电子飞控技术应用 用人工智能提高无人机作战能力

用人工智能提高无人机作战能力

中国国防报

“收割者”无人机

前不久，美国空军与“收割者”无人机制造商通用原子航空系统有限公司合作，使用“收割者”无人机远程演示空军研究实验室“敏捷秃鹫”系统。该系统采用人工智能技术，能够在远程无人机上进行机载高性能嵌入式计算，实时对数据进行处理和传输，从而增强无人机情报数据获取效率。

“敏捷秃鹫”是什么

人工智能技术的应用，为无人机性能提升提供无限可能。2015年美空军研究实验室开始研发“敏捷秃鹫”系统，今年起开展在无人机上的应用实验。“收割者”无人机可执行情报、监视和侦察任务，且极具杀伤力，被认为是最先进的无人机之一，美空军计划用它搭载“敏捷秃鹫”系统。

“敏捷秃鹫”系统是由锡拉丘兹研究公司与美空军研究实验室合作开发的高性能嵌入式计算体系结构，能够提高无人机传感器的大数据分析能力。该系统利用人工智能和机器学习等技术，对机载传感器获取的视频、图像等大量数据进行处理，查找、识别和跟踪目标，实现对目标的态势感知和快速识别。

“敏捷秃鹫”系统可以安装到无人机吊舱中，也可用于海基、陆基平台等。“收割者”无人机上的“敏捷秃鹫”系统由外部吊舱和内部机架组成。吊舱外壳经过改造，可对内部电子设备进行热管理。内部机架支持使用现有商用设备，可灵活进行技术升级。机箱可以提供每秒7.5万亿次浮点计算，确保传感器数据处理效率。

有何优势

数据处理高效。当前无人机机载数据存储受到严格限制，数据处理需要等待机载数据传回基地后再进行。“敏捷秃鹫”系统将搜集到的大量数据在传感器终端进行预处理和分析，从而提高数据处理效率，增强态势感知能力。

目标识别迅速。在目标识别方面，“敏捷秃鹫”系统能够针对特定目标、特定情况，有选择地对传感器数据进行处理分析，并识别出实用、敏感数据。无人机不再需要动用所有传感器进行大面积调查，而是通过专门检测异常的传感器识别出目标，针对性收集更多数据，并通知情报分析人员进一步核查。

带宽需求降低。带宽限制会导致数据传输速度变慢、通信链路阻塞、延迟增加，进而使数据收集和分析之间的信息量不对等。机载处理数据后，需要传输到地面站的信息量大大减少，释放出带宽并提高传输速度，进而提高向情报分析员通知可操作信息的速度和有效性。

值得警惕

当前，人工智能技术日益成为国际战略竞争的新焦点，并成为推动新一轮科技革命和军事变革的重要力量，使未来作战朝着智能化方向发展。为适应这一变化，必须转变思维、发展技术、提升战力，以应对带来的挑战。

将“敏捷秃鹫”系统用于“收割者”无人机是一项重要的赋能技术。然而，“敏捷秃鹫”系统在极具杀伤力的“收割者”无人机上的使用，如果不加限制地采用自主模式，后果将不堪设想。美国现行的有关自主武器的政策是始终保持“适当的人类判断水平”，但致命自主武器仍可能通过逐步升级技术能力得以发展。因此，对这类杀伤性武器自主程度的提高必须加以警惕。

2020年民航通航飞行控制与航空机电技术发展回顾

2020年，飞控系统技术继续向着自动化、自主化方向发展，取得了一系列进展。航空机电技术围绕多电/全电技术和电推进技术的需求，先进电机技术向着高功率、高功率密度方向发展，同时新型电力器件不断推陈出新。

飞行自动化技术进展明显

空客公司的“自主滑行、起飞和着陆”项目是空中客车公司“第五代驾驶舱”计划的第一个已知项目，始于2018年1月，为期两年，目的是让机组人员有更多时间和精力来分析态势。无论机场是否有着陆辅助设施，该系统都能让飞机自动着陆，而机组人员只需关注整个态势。通过计算机视觉，飞机将不再依赖外部的系统。2019年12月，作为“自主滑行、起飞和着陆”项目的一部分，空客公司用一架改装的A350-1000在图卢兹进行了8次自动起飞试验，试验中采用了图像识别系统来完成起飞任务。2020年1月，空客公司又开展了自主着陆试验。2020年6月，空客成功实现了世界上首次民航客机采用基于计算机视觉引导的自动滑行、起飞、降落试飞。一架改装的A350在毫无飞行员手动干涉的情况下，全程完成自主滑行、自动起飞、自动航线飞行、自动降落，全程完全不依赖地面导航着陆系统。

