“彩虹”——飛躍“航空物探”

王蘊(yùn)聰

從有人機(jī)到無人機(jī)，從航空磁法到陸續(xù)增加的航空放射性等方法，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，開始于1953年的中國航空物探領(lǐng)域已由最初的落后實(shí)現(xiàn)了趕超。而談到中國無人機(jī)航空物探的發(fā)展就不得不提起“彩虹”系列。近日，本刊記者走進(jìn)中國航天科技集團(tuán)有限公司第十一研究院，探訪“彩虹”系列無人機(jī)在軍民融合背景下，在航空物探領(lǐng)域的新發(fā)展。

航空物探開始于20世紀(jì)30年代，運(yùn)用飛機(jī)（或其他飛行器）裝載物探儀器在航行過程中探測各種地球物理場的變化，是研究和尋找地下地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)的一種物探方法。進(jìn)入21世紀(jì)后，國際上多個發(fā)達(dá)國家開展了無人機(jī)航空物探裝備技術(shù)的研發(fā)工作，在固定翼飛機(jī)上搭載并集成高精度磁力儀，在多領(lǐng)域開展試驗(yàn)或應(yīng)用。無人機(jī)航空物探是無人機(jī)與航空物探儀器設(shè)備有機(jī)結(jié)合形成的航空物探技術(shù)的一個較為新興的分支。

2012年，應(yīng)地質(zhì)勘探用戶的要求，中國航天科技集團(tuán)有限公司第十一研究院（以下簡稱航天十一院）依托空氣動力學(xué)和飛行力學(xué)方面的技術(shù)優(yōu)勢，研制了以“彩虹”為名的多種類型無人機(jī)。

物理勘探的高速發(fā)展

在無人機(jī)投入市場之前，航空物探一直依靠有人機(jī)，消耗了大量人力物力。與傳統(tǒng)的有人機(jī)航空物探相比，無人機(jī)航空物探裝備具有小型化、智能化、成本較低、續(xù)航能力強(qiáng)、方便夜間飛行等特點(diǎn)，特別是人員零傷亡具有突出的優(yōu)勢。此外，其運(yùn)輸和使用的便捷性，超低空飛行能力以及能夠在復(fù)雜地形條件下進(jìn)行飛行測量等特點(diǎn)，使無人機(jī)航空物探在地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘探和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

彩虹-3是世界上第一個針對地質(zhì)調(diào)查礦產(chǎn)勘查開發(fā)的中型無人機(jī)航空地球物理綜合測量系統(tǒng)。2016年1月12日，彩虹-3在新疆完成了為期半年的第一階段大規(guī)模物探作業(yè)任務(wù)，這是中國首次利用無人機(jī)開展大規(guī)模航空物探任務(wù)。2017年7月，彩虹-3在贊比亞開始進(jìn)行為期半年的長達(dá)800小時的航空物探作業(yè)，這是中國首次在海外執(zhí)行無人機(jī)航空物探調(diào)查技術(shù)項(xiàng)目。

據(jù)“彩虹”軍民融合部副部長王超介紹，在贊比亞完成的航空物探項(xiàng)目中，“彩虹”團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了首次在海外進(jìn)行無人機(jī)民用作業(yè)，首次完成大規(guī)模復(fù)雜地形磁放綜合測量作業(yè)，首次進(jìn)行一站雙機(jī)作業(yè)，首次全程使用超視距鏈路控制飛行。而正是此次物探項(xiàng)目讓“彩虹”的航空物探走出國門，并得到了贊比亞方面的高度評價。

彩虹-3無人機(jī)作為世界上首例航空地球物理調(diào)查（磁/放）綜合站，突破了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與優(yōu)化、高精度超低空地形跟隨飛行控制、多約束空間導(dǎo)航規(guī)劃等核心關(guān)鍵技術(shù)。2013年完成研發(fā)后，先后在嫩江、克拉瑪依、喀什、和田等低山地區(qū)開展試生產(chǎn)及批量規(guī)模生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，截至2018年底，飛行航程達(dá)46萬公里，完成35余萬公里有效測線飛行任務(wù)。

創(chuàng)新助“彩虹”全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

航空物探要解決超低空、沿地形起伏、低空測控、系統(tǒng)集成、危險地物規(guī)避、低成本控制等諸多問題。為此，“彩虹”團(tuán)隊(duì)明確了物探系統(tǒng)集成技術(shù)、超低空地形跟隨高度信息獲取技術(shù)、超低空飛行軌跡穩(wěn)定控制技術(shù)和三維空間導(dǎo)航技術(shù)這4個關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，并逐一攻破。

2013年7月，項(xiàng)目組帶著樣機(jī)在黑龍江嫩江地區(qū)開展應(yīng)用系統(tǒng)的第一次超低空飛行試驗(yàn)。項(xiàng)目組最終實(shí)現(xiàn)了80米超低空沿地形起伏飛行、完成200平方公里磁放面積性測量、磁放數(shù)據(jù)達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)。這些都標(biāo)志著中國首個無人機(jī)航空物探磁放綜合站應(yīng)用系統(tǒng)研制成功。

2018年8月31日，彩虹-3無人機(jī)完成了江蘇海岸灘涂區(qū)航空物探飛行任務(wù)。這是中國首次利用無人機(jī)在海岸灘涂區(qū)進(jìn)行超低空物探作業(yè)。此次物探作業(yè)是世界上首次以全夜航模式形成無人機(jī)航空地球物理調(diào)查。目前，彩虹-3無人機(jī)安全、高質(zhì)量、高效率的大規(guī)模批量生產(chǎn)作業(yè)能力已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

