无人机发展研判与应用前瞻

2023年11月19日，应邀参加联合国外空委观察员组织国际和平联盟（太空）与中国宇航学会、中国高科技产业化研究会、中国遥感应用协会、中国电子商会共同主办的空间技术和平利用国际研讨会（IPSPACE2023）之“通航、无人机发展与低空经济”分论坛，并做《无人机发展研判与应用前瞻》的发言。感谢论坛组织方将发言录音整理成文，发布时将题目定为《240年前开启的空天文明史，正在进入最贴近大众的新维度——低空无人机》。我也将其贴在这里，仍用原题名，对个别语句做了些微调，更改了几处同音错字。该论坛发言如下：   很高兴参加“2023年空间技术和平利用（健康）国际研讨会”，在“同一个太空同一个家园”的旗帜下，我们汇聚在一起，探讨空间技术和平利用。

无边无际的空间是没有物理界限的，我赞赏在这个宇航学会为主组织的国际研讨会上设置“通航、无人机发展与低空经济”分论坛。李健局长刚才的演讲非常好，他是一位实干家，讲了很多实在的东西，按照会议组织方对我的要求，我从科学技术的进化、航空航天的关系角度，谈谈自己的认识。

今年是世界航空航天史上很不寻常的一年，对应着若干个重大历史事件。240年前（1783年），法国蒙哥尔费兄弟制造出热气球，标志人可以用人造装置升空，从二维空间变成了三维空间的智慧生物。又是一对兄弟，美国的莱特兄弟，在120年前（1903年）发明了载人的、有动力的，最重要的一点是可控的飞机，开启了现代航空的大门。也是在这一年，俄罗斯的齐奥尔科夫斯基发表著名的论文，指出利用喷气装置可以进入宇宙空间，具体推算出如何能够达到太空高度。1926年，终身穷困潦倒的美国的戈达德，制成人类历史上第一个现代液体火箭。戈达德是真正的“火箭之父”，他有一段话极富哲理：“不要说什么是不可能的事情，因为昨天的梦想就是今天的希望，就是明天的现实。”梦想果然成真了！借助运载火箭，1957年第一颗人造卫星升空，1961年苏联的加加林成为第一个太空人，1969年人类的足迹就登上了月球，从而开辟了一个新的航天时代。航空、航天合并在一起，构成了一个伟大的人类现代科技文明奋斗的新篇章。

现在，尤其是中国语境下，有一些夸大了航空航天的不同，我在各种场合宣传航空航天的相同点。什么相同？就是航空航天的本源驱动力是兴趣、好奇，加上一个不甘。人类这个生物很有意思，不甘于满足现状，总想改变现状。靠什么飞起来呢？就是这三条：克服生理限制、制造人造装置、克服星体引力。这三条是所有航空航天奋斗的根本动力。

大家看看这张黑色背景的图，最中间的黄点是太阳，黄点边上一个看不到的小点，所有飞行轨迹的起点，那是地球。20世纪的六十年代、七十年代、八十年代是航天事业的辉煌年代。图上标着的都是活动的年份，到现在，有了近万颗人造卫星，还有登月和深空探测。在数百具深空探测器中，有两款“先驱者”，已经失联了；有两款“旅行者”，还没有失联，但已经失控。它们在天上飞了40多年了，仍然没有飞出太阳系。

人类要如何去不断拓展自己的空间？尤其是和平利用空间，这是一个没有尽头的事业。但是，起点是什么呢？目前唯一的路径是借助现代火箭，从地表开始我们的飞行活动，分别获得第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度，形成三种飞行状态——人造卫星、人造行星、脱离太阳吸引的深空探测。

这张幻灯片上的两个图放大以后很清楚，就是我们人类到现在做了多少航天活动了。右边的那个图是两款“旅行者”飞行的轨迹，在40几年飞行中的重大节点都一一标志出来了。

刚才李健局长讲到了无人机从“军到民”的溢出效应，无人机的发展经历百年进程，“由军向民”，到了现在是“军民并发”，我这里列举了几个重大里程碑，与我最后小结时说到技术发展的研判和应用前瞻是相呼应的。

