无人机
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早期无人机

尽管无人机进入民用市场并逐渐为人们接受是最近10年的事情,但实际上这项技术已经有一个多世纪的历史。早在1898年,塞尔维亚裔美国发明家尼古拉•特斯拉首次将无线远程控制系统使用于一艘微型船上。特斯拉在电磁领域有多项革命性的发明,被认为是现代电磁学的奠基人。

特斯拉发明的无线遥控船

1909年,美国发明家埃尔默•斯佩里发明了一种陀螺仪装置以控制飞行器的稳定性。陀螺仪是运用物体高速旋转时角动量很大,旋转轴会一直稳定指向一个方向的性质,所制造出来的定向仪器,这是现代惯性导航系统的前身。陀螺仪装置的发明解决了无人机飞行方向的问题,为无人机的诞生提供了可能。1916年,埃尔默•斯佩里和他的儿子劳伦斯•斯佩里得到美国海军的支持,开始发展一种所谓的“飞行炸弹”,而这其实就是现代巡航导弹的雏形。

埃尔默•斯佩里和他发明的陀螺仪

“飞行炸弹”最初的试飞并不顺利,直到劳伦斯想出将其固定在汽车上进行起飞的办法。劳伦斯在汽车上安装了一架发射器,当汽车行驶到一定速度后让“飞行炸弹”从发射器上脱离升空。1917年3月6日,改进过的“飞行炸弹”从汽车上直接脱离,飞到设定的900米以外,这是历史上动力无人机的首次成功飞行。不过这样的试飞显然不能让美国海军满意,他们希望看到“飞行炸弹”表现出更加优异的性能。于是,斯佩里父子又尝试将发射架设置在铁轨上试飞,不过“飞行炸弹”在之后的几次试飞中都表现平平,甚至多次坠毁。

无人机小知识

惯性导航系统的早期应用

惯性系统最先应用于火箭制导,美国火箭先驱罗伯特·戈达尔试验了早期的陀螺仪系统。第二次世界大战期间经德国人冯·布劳恩改进后,应用于V-2火箭制导。第二次世界大战后美国麻省理工学院等研究机构及人员对惯性制导进行深入研究,从而发展成应用于飞机、火箭、航天飞机、潜艇的现代惯性导航系统。

为了提高“飞行炸弹”起飞时的稳定性,斯佩里父子将其放在铁轨上试飞,取得了不错的效果。

与此同时,美国陆军航空队(美国空军前身)选择了另一名发明家——通用汽车公司研究部门主管查尔斯•凯特林的方案。凯特林很快组织起自己的研究小组,核心成员个个不同凡响,包括汽车业的传奇人物亨利•福特、福特汽车公司的首席工程师哈罗德•威尔斯和飞机发明者之一奥维尔•莱特等人。在观摩过埃尔默•斯佩里的工作之后,凯特林评价“飞行炸弹”过于复杂,从汽车业大规模生产的经验出发,他主张设计时应考虑到制作简单、造价低廉。为此,福特专门研制出一种功率为30千瓦的轻型发动机,批量投产后单价不超过50美元。莱特则负责设计载机,机身像流线型鱼雷,上下机翼带有10°的上反角以提高稳定性。使用材料主要为杉木和硬纸板,只装载80千克炸药,因此整体比“飞行炸弹”更轻巧,估计每套造价仅为400美元左右。不过,机上的自动控制系统还是由斯佩里提供,工作原理也与“飞行炸弹”相似。凯特林主持研制的这种无人机被称为“凯特林飞虫”。1918年10月4日,“凯特林飞虫”成功升空,以90千米/小时的速度飞向远方,直到燃油耗尽坠毁。虽然美军最终购买了数十架“凯特林飞虫”,但由于第一次世界大战结束,“凯特林飞虫”并没有机会证明自己。

查尔斯•凯特林主持设计的“凯特林飞虫”,这是世界上最早的实用的无人机。

无独有偶,远在大洋彼岸的英国皇家海军也对无人机产生了浓厚兴趣,由A·M·洛教授主持研制,这一计划被称为“AT计划”。1917年3月,A·M·洛教授研制的无人机在英国皇家飞行训练学校进行了它的第一次试飞。但飞机刚起飞不久,发动机便突然熄了火,飞机因失速而坠毁。过了不久,研制小组又研制出第二架无人机进行了试验,这一次,飞机在无线电的操纵下平稳地飞行了一段时间,但就在大家兴高采烈地要庆祝试验成功的时候,这架小飞机的发动机又突然熄火了,这便意味着这次试验还是失败的。接连两次试验的失败,使研制小组十分沮丧,英国皇家海军失望透顶,“AT计划”就此画上了句号。

但是,A·M·洛教授没有放弃对无人机的研制。1927年,由A·M·洛教授参与研制的“喉”式单翼无人机在英国海军“堡垒”号军舰上成功地进行了试飞。该机载有113千克的炸药,以322千米/小时的速度飞行了480千米。它的问世,在世界上引起了极大的轰动。

英国皇家海军在军舰的发射架上发射A·M·洛教授的“喉”式无人机。

这些早期的无人机虽然性能相对不佳,但是它们为飞行器的发展提供了新的方向,并且经过两次世界大战之间的发展,在第二次世界大战中已经开始应用。