王超表示，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將人工智能融入到“彩虹”無人機(jī)的物探系統(tǒng)中，也值得期待。

近年來，“彩虹”團(tuán)隊(duì)在民用領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)力，接連在航空物探、海洋應(yīng)用、海事應(yīng)用、測繪、森林防火、管線巡護(hù)、公安應(yīng)用等多領(lǐng)域取得優(yōu)異的成績。“彩虹”系列無人機(jī)也形成了“需求分析-產(chǎn)品設(shè)計(jì)-產(chǎn)品制造-解決方案-應(yīng)用服務(wù)-保障維護(hù)”的全產(chǎn)業(yè)鏈。

2018年9月23日，在首屆中國農(nóng)民豐收節(jié)陜西楊凌分會場上，彩虹-804C無人機(jī)從舞臺與觀眾之間的上空飛過，掀起現(xiàn)場的高潮。雖然這不是彩虹-804C的首次公開展示，但是作為中國首款兼顧了軍民兩用市場的復(fù)合翼垂直起降無人機(jī)吸引了各方的關(guān)注。彩虹-804C復(fù)合翼團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人呂超博士表示，這款“彩虹”的明星機(jī)型在2019年依舊“行程滿檔”。

呂超表示，彩虹-804C屬于復(fù)合翼垂直起降無人機(jī)，相較于大型傳統(tǒng)多旋翼無人機(jī)更加方便快捷，可垂直起降，且應(yīng)用范圍更加廣泛。“彩虹-804C規(guī)避了傳統(tǒng)多旋翼無人機(jī)的缺點(diǎn)，又把固定翼無人機(jī)的優(yōu)勢發(fā)揮出來。起降場地靈活，續(xù)航時間長，飛行速度快。”

具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的彩虹-804C，根據(jù)中國農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀多樣化需求，可以搭載不同的設(shè)備完成多元化作業(yè)任務(wù)，通過獲取實(shí)際有用信息，為提高糧食產(chǎn)量發(fā)揮積極優(yōu)勢。

軍民融合助“彩虹”服務(wù)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)

航天十一院是中國航天科技集團(tuán)有限公司的航天空氣動力學(xué)研究機(jī)構(gòu)，始建于1956年，是錢學(xué)森回國后組建的5個基礎(chǔ)科研單位之一，現(xiàn)為中國航天科技集團(tuán)公司下屬八大科研生產(chǎn)聯(lián)合體之一，參與了絕大部分航天工程的研制。彩虹系列無人機(jī)是其產(chǎn)品中的佼佼者。

航天十一院在2000年進(jìn)軍無人機(jī)這一新型飛行器領(lǐng)域，并研制了以“彩虹”為名的多種類型無人機(jī)。這些無人機(jī)尺寸從小到大，起飛重量從輕到重，在應(yīng)用方面從各種形式的偵察監(jiān)視到攻擊等，形成了較為完備的體系。

2015年，習(xí)近平總書記將“軍民融合發(fā)展”上升到國家戰(zhàn)略層面。軍民融合發(fā)展迎來新的歷史機(jī)遇。“彩虹”無人機(jī)積極開拓航空物探、海洋監(jiān)測、海事應(yīng)用、應(yīng)急通訊等民用服務(wù)領(lǐng)域。目前，“彩虹”無人機(jī)航空物探綜合測量系統(tǒng)成功進(jìn)行了大規(guī)模應(yīng)用作業(yè)，成為中國國土資源調(diào)查不可或缺的技術(shù)手段。

由于需求牽引和國家主導(dǎo)，全要素、多領(lǐng)域、高效益的軍民融合成為大勢所趨。航天十一院院長、彩虹公司董事長胡梅曉認(rèn)為，如何最大化融合“軍”、“民”二者的優(yōu)勢，將無人機(jī)這一傳統(tǒng)的軍事領(lǐng)域科技應(yīng)用于民用服務(wù)產(chǎn)業(yè)，是未來一段時間內(nèi)需要考慮的。彩虹團(tuán)隊(duì)將探索民用無人機(jī)的新模式，大力開拓資源勘查、海洋環(huán)境監(jiān)測與管理、遙感遙測等民用服務(wù)。

“無人機(jī)服務(wù)于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，不僅將促進(jìn)我們自身的發(fā)展，也能助力國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)領(lǐng)域轉(zhuǎn)變生產(chǎn)和經(jīng)營模式，提高效率和收益，更重要的是，最終將促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會整體發(fā)展。從自身角度來看，我們也具備了無人機(jī)產(chǎn)業(yè)化的條件和優(yōu)勢。第一，我們具備體系基礎(chǔ)，已成為集設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用為一體的全產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商。第二，我們具備硬件基礎(chǔ)，有型譜齊全的通用化無人機(jī)平臺，載荷適掛能力強(qiáng)，安全性和可靠性很高。第三，經(jīng)過這么多年的發(fā)展，我們具備技術(shù)基礎(chǔ)，有豐富的載荷應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)能力。所以，我們認(rèn)為，將‘彩虹’用于民用領(lǐng)域，靠譜！彩虹將借助上市公司平臺等更多優(yōu)勢資源，接續(xù)奮斗，早日實(shí)現(xiàn)達(dá)到國際先進(jìn)水平的目標(biāo)，步入全球無人機(jī)行業(yè)前列。”胡梅曉表示。