现在人类所发展的所有航空器都在这张表上列着，也包括弹箭，就数量而言，绝大部分弹箭在大气层飞行。现在，一个新的情况出现了，这就是无人机可以覆盖全部的航空器品种！只不过有的还没有研发出来，比如无人地效飞行器，其他全都有，而且所有都是有人、无人两个品种同时并存和同时向前发展。

我们的航空从一开始做模型（包括自由飞模型），到实现重大提升，就是能够载人了，因为航空器作为交通运输工具，要载人。人本身要迁徙，人本身要流动，人是社会经济活动的主体。于是很快就有了有人机的辉煌，到现在，航空是有人机的辉煌，但是从有人机诞生到现在，在创造一个一个纪录的同时，也把人本身在航空器中所遇到的生理制约，如抗过载能力以及由于复杂人机界面而占用大量几何空间、消耗宝贵机上能量等问题暴露出来。   我在这里列了三个我们引以为傲的重大发展，突破声障、突破热障（大约在2.02马赫数时空气摩擦产生的机体的加热就不能忽略了），第三个是高度速度突破，是X-15在20世纪六十年代末创立的，高度是108千米，已经超过卡门线了，被称为“驾着飞机的太空人”，速度6.72马赫数，大约是7200千米/小时，了不得啊！都是以生命为代价做出的。但是它证明了科学原理，就是航空可以达到这么高！现在很多人不知道，很轻易地把航空高度压得过低，比如12公里、18公里，慷慨一点给20公里，这是不对的，这不符合原来航空航天固有的科学概念。

这张幻灯片上我贴了“美丽的地球”这张图片，下面用了一段冯卡门自传中的话，回答航空航天的分界线。从地表向上，大气层大约1000-1200千米厚，但即使到了那个高度，还有空气分子。为了科学研究、为了工程研发的需要，人为把它分成了5层——对流、平流、中间、热、散逸层。在科学意义上，太空是1200千米之外甚至3万千米以外，但在工程意义上，钱学森的老师冯卡门经过计算并且被工程实践验证的100千米高度，被称卡门线，是航空航天的分界。从地表到卡门线是航空。不要争了！不要再制造一些不必要的混乱了，至于航空现在能不能达到，大量民用航空器达不到，那是另外一回事，但是分界就是这么分的，卡门线之上是工程意义上的太空，也就是航天，航空、航天就是这么分的。

现在用的一个非常多的词是“临近空间”，不太好，第一是名字不太好，应该叫“近太空”，还有一个不好是把近太空的高度范围拓展得太宽了，很多书上说20-100千米，但是这么说是不对的，我主张覆盖中间层，恰好在50千米左右，中间层的下端，也是电离层的开始，它的物理特征非常明显，这样一来概念就很清楚了。我们读读冯卡门自传里那段话：至于太空，我们应该定为多高呢？根据太空飞行器的飞行速度和飞行高度就能够确定太空的起始位置。到了9万米高度时，由于不再有什么空气产生足以支撑飞行器的升力，靠离心力支撑飞行了。在边界上，空气动力学无效，航天学特别是轨道运行学开始发挥作用。可以把这个高度作为法定分界线。“卡门线”就是这么由来的。重要的还有这么两句话：“分界线以下的空间属于每一个国家，分界线以上为自由空间。”何其经典的一句话，搞航空航天的人不能不读这句话，这句话应该牢记心间。   回到我们今天的主题，讲无人机，无人机具有空天融合的天然优势，我后面还要特别再讲讲为什么有这个认识、这个认识为什么如此重要。为了帮助大家更好认识独特空间中无人系统的独特需要，我们来看看卫星的轨道划分，卫星百分之百是无人飞行器，三种轨道——近（LEO）、中（MEO）、高（HEO），我在这儿分别列了高度，认识不尽一致，但基本相同。太空站也就是大家耳熟能详的空间站在300-500千米之间;大部分科学卫星在200-300千米，比较低;导航通信比较高；照相卫星更低。现在，所有航天器里能够带来即刻经济回报的只有卫星，没有别的，别的都是非功利的，都是为了认识宇宙和为了认识人类自身，为全人类、为未来做贡献。

