作者：胡承健
核心提示：我16岁作为知识青年从杭州支边下乡到宁夏修理地球,与农结缘至今已48年,现在美国UnitedStatesSugarCorporation从事甘蔗品种管理和
我16岁作为知识青年从杭州支边下乡到宁夏‘修理地球’,与农结缘至今已48年,现在美国United States Sugar Corporation从事甘蔗品种管理和育种工作,农业成了我的终身职业。我还有一项终身爱好 ━ 航模,那始于50多年前我上小学时。
1976年参加了由国家体委和总参举办的全国航模工作者会议后,我申请并承担了宁夏科委下达的“农用遥控飞机超低量喷雾”自治区科技攻关项目,并完成了飞机的设计、制作和试飞。由于工作变动, 此项目未能继续。以今天的眼光看,当时研制的飞机是落后了,但这很可能是中国农用无人机的的首次尝试。在世界上我亦尚未查到更早的报道 （不包括70代初无人机飞喷灭蚊试验）。到美国数年后我又重启旧爱,用业余时间设计、制作了多型农用无人机,用于航拍作物生长,湿地保护,采集空中病菌孢子样本, 飞喷除草剂,杀虫剂等。终身职业和终身爱好使我对无人机在农业上的应用有了特别的关注和感情,在此愿分享我对农用无人机现状与发展的了解和想法。
一、国外农用无人机现状与发展
农用无人机就机型可分成固定翼和旋翼机两大类。它们各有所长,应根据地域和作业要求确定机型。当前的现状是旋翼机多于固定翼机。日本的RMAX是其中的佼佼者,也是被别国复制最多的机型。
按功能,农用无人机可分成农事操作和农田信息搜集两大类。农事操作即用无人机来代替某些人力的田间作业,以解决劳力不足,效率偏低,质量不高,作业人员安全等问题。比如喷洒农药、微量元素叶面喷施、播种等。这类无人机最好是专用型的。农田信息搜集,即用遥感技术及时准确地收集农田信息,其范围小至叶绿素含量,大到作物群体生长,土壤湿度等。这是是精准农业 (Precision Agriculture) 的核心技术之一,是一个新的领域,而无人机是这个领域不可或缺的主要工具之一。相对于有人机,无人机作为遥感设备的载体,具有成本低,机动灵活,使用方便等优点,还可弥补卫星遥感的不足。从事农田信息收集的无人机可以是通用型的。其应用难点是如何对遥感信息作出与作物生长/土壤情况相对应的定量分析从而来指导生产实践。
当前国外农用无人机规模化的商业应用寥寥无几,日本是第一个,遥遥领先其它国家。亚马哈（Yamaha）于1983年根据日本农林水产省的要求开始研发农用无人机,其无人直升机RMAX自1990年进入市场(之前有R-50),到2003年无人直升机在日本的飞喷面积首次超过了有人直升机。据2010年统计,无人直升机飞喷覆盖率已达到全日本农田的30%,其中RMAX占90%以上。此外韩国亦已起步。我看到国内一些关于无人机的文章说,在美国等西方发达国家已普遍应用无人机于农业。这是一个错觉,实际上,目前欧美无人机在农业上的应用都处于试验或零星使用阶段,更无商业化生产的农用无人机。当前美国对无人机在农业上应用的研究基本上集中在精准农业即农田信息收集方面。至于无人机飞喷试验极少,其原因是在可预见的将来没有可观的市场。这和国情有关:第一,美国使用有人农用飞喷机(Crop duster)，其数量完全满足市场所需;第二，对于大片农田,就目前而言有人机飞喷比无人机高效经济。
国际无人机系统协会（Association for Unmanned Vehicle Systems International AUVSI）已将无人机在农业上的应用列为无人机系统三个重点开发的民用领域之一。而且认为无人机在农业上的应用将占无人机民用市场的80%。AUVSI 是世界上最大、最有权威的无人机系统（包括空中，地面，水下无人机）学会。该学会下设了一个精准农业委员（Precision Agriculture Committee）我是9人委员之一。
二、对中国农用无人机发展的几点看法
