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无人机自主编队飞行畅想
  作者:刘鹏飞
核心提示:通过科幻小说的形式,畅想2025年,无人机在民用航空和应急救援领域的应用场景,并引出需要使用的关键技术
背景:2025年,经过十多年的发展,无人机技术达到了一个前所未有的高度,长航时、大载重无人机业已投入使用。此外,随着北斗等卫星导航定位系统定位精度的提高,小体积低成本机载电子通信设备的成功应用以及机器人自主控制技术的日益成熟,人类已经可以让无人机以飞行编队的方式进行自主飞行,并执行各种各样的任务。

   自主飞行是指,机载飞行计算机通过高精度GNSS接收装置和无人机间的空-空通信数据链自动生成周边的空中交通态势信息(Traffic Information)。并在此基础上实现整个编队速度、高度、飞行路线和飞行间隔的自主保持;通过宽带空-地通信数据链和空-天通信方式,无人机飞行编队能够在任何位置(城区、山区、洋区、沙漠等)将自身的位置、速度、高度、侦测情报等信息传回地面飞行控制服务站。而通过地-空和天基通信数据链,地面飞行控制服务站还可以对无人机飞行编队进行实时人工干预控制。

   至于无人机编队自主飞行技术有什么样的军事用途,作者就不进行深入探讨了,作为一名民用航空的科技工作者,重点关注无人机编队自主飞行技术在民用和应急搜救领域的应用。作者试图通过以下两个小故事为大家描述这项技术的应用前景。

故事一:无人机编队灭火

   2020年之后,我国极端天气越来越多,夏季极端高温天气屡屡刷新历史记录,且持续时间越来越长,中央气象台为此频发高温红色预警。进入2025年,我国极端天气愈加剧烈,东北三省已连续6个月滴雨未降,发生大面积干旱,很多地表植物干枯而死。2025年7月初,架设在大兴安岭一个山头上的高压输电线路在经过多天高温炙烤之后,电线绝缘层加速老化脱落。7月15号中午13点,电路短路,短路大电流造成的超高温熔断了电线并引燃了周围枯死的植物,火势开始蔓延,浓烟滚滚,火情严重!

   13点2分,设在大兴安岭制高点的火灾观测点观察到了这一现象,并向附近驻扎的消防大队发出了火情警报。在了解到火灾发生地地势险峻,过火面积过大的情况后,消防大队决定派出由多架大型旋翼无人机组成的梯次编队,对火灾发生地进行灭火剂轮番播撒灭火作业。13点9分,由无人机组成的加装好灭火剂的飞行编队已经准备就绪,13点10分,无人机编队依次从起降场起飞,奔赴火灾现场。13点25分,第一批次无人机5机编队即将抵达火场,,它们通过接收GNSS定位信号并比对机载地理信息数据库中的地形信息,结合预设的火场面积和灭火剂的用量标准,自动调整了飞临火场上空的速度以及队形。后续编队无人机则根据拍摄到的火场照片,自动分析火情,并根据获得的实际情况进行飞行路线、飞行速度和高度的自动调整。终于,在多个批次无人机编队的轮番“协同精准轰炸”下,火势得到控制,整个火场腾起一股股夹杂白色蒸汽的浓烟,13点40分,根据无人机传回的红外图片分析,只留下部分余火未灭。13点55分,由飞行控制服务室指挥,消防队员通过无人机编队悬停索降的方式进入火场,进行最后的余火和余烬清理。

    14点20分,飞控室接到前方火场消防队员的报告,火已被扑灭。大堂里顿时响起了阵阵掌声。一位中年指挥员盯着飞控室大屏幕上的大兴安岭3D全景地图,感慨万千!

故事二:无人机编队海上搜救

   2025年9月18日10时,一艘载着60名中国游客的大型豪华游艇开始从黄岩岛返航,艇上的人都很高兴和满足,因为在过去的一周里,他们不但看到了黄岩岛附近光怪陆离的珊瑚礁,品尝了美味的海鲜。还乘坐潜水器下潜到海底,在探照灯光的帮助下和各种奇形怪状的海底动物打了个照面。然而,就在大家在甲板上兴高采烈的谈论着此行的收获和感悟时,他们并不知道,在回程的路上,一个台风正在形成。9月18日下午15时,游艇遭遇台风,巨大海浪迎面而来,船舱进水严重,动力系统失效,供电系统部分故障,随时可能沉没。船长启动应急预案,安排游客穿戴好救生装置后弃船,并同时发出紧急求救信号。15时3分,西沙市在接到求救信号后,考虑到出事海域气象条件恶劣,不适合派遣空中搜救力量,只好紧急调派海上大型搜救艇赶往事发区域,与此同时,西沙市负责人向中国南海舰队发出求援信号,15时5分,得到中央军委紧急指示,正在南沙执行任务的航母“湖南号”开始全力赶赴事发区域,而航母携带的数百架舰载固定翼无人机也开始做起飞前的一系列准备工作。

    16时,第一批次10架舰载固定翼无人机弹射起飞,消失在茫茫的海天边际线。16时40分,第一批次无人机到达指定事发区域上空,并按设定程序自动下降高度,开始编队巡逻搜索。17时40分,第二批次15架无人机到达,在和第一批次无人机交换信息后,无人机立即开始编队搜索另一相邻区域。18时30分,无人机捕捉到游客随身携带的应答器信号,锁定其具体的经纬度位置,并将信息通过卫星实时回传给“湖南”号上的指挥中心。18时35分,在得到落水游客的精确位置后,西沙市派出的海上大型搜救艇也赶到事发海域,并将游客一一救起。至此,整个搜救任务完毕。由于救援及时,除一名游客失踪以外,其余游客均得以幸存获救。