我们都知道，20世纪六十年代有了航天飞机，航天飞机的伟大成功和意义毋庸置疑，特别是在天上没有人的情况下，很多干不了的事有人去干了，在我的头脑中永远铭记人工修复哈勃望远镜，有人超过了无人的功能。但是整体来说，航天飞机不会再原封不动回到人们的生活中来了。倒是像这样的无人系统，有人叫它“迷你新空天飞机”，特别值得我们关注，就是美国的X37B。秘而不宣，信息不太多，我梳理了6次以来的大概情况，最长一次在轨908天，重要的不是在轨的天数，而是在轨干什么。

中国也做了类似这样的试验，今年2月返回，新华社报道了，字少，但信息量大，人们没看到或者不知道它的伟大意义，那是航空、航天联袂的一个伟大成就 。出于保密原因，不能多说，大家都应该知道中国有类似X37B这样的无人飞行器。

我们再回到无人机，李局长刚才说到它的基本概念，这张图是参加6月28日正式公布的《条例》讨论会时，绘制的“无人机分类逻辑”。航空器按照有人驾驶、无人驾驶就是两类，无人驾驶中又有三类，这是国际民航组织确立的第一层概念，分模型航空器、遥控航空器、自主航空器。在自主没有达到之前，不要轻易用UA、UAS、UAV，都不要用，而用RPA。遥控和自主两个加在一起就是无人机。称无人机，全世界现在用的最多的是“drone”这个词，源于一个法语词，比如无人机战争，drone war等。再往下分，我们中国的分类是两大类——军用、民用，军用的也可以叫“国家无人机”，民用原来只有消费级和工业级，我主张把载人级单列！把载人级放在工业级和消费级里都不太妥当，它有极高的安全性要求和相应的伦理性要求。所以可不可以讨论，分成这样三类，但这并不是实质性的。

还是佐证刚才李局长说的UA、RPA概念，还有，我没有特别说到美军，美军从二零一几年开始在它的官方文件中都不用UAV、UAS，而都用RPA，文件里用RPA，连标题中都是。我们中国用“无人机”这个词是很好的，把“遥控”和“自主”加在一起。

全世界军用无人机分类，无外乎是这几种——信息、攻击、察打一体、空战、靶机。美国空军和西方为主的分类，是按质量、高度、空速综合起来分的，就是小型的和遥控的，小型的有可能先变成UAS，这是个基本认知。

这张图表是我综合了各个方面的意见，所有无人机的六种分类方式。这是6月28日正式发布的我国的《无人驾驶飞行器飞行管理暂行条例》的核心内容，五大类：微型、轻型、小型、中型、大型。农业用的，同轻型，给予更宽松的管理。“两级”是国家和民用，这个没得说；“三类”是开放类、有条件开放类、管控类、“五型”是按照飞行安全风险，以重量为主，结合高度、速度、无线电功率、空域保持能力等要素，共“五型”。大家应该学习和贯彻，已经发布了，明年1月1日起正式执行。

从广义来说，无人机到底是什么样的演进规律？我把它总结为“从3D向3N发展”。“3D”是Dull（冗烦）、Dangerous（危险）、Dirty（肮脏），现在还是这样，在“3D”场合首先无人机冲锋在前。但事实上，无人机能力已大大超越“3D”，可以称为“3N”——新边界、新速域、新领域（也叫新应用场景），军的、民的都出现这样一种状况。现在为什么是RPA？就是人工干预，包括程序控制的。所谓自动的，仍是人工干预的。在这种情况下，我们需要研究到底无人机有多大的潜力，无人机为什么能够取代有人。

