劉培志總師談中國兵器工業(yè)集團無人機領(lǐng)域研究成果

進(jìn)入無人機研究領(lǐng)域

記者（以下簡稱“記”）：劉總您好，在開始采訪之前請先為我們介紹一下貴所？

劉培志總師（以下簡稱“劉”）：我們中國兵器工業(yè)計算機應(yīng)用技術(shù)研究所隸屬于中國兵器工業(yè)集團公司，它是我國陸軍裝備平臺信息化專業(yè)技術(shù)研究所。我所主要研究領(lǐng)域為武器平臺一體化綜合電子系統(tǒng)、中低空無人作戰(zhàn)系統(tǒng)、地面無人平臺的環(huán)境感知與智能控制系統(tǒng)、通用型電子信息平臺、數(shù)字化戰(zhàn)場的戰(zhàn)場管理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)等，其信息技術(shù)產(chǎn)品涉及我軍裝備信各個領(lǐng)域。

2010 年年初，中國兵器工業(yè)集團作出決定，將我們與207所、528廠組成北方信息控制集團有限公司，最近又將5308廠整合到我們子集團，成立北方信息控制研究院集團有限公司，目的是強化頂層、強化信息總體、打造兵器自己在信息控制領(lǐng)域的一流團隊。

記：請問貴所是從什么時候開始進(jìn)入無人機領(lǐng)域研究的？

劉：我們所從2002年開始進(jìn)入無人機研究領(lǐng)域，是兵器工業(yè)集團最早進(jìn)入該領(lǐng)域的一家單位。我們最初將研究的方向瞄準(zhǔn)無人直升機的飛行控制，當(dāng)時國內(nèi)還沒有一款真正意義的無人直升機飛行控制系統(tǒng)，因此這是一個很高的起點。但是該領(lǐng)域的研究難度超出了我們的想象，我們前后用了超過4年時間才在2006年12月用傳統(tǒng)方法實現(xiàn)了小型無人直升機的飛行控制，但是之后我們就發(fā)現(xiàn)這種控制方法存在許多難以克服的問題。2007年9月，我們決定重新開始新型飛控系統(tǒng)的研究，兩年以后，即2009年年底，我們推出了第一款無人直升機飛行控制系統(tǒng)。我們在該領(lǐng)域的研究才算真正取得了突破。

2010年6月11日，也是在“尖兵之翼”無人機展會上，組委會安排在北安河機場進(jìn)行無人機飛行表演。當(dāng)天參與表演的包括航空的一些企業(yè)，但是我們兵器成為當(dāng)時唯一被安排進(jìn)行無人直升機飛行表演的單位，科目有超視距飛行、自主起降與懸停、用戶體驗。當(dāng)我們成功完成表演后，現(xiàn)場很多領(lǐng)導(dǎo)和專家給予高度評價，稱贊我們做出了一個“國內(nèi)第一”。

記：您對中國當(dāng)前無人機的發(fā)展有何看法？

劉：無人機是一個非常大的產(chǎn)業(yè)。該產(chǎn)業(yè)目前正處在暴漲期，可以預(yù)計，到2020年，該行業(yè)的規(guī)模將達(dá)到年產(chǎn)值千億的水平。目前，參與無人機領(lǐng)域研究和開發(fā)的企業(yè)很多，既有國營的、也有民營的，呈現(xiàn)空前繁榮。中國兵器工業(yè)集團也已經(jīng)認(rèn)識到無人機在未來民用領(lǐng)域以及與武器結(jié)合的軍用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，正在積極地進(jìn)入該行業(yè)。

從一個專業(yè)人員的角度來看，我認(rèn)為該行業(yè)的發(fā)展存在許多問題，最主要的有會飛的多，但能用的少；炒作概念的多，但做實體的少；消費級的多，行業(yè)級的少。這些都不利于該行業(yè)的健康發(fā)展。

