原标题：从气球到螺旋桨，知乎专栏作者MR.城堡，讲述无人机的昨天、今天、明天

  “MR.城堡是不是太小看人啦？无人机是什么还需要说么？”一提起无人机来，脑海中马上闪过很多画面：

  看样子很像固定翼飞机有没有？实际上它却是二战时期大名鼎鼎的德国V-1飞弹。那么这样子的飞弹是否算作无人机范畴呢？

  既然是讲关于无人机的故事，总要把主角先找到才行，不然城堡里面大家聊了半天，连讨论的是谁都不明确也实在是说不过去了。

  中文“无人机”一词译自英文词汇“UAV（Unmanned Aerial Vehicles）”，按照该词，无人机可以定义为：无人驾驶空中飞行器。这里的“无人驾驶”并不是指绝对没人为操控或监控，无论UAV能够飞行多远还要在操作者的监控与远程控制范围下。因此“无人驾驶”更多是指无需在飞行器上配备驾驶人员，而能轻松实现远程或自动、自主控制。大家经常会看到另外一个描述无人机的英文词汇：“Drone”，该词汇在英文中用于表现“雄性蜜蜂（male honey bees）”飞行的嗡嗡声，并最终演变为雄性蜜蜂的特殊名称，并以此代指无人机突出其远程控制的特点。

  这下我们大家可以对无人机进行较为明确的定义了：无人机（UAV、Drone）是一种通过远程指令控制实现无人驾驶的空中飞行器。

  虽然作为大众电子消费品无人机出现的时间很短，但关于它的故事可是有些年月了。

  无人机很早就开始了自己的军旅生活，并在其中渡过了自己的大部分时光。1849年奥地利人用气球炸弹袭击过威尼斯，只是这种气球炸弹由于不能远程控制也没办法实现真正意义上的“驾驶”，只能算作无人机的年轻小表弟，但空中无人设备（奇怪的名字）慢慢的开始出现在实际应用中。

  1896年5月6日塞缪尔·皮尔庞特·兰利（Samuel Pierpont Langley）在华盛顿附近的波托马克河上采用弹射系统进行了自己设计的“Aerodrome”（没错，是drome）无人机飞机模型试飞。虽然它也无法进行“无人机飞行控制”，但相比于气球小表弟而言更加接近现代固定翼无人机的气动外形，而且它所采用的弹射系统也成为当今固定翼无人机的主要起飞方式之一。

  1898年，“了不起的特斯拉”（Nikola Tesla）在一艘名为“Teleautomaton”的船上实现了无线电远程控制（Remote Control）。当时人们以为特斯拉是通过猴子或者心灵感应来操控小船。虽然无线电远程控制被用在飞行器上还要等到1917年的“拉什顿·普罗科特”（不得不感慨“了不起的特斯拉”啊）出现，但无论如何，远程控制至此终于从“心灵感应”与“猴子控制”变为了技术现实。

  19世纪末期，已经具备了无人机所需要的固定翼外型、起飞弹射系统、远程控制，只差空中自动驾驶系统了。这时，值得每一位自动驾驶行业人员记住的一对美国父子出现了：老斯佩里（Elmer Ambrose Sperry）和小斯佩里（Lawrence Burst Sperry）,1909年老斯佩里成功研发了飞行器陀螺仪，小斯佩里随后使用陀螺仪设计了第一台自动驾驶仪并雨1914年实现飞行验证。父子斯佩里在无人机的发展中占有举足轻重的地位，因为正是他们第一次实现了真正意义上的无人机控制系统反馈环节。他们所献出的不止是自己的辛劳，小斯佩里在1923年底，横渡英吉利海峡的飞行过程中遇难。

  至此无人机所需要的所有技术组成部分都已完成（请读者特别从历史中注意无人机系统实现过程中的技术构成要素积累）。万事俱备只欠战争，“还好”人类好斗的本性不会让无人机等得太久。

  在第一次世界大战中，1918年美国研发成功了“凯特琳虫”（Kettering Bug）双翼无人飞行器。大家可别以为它真是个“小虫”，它由前文提到的老佩里斯设计，翼展4米，可携带85公斤左右重量的炸药，自动导航飞行距离达64千米-120千米（让很多今天的无人机汗颜有没有）。其系统结构设计中，通过陀螺仪（1914年由小斯佩里研制）和膜盒式气压表调整姿态与高度。可是这么远的距离，没有卫星系统如何实现远程定位和投弹操作呢？老斯佩里早为大家想好了，技术人员需要根据目标距离设置发动机转数，然后如果能够顺利飞过去，当达到发动机转数后直线坠落式投弹。听上去是不是很脑洞？确实，当时美军参谋认为这个小虫子给己方部队及盟友造成的威胁不亚于对敌军的威胁，因此只生产了45架且从未投入实战。

  1918年11月11日第一次世界大战结束，虽然由于自动驾驶技术还处于初级阶段，无人机并没有在一战中发挥直接作用，但它的意义已经开始被军方人员注意到，在第二次世界大战前，随着无线电射频发射技术的进步，采用无线电遥控操作的靶机被大量生产，一战与二战之间生产的靶机有12000多架，其中比较有名的如英国将老旧的“虎蛾（Tiger Moth）”双翼飞机改造为“女王蜂（Queen Been）”靶机，着实省去了很多维护成本。