我提供一些数据供大家做参考，人和机器的反应时间对比。过去我职业生涯主要是搞军机，说到军机、战斗机，认为无人驾驶不可能代替驾驶员，驾驶员眼观六路，耳听八方，能快速在复杂场景中做出最核心、最重要的判断。现在看来，这个观点不对了！为什么不对？大家看看这个反应时间，人类搏弈思考的能力、指控战术生成一般要求10秒，人类的作动反应能力是100-200毫秒，人的图像反应时间是低于24每秒帧数的。但是现在人机显示交互的从工程设计到最终实践，已经大大超越人了！飞机的飞行控制律一般每10毫秒迭代计算一次，控制系统的传感器信息采集、数据解算等任务的时间延迟一般不超过10毫秒。总起来看，机器响应时间远快于人类，而且它没有人因元素，没有体力、精力分配问题，所以机器替代人、无人替代有人成为不可逆转的趋势。

有几款特别著名的无人机，比如美国的X47B。在人类历史上最危险的职业排序的第二名是舰载机驾驶员，现在X47B可以替代了。无人加油机也成了，明后年可以列装，航母的空基装备作战能力将有重大提升。当然，中国的军用无人机也干得很漂亮，已经公开的，一个是无侦-8，一个是攻击-11，攻击-11很像最近首飞的B-21，但是我们是无人的，个头比它小，但是用的技术一点不比它低。还有两款著名的无人机，翼龙和彩虹，在世界上排在前几名中。

刚才说到航空产业，李局长特别说到了公共运输和通用航空，它们两个的区别在于公共运输是没有附加条件的航时、航班、航线大体固定，由运营公司操作，只要有钱，可以向全民和机构提供公共服务，剩下的非军的民用航空都是通航。很遗憾，我国的通航起步不晚，但发展比较慢，很著名的2016年38号文中提出的2020年目标都没有完成。但这是政府对市场的策划，是鼓励我们努力奋斗的目标。现在形势大好，民用无人机的应用已经造成了通用航空的“中国现象”，我用了3个关键词——场景扩大、用量剧增、放管结合，刚才李局长列举了到2023年8月的几个最新的数据，无人机在通航中的作用越来越大，业绩越来越好。

在这里我和大家分享一下AAM先进空中交通中的无人机应用。最早是UAM，就是城区空中交通。现在的AAM覆盖UAM，也覆盖农村空中交通RAM，覆盖区域空中交通IAM，郊区、农村和难以达到的地方，需求更强烈，基于这样的认识，从UAM扩展成了AAM。在2023年3月17日白宫发布的美国《国家航空科技优先事项》中，专门点出优先发展小型无人机，就叫“SmallDrones”（它没有用UAS），点出了AAM，还特别点了eVTOL、eSTOL，eSTOL是电动短距起降，还有其他高度自动化的电动客货用飞机，这里引用的都是文件里的原话。由此可见，打“飞的”不是梦，有了这样一种国家导引。

AAM中最早引起关注的是UAM，摩根斯坦利对世界和中国的市场做了预测，按年份的市场容量预测图，可供大家参考。我比较信任这种预测，为什么呢？我是反证法，在对过去出现的诸多新事物的欢迎程度、认可程度上，我基本是保守主义者，也包括航空。现在反思，只要这种市场预测是有根据的，一定要重视，要在可信的市场预测下，进行各种研发活动和产业开发活动的策划与运作。

2023年10月10日，我国工信部等四部委联合发布《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035）》，这个《纲要》里最出彩的就是提出“新领域新赛道”。新领域新赛道就是聚焦无人机，聚焦新能源垂直起降航空器。

现在全球eVTOL概念构型超过750种，大体是四类：第一，矢量推力构型，倾转旋翼、倾转涵道风扇都是。第二，复合翼构型，有旋翼和前拉螺旋桨。第三.多旋翼构型。第四，单旋翼构型。后两种也可以看成一种，就是旋翼构型。各种构型，中国的无人机公司都有涉足，如垂直公司、零重力公司的矢量推力，峰飞公司的复合翼构型，亿航公司的多旋翼构型等，中国在这些构型中都做得相当好；也包括无人直升机，体制内厂所也干得很漂亮。