記：相對于國內(nèi)眾多的無人機廠商，兵器工業(yè)集團在無人機領(lǐng)域又有何優(yōu)勢？

劉：在無人機研究領(lǐng)域，有三大關(guān)鍵技術(shù)，即飛機平臺、飛行控制技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)集成技術(shù)。其中，飛行控制技術(shù)是與用戶使用直接關(guān)聯(lián)的。飛機性能的好壞、是否好用、能否在各種氣象條件下完成指定任務(wù)，這些都與飛行控制直接相關(guān)。

我們兵器工業(yè)集團在無人機飛行控制技術(shù)方面獨具特色，特別是在無人直升機飛行控制與管理系統(tǒng)方面，處在國內(nèi)領(lǐng)先水平。我們研發(fā)了具備全自主飛行、飛行安全保護(hù)、飛行數(shù)據(jù)記錄等功能，具有自動起飛、自動降落、速度/姿態(tài)增穩(wěn)、自主巡航、遙控等模式，采用先進(jìn)的現(xiàn)代控制算法，飛行控制自適應(yīng)能力以及抗干擾能力強，可在6級風(fēng)情況下自主起降，系統(tǒng)安全可靠，完全可以在惡劣環(huán)境自主起降、自主飛行作業(yè)的系列化飛控產(chǎn)品，并取得了多項知識產(chǎn)權(quán)，綜合性能達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

兵器的核心技術(shù)

記：貴所在無人機領(lǐng)域主要有哪些產(chǎn)品？

劉：兵器計算所在無人機領(lǐng)域已有十余年研究和產(chǎn)品研發(fā)歷史，擁有一支專門從事中小型無人機總體設(shè)計、自適應(yīng)飛行控制技術(shù)研究應(yīng)用系統(tǒng)集成專業(yè)化團隊，具備固定翼、直升機、電動多旋翼等各類飛行器的開發(fā)能力，產(chǎn)品覆蓋了從高端、到低端各種不同的型別，飛控產(chǎn)品既有簡易的，也有復(fù)雜的。它們可滿足用戶對各種類型無人機，例如固定翼飛機、直升機、電動多旋翼飛機的控制，也可以滿足用戶對無人機多種不同使用方式的穩(wěn)定控制，如彈射起飛、傘降回收、炮射巡飛等。

在民用、警用、軍用領(lǐng)域，兵器計算所研發(fā)了起飛重量10～300千克，有效載荷3～100千克多種固定翼無人機和無人直升機平臺產(chǎn)品，形成了集偵察、監(jiān)測、觀瞄、目標(biāo)指示、火力打擊、信息保障等不同功能的無人機。

記：劉總剛才提到我們首先進(jìn)入的是無人直升機的飛控研究，請談?wù)勂渚唧w的難度，它對我們后來的發(fā)展起到了什么作用？

劉：從專業(yè)的角度看，單旋翼直升機的飛行控制難度在各種飛行器中是最難的。與固定翼飛機相比，直升機的飛行控制是一個6自由度的控制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于前者的3自由度控制。我們在此領(lǐng)域的成功使我們成為國內(nèi)第一家擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的無人直升機飛行控制研究單位。有了這樣的起點，我們再進(jìn)入固定翼飛機的飛行控制領(lǐng)域時就容易得多。以我們參與的珠海一家民營企業(yè)的某固定翼飛機項目為例，從參與該項目為其研制飛控系統(tǒng)開始到成功實現(xiàn)飛行器首飛，前后僅用了不到10天時間?？梢哉f前期所做的無人直升機飛行控制系統(tǒng)的研究工作為我們進(jìn)入其他無人機領(lǐng)域研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

記：我們的飛控系統(tǒng)性能如何？

劉：直升機的操縱非常復(fù)雜，需要專業(yè)級的操作手才可以完成遙控操縱，但使用了我們的飛行控制系統(tǒng)后，無人直升機變得“怎么都能飛，怎么飛都行”。