中国无人机近几年发展迅猛,这是广大无人机工作者辛勤努力的结果。作为一个长期的关注者和实践者,我敬佩他们的开拓和敬业精神。我亦非常羡慕他们,因为中国政府对农业的重视（连续十年,中央一号红头文件都是关于农业的）和中国农业对无人机的需求远高于美国,农用无人机在中国前途无量。相对于其他行业，农业有其特殊性。尤其是在中国这样一个幅员广阔,农业条件千差万别的国家。需要我们深入了解农业和农村的特点,将无人机这一现代技术和农业这一传统产业有机地结合在一起,因地制宜,开发出适合中国农业的经济实用机型。这在农用无人飞喷机的设计上尤为关键。
可喜的是当前在国内已有很多无人机农田飞喷试验和局部应用,但几乎都是直升机,不知是否受日本的影响。中国和日本农情不同,北方农牧区土地之广阔,平坦是日本无法相比的。在这些地区使用固定翼无人机会比直升机更高效，快速，低成本。我曾和美国一有人农田飞喷机公司的老板/飞行员谈过, 他说直升机飞喷的成本要比固定翼机高4–5倍,而且要比固定翼机慢得多。这也是我一直专攻适合中国农村的固定翼无人飞喷机的原因之一。过去几年，我设计制作的CH-P系列原型机，在美国做过实用飞喷除草(特殊地点)，在中国南方,北方的蔗田,桔园,稻田等分别做过模拟试喷和实喷试验，效果都不错。
除了飞喷,对无人机遥感收集农田信息这一块的研究应给于极大的注意和加强，以提高农业管理及操作的精准性,科学性，经济性和环保性。目前有关这一领域的研究似乎相当薄弱。
对研发固定翼农用无人飞喷机来说，要着重于优越的超低空性能，快速爬升机动能力，大载重比及在农村土路上优越的短距起降能力，而不是飞得高,快,远。以我设计制作的CH-P08无人机为例，自重23公斤，有效载荷12公斤。自重和载重之比不到2:1，作业高度3–5米。遇田头防护林可以近80度角瞬间爬升趋避。该机在不平整的土路和小石子路上满载起飞滑行不超过25米，降落使用襟翼和空中刹车，滑行距离亦大致如此。滑行道可窄至4米。现在有些农用无人飞喷机并非为农业量身定做，而是万金油式的，这就难于充分显示农用无人飞喷机的优越性。举例来说，要搞轰炸机就必须以轰炸为主功能来设计。你不能要求轰-K6能与F-16在空中缠斗。要搞潜水艇就必须以水下战斗力为主来设计。你不能说我这潜水艇还能在水面与驱逐舰对抗，你是能打一下，但能打赢吗？在这一点上，日本的做法值得我们参考。RMAX之所以非常成功，原因之一它从开始就是瞄准农业的需求而设计并改进的。
经济性和耐劳性是农用飞喷无人机研发不得不首先考虑的。农用无人机的市场是农业/农村，服务对象是农民。军用无人机的市场是军方，服务对象是国家。这两者在资源拥有上有天壤之别。农用飞喷无人机若要大面积推广，根本点在八个字 “农民用得起，用得好”。因此农用无人机的经济指标， 农民的投入与产出之比是商业化大量使用的关键所在。这一点我在美国也反复强调并获同行认可。我提出耐劳性是因为其非常重要又尚未得到足够的重视。有人农田飞喷机一天要飞几十个架次，而且很多是在农村土路上起降。无人机也应参照同样标准。因此在在翼型选择，机体气动设计，结构强度和动力配置上要适应密集的,高强度的短距起降。助推,弹射,汽车助跑,伞降等起降方式因费时均不适合固定翼农用飞喷无人机。以CH–P08为例,载12公升农药,作业飞行速度约100公里/小时,喷幅5米。超低量(ULV）喷施按理论计算覆盖率达750亩/小时。除去拐弯,起降,重装等因素，有效覆盖率约在150–300亩/小时,若以一天8小时,32个起落算可喷1200–2400亩。另外过多的机组人员,过长的飞行前准备时间都不符合经济耐劳的原则。我们每次飞喷试验，机组就两人。到现场后能较快地进入飞喷。农场领导在观看了CH-P08和另一旋翼机的飞喷试验后说“还是这个好,简单方便,快”。当然CH-P08还有不少改进之处。比较理想的,也是我想做的是有效载荷20–25公斤,在不窄于5.5米的土路上起降距离不超过30米。一天能覆盖2000–4000亩。如果载重量在50公斤以上,成本以及对跑道的要求会有较大幅提高。
感谢东龙杯征文赛使我有机会通过这样一个平台阐述我对中国农用无人机的一些想法,抛砖引玉,和大家共同探讨,如能对国家农用无人机的发展尽到绵薄之力,心愿足矣。
