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燃料電池昆蟲間諜

文章來源: 赤浪綠色新能源網 發布時間: 2013-10-31 16:13:56

 

安裝上芯片的“甲蟲”

未來的某一天,當你站在窗前欣賞窗外的風景時,一只蚊子可能會在你周圍拍動著翅膀發出嗡嗡的響聲,你要當心了,因為它有可能是只“間諜蚊子”。目前,美國軍方正在利用仿生學原理研制此類微型飛行器,用來刺探敵情、偵察地形以及拍攝照片。

難被察覺

忘了那些目前正在追蹤恐怖分子的又慢又吵的無人機吧,想象一下一大群微型無人機在敵方無法察覺的情況下隨意進出防空系統層層布防的敵方領空的情景吧——這就是美國空軍設想的未來場景。

為了實現這一目標,美國空軍要求無人機生產商研發更多的微型飛行器——納米無人機,這種無人機可以遠距離飛行以對敵方進行偵察。

美國空軍一位官員表示,這些像昆蟲一樣大小的監視無人機尤其可以在太平洋地區發揮巨大作用。

早在2007年,在一次反戰示威活動上空盤旋著一群怪誕的飛行物,這招致人們對美國政府涉嫌秘密研發昆蟲無人機的指責。官方的否認以及昆蟲學家有關它們實際是蜻蜓的說法,都未能平息人們的猜測。

接下來的一年,美國空軍揭開了昆蟲大小間諜飛機的神秘面紗,聲稱它們“微小如大黃蜂”,難以被發現,并可飛入建筑物中“進行拍照,錄音,甚至襲擊抵抗分子和恐怖分子”。

研究表明,基于昆蟲結構力學可以設計出微型飛行器,能夠在戰場上空盤旋執行偵察任務。科學家們從那些經過千萬年進化具備了完美飛行條件的動物身上獲得了啟發。

長期以來,美國國防部高級研究項目局一直在對納米-仿生微型無人機的設計方案進行研究。研究人員現在研發出的仿生無人機,有蟲子的眼睛,蝙蝠的耳朵,鳥的翅膀,甚至還有蜜蜂的絨毛等,以感知生物、化學和核武器。

載重量提升

目前,美國研制出的納米無人機平臺主要有三種:固定翼、旋翼及撲翼式。

早在1996年,美國國防部高級研究項目局就同航空環境公司簽署了一份研制合同,進行制造微型無人機的可行性研究。該公司隨后制造出了“黑寡婦”固定翼微型無人機。這種無人機采用飛翼式布局,整體形狀為長方形,翼展15.2厘米,重量不到85克。該機前部裝有螺旋槳,靠電池帶動電動機驅動。該機采用無線遙控方式,可連續飛行30分鐘,飛行半徑1.8公里,機上裝有一部攝像機和傳輸設備。

隨后幾年,航空環境公司還開發了這種無人機的鋰電池和燃料電池版本,載重量和飛行距離都有了很大提升。

而在旋翼機方面,美國Lutronix公司曾研制出一種微型旋翼無人機。該機續航時間為30分鐘。可以采用單旋翼和對轉雙旋翼的不同類型。基本型直徑為10厘米,重316克,有效載荷大約100克。美國賓夕法尼亞大學GRASP實驗室在2012年也展示了像蜂群一樣成群飛行的由20架納米4旋翼無人機組成的同步飛行陣列。

目前,絕大多數飛行器都依靠水平旋翼或者螺旋槳來提供動力,這限制了它們在狹窄空間里活動的能力。而撲翼式無人機通過模仿鳥類或昆蟲的飛行方式,可以解決這一問題。2011年,美國航空環境公司推出一款名為“納米蜂鳥”的撲翼式無人機,堪稱仿生機器人的典范之作。該無人機外形酷似蜂鳥,長僅16厘米,重量不及一個5號電池。“納米蜂鳥”無人機的翅膀像紙一樣纖薄,每秒鐘能拍打20-40次。通過改變翅膀的角度和形狀對飛行姿態進行調整,它在空中的盤旋時間能超過11分鐘。這個小巧的“蜂鳥”身上安裝有微型攝像機和遙控裝置,可以從窗戶或其他小開口飛進飛出,可用于室內外偵察。它在空中十分穩定,即使在強風中也具有良好的操控性。

此外,美國還研制出了一種“納米蜻蜓”。這種無人機翼展僅有5厘米,最高飛行速度為每秒15米,可以連續飛行15分鐘。機上安裝有電子元件、電池、攝像機、控制器等。

難關

成為真正的間諜機還需時日

美國的傳統盟友英國曾在阿富汗戰場上部署了一種名為“黑色大黃蜂”的納米無人直升機。該機長約10厘米,高約2.5厘米,重量僅有16克,航程約為800米,最大時速為每小時35公里,可連續飛行30分鐘。這種納米無人機安裝了微型攝像機,可以將拍攝到的畫面即時傳送到手持式控制終端。它可由軍人遙控飛行,也可以在輸入坐標后自行飛到目的地。

不過,盡管納米無人機可以做到“隨風潛入夜,偵察細無聲”,但要真正突破防空網潛入偵察,這種無人機還面臨著重重難關。

難關1 飛行時間

由于納米無人機體形小巧,使其搭載的電池的體積和容量有限,導致其飛行時間和航程較短以及有效載荷較小。已面世的納米無人機的航程從幾百米到數公里不等,僅能執行戰術性的戰場偵察任務。未來使用燃料電池等下一代電池技術或利用機身天線接收地面傳送的微波能量的方式能夠擴展無人機的航程,但要成為真正的間諜無人機,還需要技術方面的突破。

難關2 保持航線

納米無人機體積小而速度低,機翼載荷很小,飛行更像小鳥和大昆蟲,幾乎不存在慣性,很容易受到不穩定氣流,如城市樓群中的陣風以及風雨的影響。在這種情況下如何保持其航線,并可執行操作人員的機動命令,是飛行控制方面的一大挑戰。

難關3 遠距離通信

此外,納米無人機要執行偵察或間諜任務,機上必須搭載各種偵察傳感器,如電視攝像機、紅外、音響及生化探測器等。這些都必須是超輕重量的微型傳感器,因而部件小型化是傳感器技術發展的關鍵。一旦飛到空中,納米無人機需要保持它與操作人員之間的通信聯系,而這種無人機的尺寸限制了無線電的頻率及通信距離,如何實現遠距離通信也成為納米無人機未來發展道路上的主要挑戰之一。

不過,仿生納米無人機技術正在突飛猛進,也許數年之后,爬到你身邊的蟑螂或飛進室內的蒼蠅竟然是來竊聽和竊照的間諜;也許當你聽到落在窗前電線上的鳥兒在歌唱時,它可能就是一個正在把鏡頭對準你的機器人!

信息來源:山西晚報

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