2020年3月，Skyryse公司发布了新的FlightOS自动化飞行系统。这种新型自动化飞行系统可扩大飞机的飞行包线，且能缓解飞行员技能欠缺的问题。FlightOS系统可进行改装并配装到任何固定翼飞机或旋翼机上，还可集成新的设计，包括为城市空运等应用开发的电动垂直起降飞机。FlightOS系统将机载计算机与驱动飞行控制舵机的硬件结合在一起，不仅能减少飞行员工作负荷，同时也能帮助飞行员更安全地飞行。在FlightOS系统的协助下，飞行员可以通过触摸屏平板电脑和操纵杆实现飞行控制操作，让机载计算机控制飞行包线，管理机身的结构和空气动力学操作限制。该系统还可以与飞机的雷达和传感器实现连接，保持实时态势感知。

瑞士联邦材料测试与研究实验室和德国航空航天中心联合开发了名为“低噪声增强系统”的飞机辅助着陆系统，该系统不仅能通过配置在座舱内的显示器提醒飞行员需要进行的操纵动作，而且能计算出飞机进场的最佳高度、下降速度、最佳空速和最佳飞行姿态，及时提供调整建议。2019年9月，在瑞士天空实验室基金会的组织下，研究人员利用加装LNAS辅助系统的空客A320先进技术研究飞机在苏黎世机场14号跑道进行了90次的进场着陆测试，并对70次进场着陆数据进行比较、分析和评估。测试结果已上报瑞士联邦民航局，该系统准备在2020年投入生产。飞行数据评估表明，使用LNAS辅助系统的飞机进场航线比不使用LNAS辅助系统的航线明显平稳、准确，空速变化也更加流畅。加装LNAS辅助系统的飞机进场时完全不需要使用加大噪音的飞机刹车装置。2020年7月，DLR将启动了“终端机动区域动态构型调整”（DYNCAT）高级研究计划开展后续研究。

货运无人机自主飞行成为发展趋势

2020年8月，位于美国旧金山的无人驾驶飞行初创企业Xwing公司在进行了多次塞斯纳208B单螺旋桨飞机无人自主飞行试验，成功完成了这种飞机的自主飞行系统测试。Xwing公司的无机自主飞行系统能够在现有任何类型飞机平台上改装实现，与飞机机载飞行控制系统集成。通过将自主飞行系统的检测/规避传感器与飞机导航/控制软件相结合，可生成飞行路径，与空中交通管制系统实时通信，保障飞机飞行安全。

2020年10月，英国布里顿-诺曼公司和蓝熊公司宣布将开展战略合作，以便在2020年代中期实现货运飞机自主飞行。布里顿-诺曼公司开发的“岛民”飞机具有短距起降能力，适应性强，可承担客货运输、医疗后送以及搜索救援等任务。蓝熊公司是一家无人系统管理服务提供商，其第五代开放式航空电子设备已在单个无人机和蜂群无人机上进行了演示，这也是英国进行的首例此类演示。从2020年10月开始，蓝熊公司和布里顿-诺曼公司共同实施“岛民”飞机的自主化。该项目的第一个节点采用自主副驾驶模式进行单飞行员操作演示。预计该模式将在2020年代中期投入使用，并将为支线航空运营商带来显着的效率提升和成本节约。

2020年10月21日，霍尼韦尔公司宣布将为蝙蝠飞机公司NuuvaV300自主货运无人机提供高度集成的电传飞控解决方案。NuuvaV300是一种长航程、大载荷、自主飞行无人机，采用全电动垂直起降技术，无需跑道且运营成本远较直升机低。该机最大有效载荷约300千克，航程300千米。霍尼韦尔公司可提供多种电动飞机技术和产品，包括动力、电池、飞控、数据链、传感器等，合作方包括以色列Eviation、英国垂直航空航天公司、德国Volocopter公司、美国Jaunt公司等。

AS2超声速公务机选定飞控系统供应商

2020年7月，美国Aerion超声速飞机公司选定柯林斯航空航天系统公司联合开发控制AS2超声速公务机前缘襟翼、升降副翼、水平稳定器和方向舵的作动系统。柯林斯航空航天系统公司计划由位于英国伍尔弗汉普顿和法国弗农的作动系统卓越中心承担AS2飞控作动系统的开发设计工作。

2020年9月，Aerion超声速飞机公司选定BAE系统公司为AS2超声速公务机研制电传飞行控制系统。BAE系统公司将设计、开发和集成包括该型飞机的主动控制器在内的电传飞控系统。主动控制器可通过飞行操纵杆向飞行员提供静态和动态触觉力反馈，以警告飞行员注意结构或空气动力极限，从而提高态势感知能力，帮助飞行员保持稳定的飞行。

