還記得前不久剛上映的電影《星際迷航3：超越星辰》嗎？小編不得不說整個電影充滿了酷炫，一首搖滾拯救了整個宇宙，堪稱太空版的速度與激情，而且不論其中的各行星居民、太空戰(zhàn)機還是宇宙中的太空城，都充滿了極富想象力的腦洞。雖然科幻傳奇色彩極其濃郁，但這部電影中也有接地氣的黑科技啊！
星際迷航3劇照
比如說里面的蜂群敵艦，出場的時候把進取號撞了個落花流水，而后又被一首神奇的搖滾給徹底擊潰。其實，蜂群敵艦并非空穴來風，它的原型就是現在無人機發(fā)展的一個重要方向——蜂群無人機。今天小編就跟大家嘮嘮蜂群無人機那些事兒。
蜂群無人機的原理來源于無人機的協(xié)同控制。無人機協(xié)同控制概念的出現，伴隨著很強的軍事應用背景。隨著作戰(zhàn)范圍的日益擴大以及難度的增加，單個無人機在執(zhí)行問題時可能受到觀察角度的限制遺漏信息，不能夠全方位完成偵察及攻擊；同時單個無人機出現故障就必須返航，延誤任務的執(zhí)行。
針對這一系列問題，人們考慮采用多架共同執(zhí)行任務的無人機構成一個協(xié)同系統(tǒng)，遵照的思路就是生物的群體行為。常見的例子，蜜蜂成群飛行時，通過與周圍蜜蜂簡單的交流，能夠保持一定的隊形，可以向蜂群中心靠攏，或者朝著一個方向移動，同時個體之間保持一定的距離。這樣的交互協(xié)作行為，可以體現出蜂群的整體優(yōu)勢，有助于它們完成較復雜的任務。
那么把這種群智能的思想應用到無人機中，便是多無人機系統(tǒng)控制的思想，可以對多無人機執(zhí)行任務帶來很多的優(yōu)勢。
蜂群無人機來源于生物的群體行為，因此它繼承了生物群體行為的一系列特點。
首先，群體包含的個體是完全分散式的，沒有中心控制，較為容易和此時網絡環(huán)境下的工作狀況相匹配，不會因為單一個體或者幾個個體出現不確定的狀況而影響全局，因此整個系統(tǒng)具有更強的穩(wěn)定性。
其次，每個個體不能直接得到整體信息，僅能感知部分信息，并有十分簡單的單個自治個體的規(guī)則，只需要最小的智能，具有簡單性。
再次，群體中個體之間通過非直接通信相互合作，通過這種方式進行信息的傳輸與交互，個體越多，通信消耗的增幅也就越大，系統(tǒng)具有更好的可擴展性。
最后，具有良好的自組織能力，也就是說群體通過個體間簡單的一些行為就能夠解決較為復雜的問題，執(zhí)行較為復雜的人物。
蜂群無人機信息交流示意
美國麻省理工學院對UAV平臺和任務的健康管理、面向多平臺操控的實時任務管理系統(tǒng)以及支持全天候任務執(zhí)行的操控接口等問題展開研究，并將其命名為SWARMS健康管理項目，目的是使多無人機系統(tǒng)具備在動態(tài)環(huán)境中持續(xù)執(zhí)行預先制定任務的能力，并通過10架四旋翼無人機系統(tǒng)的300余次測試驗證了算法的有效性。
麻省理工學院的SWARMS項目飛行測試
美國諾斯羅普·格魯門公司提出以無人作戰(zhàn)飛機X-47B組成集群，實現自組織作戰(zhàn)的概念，由15架X-47B無人機組成的三個中隊，續(xù)航時間可達50小時（加油），可以實現在航母戰(zhàn)斗群1750海里（3240km）以外，每周7天24小時ISR和戰(zhàn)斗巡邏任務，每架X-47B覆蓋直徑達到200海里（370km），這將極大地提高無人作戰(zhàn)飛機在高度對抗的不確定戰(zhàn)場環(huán)境中的生存能力和任務成功率。
