“彩虹”——飛躍“航空物探”

王蘊聰

從有人機到無人機，從航空磁法到陸續增加的航空放射性等方法，經過半個多世紀的發展，開始于1953年的中國航空物探領域已由最初的落后實現了趕超。而談到中國無人機航空物探的發展就不得不提起“彩虹”系列。近日，本刊記者走進中國航天科技集團有限公司第十一研究院，探訪“彩虹”系列無人機在軍民融合背景下，在航空物探領域的新發展。

航空物探開始于20世紀30年代，運用飛機（或其他飛行器）裝載物探儀器在航行過程中探測各種地球物理場的變化，是研究和尋找地下地質構造和礦產的一種物探方法。進入21世紀后，國際上多個發達國家開展了無人機航空物探裝備技術的研發工作，在固定翼飛機上搭載并集成高精度磁力儀，在多領域開展試驗或應用。無人機航空物探是無人機與航空物探儀器設備有機結合形成的航空物探技術的一個較為新興的分支。

2012年，應地質勘探用戶的要求，中國航天科技集團有限公司第十一研究院（以下簡稱航天十一院）依托空氣動力學和飛行力學方面的技術優勢，研制了以“彩虹”為名的多種類型無人機。

物理勘探的高速發展

在無人機投入市場之前，航空物探一直依靠有人機，消耗了大量人力物力。與傳統的有人機航空物探相比，無人機航空物探裝備具有小型化、智能化、成本較低、續航能力強、方便夜間飛行等特點，特別是人員零傷亡具有突出的優勢。此外，其運輸和使用的便捷性，超低空飛行能力以及能夠在復雜地形條件下進行飛行測量等特點，使無人機航空物探在地質調查、礦產資源勘探和環境監測等領域擁有廣闊的應用前景。

彩虹-3是世界上第一個針對地質調查礦產勘查開發的中型無人機航空地球物理綜合測量系統。2016年1月12日，彩虹-3在新疆完成了為期半年的第一階段大規模物探作業任務，這是中國首次利用無人機開展大規模航空物探任務。2017年7月，彩虹-3在贊比亞開始進行為期半年的長達800小時的航空物探作業，這是中國首次在海外執行無人機航空物探調查技術項目。

據“彩虹”軍民融合部副部長王超介紹，在贊比亞完成的航空物探項目中，“彩虹”團隊實現了首次在海外進行無人機民用作業，首次完成大規模復雜地形磁放綜合測量作業，首次進行一站雙機作業，首次全程使用超視距鏈路控制飛行。而正是此次物探項目讓“彩虹”的航空物探走出國門，并得到了贊比亞方面的高度評價。

彩虹-3無人機作為世界上首例航空地球物理調查（磁/放）綜合站，突破了系統總體設計與優化、高精度超低空地形跟隨飛行控制、多約束空間導航規劃等核心關鍵技術。2013年完成研發后，先后在嫩江、克拉瑪依、喀什、和田等低山地區開展試生產及批量規模生產作業任務，截至2018年底，飛行航程達46萬公里，完成35余萬公里有效測線飛行任務。

創新助“彩虹”全產業鏈發展

航空物探要解決超低空、沿地形起伏、低空測控、系統集成、危險地物規避、低成本控制等諸多問題。為此，“彩虹”團隊明確了物探系統集成技術、超低空地形跟隨高度信息獲取技術、超低空飛行軌跡穩定控制技術和三維空間導航技術這4個關鍵技術難點，并逐一攻破。

2013年7月，項目組帶著樣機在黑龍江嫩江地區開展應用系統的第一次超低空飛行試驗。項目組最終實現了80米超低空沿地形起伏飛行、完成200平方公里磁放面積性測量、磁放數據達到一級標準等指標。這些都標志著中國首個無人機航空物探磁放綜合站應用系統研制成功。

2018年8月31日，彩虹-3無人機完成了江蘇海岸灘涂區航空物探飛行任務。這是中國首次利用無人機在海岸灘涂區進行超低空物探作業。此次物探作業是世界上首次以全夜航模式形成無人機航空地球物理調查。目前，彩虹-3無人機安全、高質量、高效率的大規模批量生產作業能力已達到世界先進水平。