能在多大的風(fēng)速情況下實現(xiàn)自主起降是最能體現(xiàn)1架飛機抗風(fēng)能力的指標(biāo)。目前，國內(nèi)能夠在6級以上風(fēng)氣象條件下實現(xiàn)自主起飛和降落的無人機直升機不能說沒有，但非常少。

2016年4月，在合肥，我們的一款無人機給客戶做交貨試驗，時間只有2天時間。當(dāng)時遇到大風(fēng)天，當(dāng)時風(fēng)力達(dá)到6～7級，超出了我們給用戶的承諾（5級風(fēng)），我們的飛機照樣按部就班地完成了規(guī)定的演示科目，穩(wěn)穩(wěn)地降落在地面，給客戶留下了深刻的印象，客戶對我們的飛機交口稱贊。

2015年4月，我們的一架農(nóng)林指導(dǎo)機甚至在8級風(fēng)條件下實現(xiàn)自主起降。

目前，我們的系統(tǒng)在交給用戶之后完全可以不用專業(yè)人士操作，也不用我們?nèi)ズ笃诰S護(hù)和保障，用戶只要熟悉一下操作說明書就可以放心使用。我們交給客戶的產(chǎn)品無論多復(fù)雜，均已經(jīng)做到了簡單易學(xué)，易于操縱，即使是小孩子也可以完成無人機的各種操縱。2015年我們賣出了9套無人直升機系統(tǒng)，外加1套飛行控制系統(tǒng)。我們?yōu)橛脩舭才帕?天的培訓(xùn)時間。培訓(xùn)包括向用戶宣貫操作手冊，介紹軟件界面，指導(dǎo)用戶操作，前后實際使用時間不足2個小時，用戶便可以自己完成飛機的起降與飛行。

記：我們的產(chǎn)品是否得到了真正的檢驗？

劉：2015年7月，我們與兄弟單位合作，從事人工影響天氣研究。當(dāng)時，該項目正在進(jìn)行最后的驗收，在驗收現(xiàn)場，飛機在5000米高空飛行時突然發(fā)生發(fā)動機熄火的故障，在幾次啟動發(fā)動機無效的情況下，操作人員被迫實施飛機迫降。該無人機最終靠我們的飛控系統(tǒng)控制用滑翔方式滑行5千米，實現(xiàn)了安全降落。這也是我們的飛控系統(tǒng)第一次得到實際檢驗，這次試飛也證明了我們?yōu)闊o人機開發(fā)的飛控系統(tǒng)是穩(wěn)定的、可靠的。

可靠的產(chǎn)品

記：請為我們介紹一下貴所的無人直升機產(chǎn)品？

劉：我們的無人直升機主要有ZKC和CH兩個系列。

CH系列中重點有CH-500，這是國內(nèi)為數(shù)不多的一款察打一體無人直升機。其有效載荷150千克，最大起飛重量為500千克。在有效載荷的情況下可以持續(xù)飛行5～6個小時，非高原環(huán)境下時間長些，高原環(huán)境的時間稍短些。我們的這款無人機是察打一體，可執(zhí)行偵察任務(wù)，也可以執(zhí)行打擊任務(wù)。

記：請問貴所如何解決無人直升機的戰(zhàn)場生存能力不足的問題？

劉：無人直升機最大的不足是飛行速度慢，防護(hù)力相對較弱。小型無人直升機的巡航速度只有100千米/時，最大速度也只有150千米/時左右，但在面對高速飛行的防空導(dǎo)彈時，100千米/時和300千米/時差不多，從這層意義上看直升機與固定翼飛機的防護(hù)能力沒多大區(qū)別，反倒是無人直升機可以貼地飛行、難以被雷達(dá)探測到的特點彌補了其防護(hù)力不足的缺點，使其戰(zhàn)場生存力可以大大提高，戰(zhàn)場使用也更加靈活。