先进电机技术发展迅速

2020年1月，美国莱特电气公司宣称，针对186座“莱特1号”电推进飞机需求开展1.5兆瓦电机研发，计划于2021年开展电机地面测试，2023年开展飞行测试，并于2030年投入应用。“莱特1号”飞机将采用分布式电推进系统，该系统将使用10台到14台当前研发的1.5兆瓦电机。莱特电气公司还将研发3千伏逆变器，并正在与BAE系统公司开展洽谈，合作开发电动飞机的飞行控制和能量管理系统。

2020年2月，日本IHI公司在“下一代发动机电动化系统研究开发”项目中联合日本国内多家公司开发了可置于喷气式发动机尾椎中的250千瓦级发电机。“下一代发动机电动化系统研究开发”项目是日本新能源产业技术联合开发机构资助的“飞机先进系统实用化计划”的一部分。嵌入式发电机技术需要解决的主要问题是如何提高电机的耐热性，对电机材料和元器件都有着较高的要求。日本此次技术突破就得益于其先进的材料技术。

2020年7月，俄罗斯SuperOx公司完成首次高温超导电动机测试。在测试过程中，高温超导电动机仅由高功率电池供电。此次试验可以确认，超导电动机可以在飞机起飞和着陆模式以及紧急模式下用作动力装置。在2020年底或2021年之前，SuperOx公司计划开始在飞行实验室中测试高温超导电动机。据估计，高温超导技术可以使电动机和其供电系统的效率达到98%。SuperOx公司计划研制功率高达500千瓦的超导装置。这种新型超导推进系统将成为巴拉诺夫中央航空发动机研究院开发的混合动力装置的一部分。

美国能源部能源高级研究计划署选择先进磁实验室（AML）公司，开发用于商用电动飞机的高功率密度、超高效率推进系统电机以及相应的电机控制器和热管理系统。该计划综合了AML公司的新型永磁转子/定子技术、集成电力电子技术和冷却技术，使得电推进系统功率密度可能达到12千瓦/千克。AML公司的解决方案主要包括如下内容：基于AMLPM-360磁体的双永磁转子技术，强化热管理能力以提高定子线圈电流密度，高功率密度功率转换器技术，闭环冷却系统。基于上述关键技术，开发新型轻质、超高效电驱动动力总成（包括电机、控制器及热管理系统）。

航空电力器件推陈出新

2020年2月，欧盟“洁净天空”计划下“先进智能电网配电系统”项目结束。该项目的重点为电源系统和电力电子技术，目标为设计、开发和制造具有自动变换功能的创新性直流—直流模块化变换器。变换器装置的设计采用宽禁带器件的尖端技术，能够实现非常高的效率和可控性，并使其重量和体积最小化。该变换器经过密集的测试之后，于2020年2月底，由项目协调单位诺丁汉大学交付给莱昂纳多飞机分部，作为其创新的“铁鸟”设施的一部分进行进一步的集成和测试。“先进智能电网配电系统”开发的概念将使得需要安装在飞机上的电力变换器数量显著减少。此外，与现有解决方案相比，所需的每个变换器重量都将大大减轻，从而大大减轻电源系统整体重量。

2020年5月，Vicor公司发布DCM5614变流器，这是一种隔离型、可调节的270伏到28伏直流变流器，其输出功率额定值为1300瓦，可提供无与伦比的451瓦/立方英尺功率密度，重量仅为178克，支持对功率密度、重量和效率具有高要求的先进的机载、舰载和无人机系统。DCM5614变流器效率达96%，可显著降低功耗，具有创新的平面设计的VIA封装，可支持多种冷却策略以提高热性能。这种变流器各模块易于并联增加功率，或堆叠以增加输出电压，其低剖面模块适于在底盘或印刷电路板进行安装，可将直流变流器、浪涌保护和可选的模拟或数字通信加以集成。

2020年7月，Radiant公司发布专为飞机使用的新型双USB-C和USB-A充电器。新型充电器产品具有双端口和高达3.0安的充电率，易于安装，非常适合任何试验或超轻型飞机使用。据悉，Radiant公司在为飞机提供专业USB充电器方面有着丰富的经验，已售出数百件产品，无投诉或退货。这些产品功能多，包括USB-C和USB-A端口，3.0安和2.4安充电能力，可在最高可达3.8安、9至16伏电压下完成操作，每端口周围都配有光环照明，具有过电压、过电流和蓄电池反向检测能力，可进行ESD和短路检测，具有10000次插入循环寿命。

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