王超表示，隨著技術的進步，將人工智能融入到“彩虹”無人機的物探系統中，也值得期待。

近年來，“彩虹”團隊在民用領域繼續發力，接連在航空物探、海洋應用、海事應用、測繪、森林防火、管線巡護、公安應用等多領域取得優異的成績。“彩虹”系列無人機也形成了“需求分析-產品設計-產品制造-解決方案-應用服務-保障維護”的全產業鏈。

2018年9月23日，在首屆中國農民豐收節陜西楊凌分會場上，彩虹-804C無人機從舞臺與觀眾之間的上空飛過，掀起現場的高潮。雖然這不是彩虹-804C的首次公開展示，但是作為中國首款兼顧了軍民兩用市場的復合翼垂直起降無人機吸引了各方的關注。彩虹-804C復合翼團隊負責人呂超博士表示，這款“彩虹”的明星機型在2019年依舊“行程滿檔”。

呂超表示，彩虹-804C屬于復合翼垂直起降無人機，相較于大型傳統多旋翼無人機更加方便快捷，可垂直起降，且應用范圍更加廣泛。“彩虹-804C規避了傳統多旋翼無人機的缺點，又把固定翼無人機的優勢發揮出來。起降場地靈活，續航時間長，飛行速度快。”

具有完全自主知識產權的彩虹-804C，根據中國農業發展現狀多樣化需求，可以搭載不同的設備完成多元化作業任務，通過獲取實際有用信息，為提高糧食產量發揮積極優勢。

軍民融合助“彩虹”服務國家經濟建設

航天十一院是中國航天科技集團有限公司的航天空氣動力學研究機構，始建于1956年，是錢學森回國后組建的5個基礎科研單位之一，現為中國航天科技集團公司下屬八大科研生產聯合體之一，參與了絕大部分航天工程的研制。彩虹系列無人機是其產品中的佼佼者。

航天十一院在2000年進軍無人機這一新型飛行器領域，并研制了以“彩虹”為名的多種類型無人機。這些無人機尺寸從小到大，起飛重量從輕到重，在應用方面從各種形式的偵察監視到攻擊等，形成了較為完備的體系。

2015年，習近平總書記將“軍民融合發展”上升到國家戰略層面。軍民融合發展迎來新的歷史機遇。“彩虹”無人機積極開拓航空物探、海洋監測、海事應用、應急通訊等民用服務領域。目前，“彩虹”無人機航空物探綜合測量系統成功進行了大規模應用作業，成為中國國土資源調查不可或缺的技術手段。

由于需求牽引和國家主導，全要素、多領域、高效益的軍民融合成為大勢所趨。航天十一院院長、彩虹公司董事長胡梅曉認為，如何最大化融合“軍”、“民”二者的優勢，將無人機這一傳統的軍事領域科技應用于民用服務產業，是未來一段時間內需要考慮的。彩虹團隊將探索民用無人機的新模式，大力開拓資源勘查、海洋環境監測與管理、遙感遙測等民用服務。

“無人機服務于國家經濟建設，不僅將促進我們自身的發展，也能助力國民經濟相關領域轉變生產和經營模式，提高效率和收益，更重要的是，最終將促進經濟社會整體發展。從自身角度來看，我們也具備了無人機產業化的條件和優勢。第一，我們具備體系基礎，已成為集設計制造與應用為一體的全產業鏈供應商。第二，我們具備硬件基礎，有型譜齊全的通用化無人機平臺，載荷適掛能力強，安全性和可靠性很高。第三，經過這么多年的發展，我們具備技術基礎，有豐富的載荷應用經驗和關鍵技術攻關能力。所以，我們認為，將‘彩虹’用于民用領域，靠譜！彩虹將借助上市公司平臺等更多優勢資源，接續奮斗，早日實現達到國際先進水平的目標，步入全球無人機行業前列。”胡梅曉表示。