記：請介紹一下貴所在固定翼無人機領(lǐng)域的研究？

劉：目前國內(nèi)從事固定翼無人機研究的企業(yè)實在太多，我們只針對具體的市場需求，定制開發(fā)特種應(yīng)用的固定翼無人機產(chǎn)品，既有小型、也有中型的，既包括雙發(fā)無人機，又包括手拋式無人機。我們在展會上發(fā)布的A-300固定翼無人機就是完全由我們自主設(shè)計的一款無人機，包括參考型、氣動設(shè)計、反正計算再到工程設(shè)計，我們走完了整個飛機的設(shè)計研發(fā)流程。

除此之外，我們在此領(lǐng)域還做一些預(yù)研工作，主要是驗證此領(lǐng)域的一些前沿技術(shù)。例如，2015年1月，在兵科院的主持下，我們用4架固定翼無人機進(jìn)行了多架飛機的協(xié)同試驗，主要驗證未來無人機編隊飛行的控制技術(shù)。無人機之間的協(xié)同需要根據(jù)不同的任務(wù)，采取不同的控制策略來實現(xiàn)，我們正在進(jìn)行基于作戰(zhàn)任務(wù)的無人機之間協(xié)同的控制算法研究。

在演示過程中，4架飛機自主飛行，任何1架飛機都可以了解其他飛機的狀態(tài)，并根據(jù)其他飛機的狀態(tài)進(jìn)行自主的編隊飛行。同時根據(jù)得到的統(tǒng)一任務(wù)指令，自動進(jìn)行針對此任務(wù)的不同任務(wù)剖面的飛行。4架飛機中的任何一架，都可以作為僚機，感知前方目標(biāo)情況，并指揮其他飛機前出執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。當(dāng)僚機損失時，可以根據(jù)事先安排的優(yōu)先級，自動有飛機充當(dāng)僚機角色。

記：我們注意到在A300中程無人機的宣傳冊中提到，該無人機可“針對地面遠(yuǎn)程火力打擊武器系統(tǒng)、提供對地面目標(biāo)的低空搜索、定位、引導(dǎo)、評估等作戰(zhàn)支援”。能否請為我們介紹一下該無人機？

劉：A300中程無人機系統(tǒng)采用“貯-運-維護(hù)一體化”，“指揮-控制一體化”設(shè)計，主要執(zhí)行偵查、監(jiān)視、情報信息搜集任務(wù)。目前擬配備到某型號外貿(mào)155火炮系統(tǒng)中，可完成之前由偵察車完成的任務(wù)，如戰(zhàn)場偵察、目標(biāo)搜索、激光末制導(dǎo)照射等。該無人機已經(jīng)進(jìn)行了試驗，效果很好。

記：能否具體談?wù)凙300的作戰(zhàn)使用過程？

劉：該無人機的地面站與指揮車集成在一起，并與指揮車形成了一個閉環(huán)控制。在作戰(zhàn)使用過程中，無人機接收指揮車的偵察指令，將機腹部安裝的光電探測球彈出，進(jìn)入偵察狀態(tài)。該探測裝置具備激光測距、激光照射功能。無人機上還安裝有定位定向裝置，可以完成對目標(biāo)的偵察和定位定向，并將所獲得的目標(biāo)信息通過數(shù)據(jù)鏈傳給指揮車。

在進(jìn)行激光照射時，無人機首先從指揮車上獲得指令，進(jìn)入目標(biāo)照射準(zhǔn)備狀態(tài)，并等待指揮車發(fā)出的照射目標(biāo)指令。該無人機可以完成不同距離的激光照射任務(wù)，如3千米、5千米、8千米、10千米等，在完成不同距離照射任務(wù)時，無人機都有各自不同的任務(wù)飛行剖面。以3千米照射距離為例，無人機在4千米外便開始降低高度到1000米，在3千米處，用很短的時間完成激光照射任務(wù)。待火炮系統(tǒng)完成第一輪打擊任務(wù)之后，無人機通過數(shù)據(jù)鏈用視頻的方式及時將毀傷信息回傳給指揮車，由指揮車進(jìn)行毀傷評估，并決定是否進(jìn)行再次打擊。

