蜂群无人机——未来航空界的“亮剑”

黑科技蜂群无人机最全面的介绍，还记得《星际迷航3：超越星辰》中袭击进取号的酷炫蜂群吗？编剧的黑科技设计是很接地气滴~...



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还记得前不久刚上映的电影《星际迷航3：超越星辰》吗？不得不说整个电影充满了酷炫，一首摇滚拯救了整个宇宙，堪称太空版的速度与激情，而且不论其中的各行星居民、太空战机还是宇宙中的太空城，都充满了极富想象力的脑洞。虽然科幻传奇色彩极其浓郁，但这部电影中也有接地气的黑科技啊！

比如说里面的蜂群敌舰，出场的时候把进取号撞了个落花流水，而后又被一首神奇的摇滚给彻底击溃。其实，蜂群敌舰并非空穴来风，它的原型就是现在无人机发展的一个重要方向——蜂群无人机。今天就跟大家聊聊蜂群无人机那些事儿。

蜂群无人机的原理来源于无人机的协同控制。无人机协同控制概念的出现，伴随着很强的军事应用背景。随着作战范围的日益扩大以及难度的增加，单个无人机在执行问题时可能受到观察角度的限制遗漏信息，不能够全方位完成侦察及攻击；同时单个无人机出现故障就必须返航，延误任务的执行。针对这一系列问题，人们考虑采用多架共同执行任务的无人机构成一个协同系统，遵照的思路就是生物的群体行为。常见的例子，蜜蜂成群飞行时，通过与周围蜜蜂简单的交流，能够保持一定的队形，可以向蜂群中心靠拢，或者朝着一个方向移动，同时个体之间保持一定的距离。这样的交互协作行为，可以体现出蜂群的整体优势，有助于它们完成较复杂的任务。那么把这种群智能的思想应用到无人机中，便是多无人机系统控制的思想，可以对多无人机执行任务带来很多的优势。

蜂群无人机的特点   

蜂群无人机来源于生物的群体行为，因此它继承了生物群体行为的一系列特点。

首先，群体包含的个体是完全分散式的，没有中心控制，较为容易和此时网络环境下的工作状况相匹配，不会因为单一个体或者几个个体出现不确定的状况而影响全局，因此整个系统具有更强的稳定性。其次，每个个体不能直接得到整体信息，仅能感知部分信息，并有十分简单的单个自治个体的规则，只需要最小的智能，具有简单性。

再次，群体中个体之间通过非直接通信相互合作，通过这种方式进行信息的传输与交互，个体越多，通信消耗的增幅也就越大，系统具有更好的可扩展性。

最后，具有良好的自组织能力，也就是说群体通过个体间简单的一些行为就能够解决较为复杂的问题，执行较为复杂的任务。

蜂群无人机的研究成果    

美国麻省理工学院对UAV平台和任务的健康管理、面向多平台操控的实时任务管理系统以及支持全天候任务执行的操控接口等问题展开研究，并将其命名为SWARMS健康管理项目，目的是使多无人机系统具备在动态环境中持续执行预先制定任务的能力，并通过10架四旋翼无人机系统的300余次测试验证了算法的有效性。

美国诺斯罗普·格鲁门公司提出以无人作战飞机X-47B组成集群，实现自组织作战的概念，由15架X-47B无人机组成的三个中队，续航时间可达50小时（加油），可以实现在航母战斗群1750海里（3240km）以外，每周7天24小时ISR和战斗巡逻任务，每架X-47B覆盖直径达到200海里（370km），这将极大地提高无人作战飞机在高度对抗的不确定战场环境中的生存能力和任务成功率。DARPA的“小精灵”项目于2015年9月份公布，计划研制一种部分可回收的侦察和电子战（EW）无人机蜂群。这种无人机蜂群可迅速进入没有察觉的敌人上方，通过压制导弹防御、切断通信、影响内部安全、甚至是利用电脑病毒袭击敌人数据网络等措施击溃敌人。

按照DARPA的设想，“小精灵”项目的无人机蜂群成本相对低廉，因此即便损毁也不会危及任务或者造成严重的成本损失。此外，“小精灵”无人机也非常先进，可重新回收利用；如果它们能在任务中幸存，则可继续执行任务。因此，“小精灵”无人机是一种可以重复使用的无人机。



美国通用原子公司提出了捕食者C“复仇者”（Avenger）无人机集群与F-22战斗机协同作战概念，计划2017年实现4架F-22战斗机护航下，两个由8架“复仇者”组成的无人机集群，摧毁敌方地空导弹阵地的能力。

蜂群无人机的用途    

蜂群技术有很多的用途。最直接的用途是灾后援助，无人机蜂群可以大范围高精度地搜索目标，而且只需要一个人就能完成所有的操作。同时也可以用于探索危险建筑、地段，比如说福岛核电站后的辐射区域，而这些如果仅仅用一个无人机则难以实现。哈佛的科学家还尝试利用无人机蜂群来为谷物授粉、监视疑犯或者监控交通。瑞士的科学家最近还准备让无人机蜂群来分担灾害地区的信息处理及通讯工作。在防御方面，无人机蜂群可以摧毁普通的导弹防御系统。来自美国海军研究学院的研究人员在实验中让两个由50个无人机构成的蜂群对战，以此来改善进攻、防御程序，毕竟要阻止一个蜂群，必须得靠另一个蜂群。轻量化设计制造

蜂群无人机的每个个体都需要高度的机动性和灵活性，保障飞行速度以及功耗；因此，机体的重量要求尽可能的小以减少对上述因素的不利影响。一种发展思路是采用轻量化的无人机材料，例如聚赛龙SE9547、PP1120HF和PAFG430等。

集成化装配制造

未来无人机的体积毫无疑问将会越来越小，相应地其传感器、各种硬件也都会变得更加轻巧，但麻雀虽小五脏俱全，对应的功能却不能因此而损失。因此，未来蜂群无人机着手于轻小型化发展的同时，芯片集成设计制造将会成为其体积革命的关键所在。

高密度能源系统制造

蜂群无人机在执行任务的过程中，面临高速机动飞行、悬停蔽障等飞行工况，消耗能源的数量和密度都很高。而基于轻量化设计，对能源的携带又有着严格的限制，因此，未来蜂群无人机的能源系统如何能够实现小重量小体积高能量密度，是一个面临着挑战的课题。

不具备独立的防空压制能力

低空活动的小型无人机在完全没有电子侦查、情报分析、电子“软”压制“硬”摧毁的能力时，无法有效压制装甲部队的机动式、伴随式低空防御火力，也无能力独自攻击被完善的防空体系重重保护的要点阵地。活动严重依赖地面控制站的辅助

没有地面控制站的辅助，辅助无人机就不能有效发挥作用。因此，目前的无人机无法形成大机群作战的模式，这样，就限制了“蜂群”规模的扩大。同理，低空无人机空战在目前以及较近的未来也是不可能实现的。必须在较高的飞行高度工作

由于地球曲率，再加上地形起伏不平的原因，即便是低空活动的无人机也必须飞得较高才能有效监视大片区域以及保持同控制站的联系。飞得高，也就意味着被低空、中空防空武器发现和击落的概率更高。



本文转载自：航空微读

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