我特别要说说亿航这件事。美国有一家咨询公司对亿航业绩提出异议，说他们的订单有虚假成份，而且真的让亿航的行情有了一点跌落。我觉得这不奇怪，所有订单都是动态变化的，我相信CAAC、相信亿航。给亿航这款载人无人机授予TC证，其意义是很重大的。第一，全球新品种诞生了——载人无人机，第二，一个新赛道被开辟出来了，第三，一个新的应用场景被大家认可了。最后一个是最重要的，中国民航适航当局在工业部门的支持下，再一次增加了自己在国际适航领域的话语权。在面对波音737MAX空难时中国民航局的表现就非常好，这一次则是正面的，进一步表明了巨大的进步。

最后，作个小结，首先是无人机发展研判，我认为100多年来无人机的发展是“三次跨越、三次提升”：第一次，从被动到主动，所谓被动是当靶机，逐步向执行主动任务的能力发展，从被动到主动持续40年左右。第二阶段，机体低成本和开源飞控带来了发展热潮，从上世纪八九十年代开始，一直到本世纪第一个十年。现在处于第二个十年到第三个十年过渡期，新能源和AI技术的应用，将使无人机能力产生革命性提升，导致无人机发展进入第三个高峰期。

为了实现第三次提升，要干哪些事情呢？我列了七件：1.新能源新动力。2.人工智能技术应用和嵌入。3.自主控制技术。从自动到自主，是技术的大跨越，渐次提升有三个层级，从执行性到程序性再到决策性行为，我们正处在第二到第三层级的提升。4.任务能力增强。平台与载荷一体化、航程与航时延展、载荷多样化高效化。5.多项使能技术。6.融入国家空域系统。包括检测规避系统及命令控制的连接。7.安全性标准与伦理性规则制定。包括适航的审查和管理。

最后一点小结是无人机的应用前瞻。无人机到底能应用到什么程度？我的看法是“无可估量，没有边界”！一定是广谱场景下应用的全覆盖、全替代，以及为满足各种新应用场景需要、超越有人驾驶能力的新创造。包括以下三个方面：

第一，航空航天联手开发近太空和极限低地球轨道这个高度范围的无人飞行器，就像X37B一样。网上有很多这样的信息，但不够科学和严谨，比如亚轨道不是轨道，它是一种飞行状态，但是这个高度范围有独特性。因此呼唤空天融合的新无人系统，构型像航空器，但是控制的原理是航空航天相结合的。好在航空航天走到今天，基本的动力样式都是喷气，航天的火箭是喷气，航空燃气涡轮发动机也是喷气的，所以完全可能开发出新空天融合的无人系统，这是第一件事情。

第二，军用无人机全面取代有人机，对美国B-21的看法见仁见智，我认为，只要大型军用无人机的特殊性问题解决了，跨高度域、跨速度域飞行器研发取得实质性突破，像这种突防式轰炸机的作用与价值就会大幅稀释和降低。

第三，就是民用无人机，这是今天活动的主题，空间技术和平利用，和平利用空间；也是我们这个分论坛的主题，就是通用航空、无人机发展和低空经济。无人机发展与大量应用是通用航空的中国现象，低空经济的主流航空器样式是无人机。为此，新能源新构型新品种无人机的研发要继续大大加强，先进空中交通AAM系统中的载人载物无人机更要优先加强；不管是垂直起降还是电动垂直起降，主流样式一定是无人机。240年前开启的空天文明史，正在进入最贴近大众的新维度——低空无人机！   作者简介：张聚恩，1947年生人，自然科学研究员，航空科技专家。曾任中国航空学会秘书长、中国航空工业集团公司科技部长。现任中国航空学会常任理事，中国航空工业集团公司科技委顾问。

审核编辑：黄飞