  如果人类都是宅男就好啦，这样就不会有战争！可惜事实却不是如此，1939年9月1日爆发的第二次世界大战中，无人机开始真正投入战场。在无人机军事领域纳粹德国有相当建树，如1943年7月击沉罗马号战列舰的无线电遥控炸弹“弗里茨X（Fritz X）”，大名鼎鼎的V-1导弹，翼展6米，长约7.9米，能够携带850公斤炸药以600千米/小时飞行200千米，以及后来更为“卓越”的V2导弹。

  盟军在这个方面也有探索，比如著名的TDR-1攻击型无人机，该无人机由“洲际”飞机改装而成，需要一架护卫机跟随实现远程控制。护卫机中的控制人员通过TDR-1上所搭电视摄像机传回的图像进行操作。美国的“阿佛洛狄特计划”中，采用B-17改装为无人机，采用类似的控制方式对纳粹德国V1发射架进行打击，然而该无人机需要飞行员登上飞机，起飞在完成炸弹设置工作后跳伞离开，这样的操作模式对于飞行员有着一定的危险性，著名的肯尼迪家族长子约瑟夫·肯尼迪就在1944年执行任务时遇难。无人机此时实现了通过反馈更多类型的数据信息实现远程控制。

  第二次世界大战结束后，随着冷战的开启，及众多局部战争的需求，无人机在靶机，侦查机等领域继续发挥着重要作用。如冷战时期通过“战术如人机（无人侦察机）”带回前方照片，协助情报搜集或炮兵定位，比较有名的如美国特里达因·瑞安飞机公司生产的147BQM-34或称“萤火虫”无人侦察机，“火蜂”系列靶机；法国的CT-10、CT-20、R20小型战术无人机等等。

  这个是时期也不只是固定翼无人机一种，随着军队需求的推进，无人机机型也开始发生变化如80年代，美国汉军陆战队需要空中远程遥控装置（AROD）实现空中侦察和监视。桑迪亚国家实验室按要求开发出具备VTOL能力的首款涵道飞行器，该项目由于受限于当时的飞行控制技术，于90年代终止，但这个项目就演变为我们日后见到的涵道类无人机，比如霍尼韦尔公司的RQ-16。

  2001年9月11日之后美国进入反恐战争时期，此时无人机从战术侦查，诱饵迷惑等辅助任务向目标斩首等“侦打一体化”系统转变，比较有名的如安装美国通用原子公司MALE（Medium Altitude Long Endurance）无人机系统的“掠食者”无人机以及与其相对的HALE（High Altitude Long Term Endurance）无人机系统如诺斯普诺·格鲁门公司的RQ-4“全球鹰”无人机。

  同时在21世纪，随着MEMS技术的发展，便携式无人机慢慢的出现在人们的视野中，毫米级别的气压计、加速度计、控制芯片为无人机小型化提供了前提条件。与动辄几米长的大型无人机相比，这些小玩意更加容易隐蔽与携带。这类产品比较有名的如美国天空环境公司研发的RQ-11“渡鸦”小型固定翼无人机，翼展只有不到1.5米，飞行范围10公里以内，重量在2公斤左右，并且无需弹射。

  伴随着电子器件成本的降低与硬件功能的提升，使得诸如“狗仔队（Paparazzi）”这样的开源项目能够出现并在互联网上快速传播，这令无人机走进了更多人的生活。这些关于无人机的技术、算法不再停留于公司、实验室或少数科研人员手里，而是能够接触到众多的爱好者，工作者，创业者。在这些开放的软件、硬件资料中，无人机行业内外人士都可以分享、上传、下载自己的代码、硬件电路设计图等内容，随着参与的便捷性，无人机在无人驾驶技术上取得了快速发展，也形成了众多开源无人驾驶设备如MWC，APM，Ardupilot，Pixhawk等等。正是这种开放的精神让无数有需求的人受益，无人机很有可能是第一个实现真正意义上全面开源的行业。

  无论如何我们都处在一个从未有过的无人机技术开放时代，无数先驱通过毕生的努力积累下来的技术与算法现在只要在网络上点击记下就可以获得。然而我们最终是通过这种开放来实现技术的更快发展并创造更多有益的价值，还是将这些开放资料变成自己的私物进行掠夺抑或反而变得懒惰更加怠于思考与创造呢？这恐怕只有未来的人才能给出公正的评价了。

  本文原作者“无人机中的城堡”，通过维权骑士授权品牌馆授权转载。无人机中的城堡，控制理论与控制工程专业，无人机方向在读博士

  《城堡里学无人机：原理、系统与实现》主要内容有：无人机的故事、无人机的类型和控制方式、无人机的软硬件系统、无人机行业应用、以及学习无人机所需的基础技能和各种共享资源等相关知识。本书从原理、系统与实现三个角度理解无人机系统，深入浅出读懂复杂硬件与艰涩公式背后的逻辑，构建知识与实践之间的桥梁。返回搜狐，查看更加多