DARPA的“小精靈”項目于2015年9月份公布，計劃研制一種部分可回收的偵察和電子戰(zhàn)（EW）無人機蜂群。這種無人機蜂群可迅速進入沒有察覺的敵人上方，通過壓制導彈防御、切斷通信、影響內部安全、甚至可能利用電腦病毒襲擊敵人數據網絡等措施擊潰敵人。
按照DARPA的設想，“小精靈”項目的無人機蜂群成本相對低廉，因此即便損毀也不會危及任務或者造成嚴重的成本損失。此外，“小精靈”無人機也非常先進，可重新回收利用；如果它們能在任務中幸存，則可繼續(xù)執(zhí)行任務。因此，“小精靈”無人機是一種可以重復使用的無人機。
美國通用原子公司提出了捕食者C“復仇者”（Avenger）無人機集群與F-22戰(zhàn)斗機協(xié)同作戰(zhàn)概念，計劃2017年實現4架F-22戰(zhàn)斗機護航下，兩個由8架“復仇者”組成的無人機集群，摧毀敵方地空導彈陣地的能力。
蜂群技術有很多的用途。最直接的用途是災后援助，無人機蜂群可以大范圍高精度地搜索目標，而且只需要一個人就能完成所有的操作。同時也可以用于探索危險建筑、地段，比如說福島核電站后的輻射區(qū)域。而這僅僅用一個無人機則難以實現。
哈佛的科學家還嘗試利用無人機蜂群來為谷物授粉、監(jiān)視疑犯或者監(jiān)控交通。瑞士的科學家最近還準備讓無人機蜂群來分擔災害地區(qū)的信息處理及通訊功能。
在防御方面，無人機蜂群可以摧毀普通的導彈防御系統(tǒng)。來自美國海軍研究學院的研究人員就在實驗讓兩個由50個無人機構成的蜂群對戰(zhàn)，以此來改善進攻、防御程序。畢竟要阻止一個蜂群，必須得靠另一個蜂群。
蜂群無人機的每個個體都需要高度的機動性和靈活性，保障飛行速度以及功耗；因此，機體的重量要求盡可能地小以減少對上述因素的不利影響。一種發(fā)展思路是采用輕量化的無人機材料，例如聚賽龍SE9547、PP1120HF和PAFG430等。
無人機的輕量化結構
工程塑料輕質化材料
未來無人機的體積毫無疑問將會越來越小，相應地其傳感器、各種硬件也都會變得更加輕巧，但麻雀雖小五臟俱全，對應的功能卻不能因此而損失。因此，未來蜂群無人機想著輕小型化發(fā)展的同時，芯片集成設計制造將會成為其體積革命的關鍵所在。
蜂群無人機在執(zhí)行任務的過程中，面臨高速機動飛行、懸停蔽障等飛行工況，消耗能源的數量和密度都很高，而基于輕量化設計，對能源的攜帶又有著嚴格的限制；因此，未來蜂群無人機的能源系統(tǒng)如何能夠實現小重量小體積高能量密度，是一個面臨著挑戰(zhàn)的課題。
低空活動的小型無人機在完全沒有電子偵查、情報分析、電子“軟”壓制“硬”摧毀的能力，無法有效壓制裝甲部隊的機動式伴隨式低空防御火力，也無能力獨自攻擊被完善的防空體系重重保護的要點陣地。
沒有地面控制站的輔助，輔助無人機就不能有效發(fā)揮作用。因此，目前的無人機無法形成大機群作戰(zhàn)的模式，這樣，就限制了“蜂群”規(guī)模的擴大。同理，低空無人機空戰(zhàn)在目前以及較近的未來也是不可能的。
由于地球曲率，再加上地形起伏不平的原因，即便是低空活動的無人機也必須飛得較高才能有效監(jiān)視大片區(qū)域以及保持同控制站的聯(lián)系。飛得高，也就意味著被低空、中空防空武器發(fā)現和擊落的概率更高。
蜂群無人機飛掠地表
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