳感器或放置致命的或非致命的炸彈等武器。
三、MAV關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)析
MAV是一個(gè)全新的研究課題，許多在有人飛行器或大型無人機(jī)上成熟的通用關(guān)鍵技術(shù)在MAV領(lǐng)域不再適用，對(duì)MAV的研制和發(fā)展，將面臨著許多關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步研究、論證和實(shí)驗(yàn)。
1.低雷諾數(shù)空氣動(dòng)力學(xué)、全三維空氣動(dòng)力學(xué)
因?yàn)镸AV有尺寸微小、飛行速度低等特點(diǎn)，因此現(xiàn)行常規(guī)飛機(jī)的翼型設(shè)計(jì)技術(shù)在MAV上難以產(chǎn)生足夠的升力。如維持100g的MAV的正常飛行需要有8～9的升力系數(shù)，但是采用現(xiàn)有的翼型設(shè)計(jì)技術(shù)，當(dāng)MAV以40m/s飛行時(shí)，其升力系數(shù)只有1.0～1.5。因此，要使MAV正常飛行，必須深入研究和解決低雷諾數(shù)空氣動(dòng)力學(xué)問題。
MAV整個(gè)飛行包線都處在20000~100000的低雷諾數(shù)范圍內(nèi)，此時(shí)機(jī)翼上的氣流具有難以模擬的效應(yīng)，如由層流分離引起的遲滯失速等問題，而在MAV低速飛行時(shí)層流起主導(dǎo)作用，它能產(chǎn)生想象不到的相當(dāng)大的力和力矩，因此，不能采用傳統(tǒng)的對(duì)二維機(jī)翼的分析方法，而必須采用全三維空氣動(dòng)力學(xué)分析方法。但對(duì)飛行器采用全三維分析缺少可用數(shù)據(jù)，將遇到很大困難。
2.機(jī)載設(shè)備微型化技術(shù)
由于MAV體積很小，其上的各種機(jī)載系統(tǒng)如微型光電傳感器、通信鏈路、導(dǎo)航等系統(tǒng)比傳統(tǒng)飛機(jī)機(jī)載系統(tǒng)要大幅度減小，這將給這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制帶來很多實(shí)際困難，同時(shí)這些系統(tǒng)涉及到的許多技術(shù)之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，因此，要對(duì)系統(tǒng)開發(fā)綜合考慮，這更增加了研制難度。例如，許多需要選用的探測(cè)器孔徑尺寸是根據(jù)某些物理定律決定的，同時(shí)它所達(dá)到的能量密度又與它的電源體積有關(guān)，因此，必須通盤考慮探測(cè)器和電源的研制，亦可研制多功能系統(tǒng)，如可以讓天線同時(shí)兼作配平安定面，支架充當(dāng)多種任務(wù)角色等。
3.微機(jī)電技術(shù)
微機(jī)電系統(tǒng)是微電路和微機(jī)械按功能要求在芯片上集成的一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)，主要包括傳感器、制動(dòng)器、電源、信號(hào)處理和控制電路等系統(tǒng)，其尺寸為μｍ ～ ｎｍ級(jí)，整個(gè)系統(tǒng)體積為１ｍｍ３或更小，并且要具有響應(yīng)快、低能耗、可靠性高、易于更換、制造成本低、機(jī)械特性及電氣特性好等特點(diǎn)，這將給研制系統(tǒng)帶來很大難度。
4.微型推進(jìn)技術(shù)
微型動(dòng)力裝置是ＭＡＶ性能好壞的關(guān)鍵因素之一，該系統(tǒng)的研制難度更大。目前采用的技術(shù)方案包括蓄電池、鋰電池的電動(dòng)機(jī)，微型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等，為進(jìn)一步提高微型驅(qū)動(dòng)設(shè)備的效率，美國(guó)麻省理工學(xué)院正在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下開發(fā)微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，據(jù)稱，該類微型裝置可采用生產(chǎn)計(jì)算機(jī)芯片相同的技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)批生產(chǎn)，其尺寸可縮小到米粒大小，前景非?？捎^。
5.一體化技術(shù)
對(duì)于ＭＡＶ來說，更需要將諸如動(dòng)力裝置和機(jī)體結(jié)構(gòu)等系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，但是采用常規(guī)的硬件一體化技術(shù)對(duì)ＭＡＶ來說難以奏效，必須另辟蹊徑。目前飛速發(fā)展的微電子、微電機(jī)技術(shù)為其發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
6.飛行控制技術(shù)
對(duì)于低速飛行的ＭＡＶ，如何有效地控制其在陣風(fēng)以及紊流的氣象條件下正常飛行，并完成作戰(zhàn)任務(wù)是很困難的。因?yàn)樵诔Ｒ?guī)飛機(jī)上采用的可操縱翼面和小型作動(dòng)器技術(shù)套用在ＭＡＶ上根本行不通，必須研究其他可行技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)ＭＡＶ的飛行控制。目前正研究采用環(huán)量控制技術(shù)來控制ＭＡＶ的飛行，該技術(shù)的工作原理是讓吹過圓形機(jī)翼后緣表面的一層高速空氣吸附在其表面上，使駐點(diǎn)后移，從而在減小阻力的同時(shí)增加環(huán)量和升力。
環(huán)量控制技術(shù)曾在２０世紀(jì)７０年代末的Ａ－６飛機(jī)上進(jìn)行過增升飛行試驗(yàn)，可使飛機(jī)在沒有可操縱翼面的情況下，升力系數(shù)達(dá)到５．５以上，如有較小的可操縱襟翼，可使升力系數(shù)達(dá)到８～９。該技術(shù)不僅可提高升力，還能實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力控制。實(shí)驗(yàn)表明，采用環(huán)量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)ＭＡＶ的飛行控制是可行的，但還有許多技術(shù)問題需要深入研究。
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