除此之外，該無人機還可以完成校炮任務(wù)，如沒有制導(dǎo)能力或者僅具備簡易制導(dǎo)功能的火箭炮，在對靶標(biāo)進(jìn)行第一輪射擊后，無人機可以將目標(biāo)偏差回傳給跑位指揮系統(tǒng)，由其進(jìn)行修正校炮，這樣在進(jìn)行第二輪打擊時偏差就會小很多。

記：請介紹一下貴所電動多旋翼無人機的研制情況？

劉：這種無人機是目前市場上非常常見的一類無人機，此類無人機說起來簡單，但對于真正的行業(yè)用機來說，要求并不低。我們在此領(lǐng)域主要是掌握了總體性能的匹配技術(shù)，在方案優(yōu)化、性能匹配方面具有優(yōu)勢。例如：從電池供電，到飛行控制，再到其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成，最后無人機與地面站的接口，為用戶提供數(shù)據(jù)分析或情報分析等都能提供最佳的優(yōu)化方案。

我們此次展出了D1和D5兩款電動多旋翼無人機，它們都具備全天候、全地域飛行能力。無論是在高原，還是在沿海，也無論是在寒區(qū)，還是在南方的濕熱地帶，該無人機都可以正常使用。所使用的電池，在滿載有效載荷情況下，在零下20℃環(huán)境下，可連續(xù)飛行40分鐘以上，常溫環(huán)境下可飛行1個小時。這款無人機可在20℃以上溫度飛行。

記：請問地面站都是由我們自己開發(fā)的嗎？

劉：地面站為無人機系統(tǒng)的一個組成部分，所有產(chǎn)品使用的地面站均由我們自己開發(fā)。我們針對任務(wù)的復(fù)雜程度，開發(fā)了不同種類地面站。

如車載式地面站，主要適用察打一體無人機的指揮和控制，在地面站載車內(nèi)，火控和偵察都有各自專門的操控席；拖拉式的操作箱，主要用于武警的反恐防暴，內(nèi)裝兩塊顯示屏，分別用于顯示任務(wù)載荷的數(shù)據(jù)和無人機的飛行性能數(shù)據(jù)；單兵地面站，裝在采用LINUX操作系統(tǒng)的平板電腦或安裝了安卓系統(tǒng)的手機內(nèi)，主要針對單兵使用的無人機。通過觸摸方式設(shè)定飛行航跡飛行，并可以在飛機狀態(tài)或任務(wù)載荷不同界面之間自由切換，可以觀看視頻。目前我們的地面站產(chǎn)品涵蓋車載式、地面箱式、pad手持式以及手機式等不同類型，針對不同的用戶任意選配。

結(jié)語

劉：我們兵器工業(yè)集團已經(jīng)開始進(jìn)入無人機領(lǐng)域，計算所承擔(dān)了我集團無人機研究的主要工作。雖然我們在無人機領(lǐng)域的起步較晚，在無人機平臺研究方面還存在不足，如市場開拓方面還要進(jìn)一步加強，但我們有自己的核心技術(shù)，在用戶專業(yè)化定制的小型無人機領(lǐng)域，我們也有自己的特色和優(yōu)勢。我們可以根據(jù)用戶提出的需求迅速作出反應(yīng)。這次展會展出的無人機都是由我們自己設(shè)計和研發(fā)，我們的產(chǎn)品可以滿足不同行業(yè)應(yīng)用需求，甚至可以針對不同用戶需求進(jìn)行快速定制。

目前，我們也正在與相關(guān)科研院校合作，將后者在理論上的優(yōu)勢與我們擁有的核心技術(shù)相結(jié)合，在產(chǎn)品的工程化方面多下功夫，努力將我們兵器工業(yè)集團無人機領(lǐng)域的研制水平提高到新的層次。

記：感謝劉總接受我們的采訪。

（編輯/萬歷）