“彩虹”——飞跃“航空物探”

王蕴聪

从有人机到无人机，从航空磁法到陆续增加的航空放射性等方法，经过半个多世纪的发展，开始于1953年的中国航空物探领域已由最初的落后实现了赶超。而谈到中国无人机航空物探的发展就不得不提起“彩虹”系列。近日，本刊记者走进中国航天科技集团有限公司第十一研究院，探访“彩虹”系列无人机在军民融合背景下，在航空物探领域的新发展。

航空物探开始于20世纪30年代，运用飞机（或其他飞行器）装载物探仪器在航行过程中探测各种地球物理场的变化，是研究和寻找地下地质构造和矿产的一种物探方法。进入21世纪后，国际上多个发达国家开展了无人机航空物探装备技术的研发工作，在固定翼飞机上搭载并集成高精度磁力仪，在多领域开展试验或应用。无人机航空物探是无人机与航空物探仪器设备有机结合形成的航空物探技术的一个较为新兴的分支。

2012年，应地质勘探用户的要求，中国航天科技集团有限公司第十一研究院（以下简称航天十一院）依托空气动力学和飞行力学方面的技术优势，研制了以“彩虹”为名的多种类型无人机。

物理勘探的高速发展

在无人机投入市场之前，航空物探一直依靠有人机，消耗了大量人力物力。与传统的有人机航空物探相比，无人机航空物探装备具有小型化、智能化、成本较低、续航能力强、方便夜间飞行等特点，特别是人员零伤亡具有突出的优势。此外，其运输和使用的便捷性，超低空飞行能力以及能够在复杂地形条件下进行飞行测量等特点，使无人机航空物探在地质调查、矿产资源勘探和环境监测等领域拥有广阔的应用前景。

彩虹-3是世界上第一个针对地质调查矿产勘查开发的中型无人机航空地球物理综合测量系统。2016年1月12日，彩虹-3在新疆完成了为期半年的第一阶段大规模物探作业任务，这是中国首次利用无人机开展大规模航空物探任务。2017年7月，彩虹-3在赞比亚开始进行为期半年的长达800小时的航空物探作业，这是中国首次在海外执行无人机航空物探调查技术项目。

据“彩虹”军民融合部副部长王超介绍，在赞比亚完成的航空物探项目中，“彩虹”团队实现了首次在海外进行无人机民用作业，首次完成大规模复杂地形磁放综合测量作业，首次进行一站双机作业，首次全程使用超视距链路控制飞行。而正是此次物探项目让“彩虹”的航空物探走出国门，并得到了赞比亚方面的高度评价。

彩虹-3无人机作为世界上首例航空地球物理调查（磁/放）综合站，突破了系统总体设计与优化、高精度超低空地形跟随飞行控制、多约束空间导航规划等核心关键技术。2013年完成研发后，先后在嫩江、克拉玛依、喀什、和田等低山地区开展试生产及批量规模生产作业任务，截至2018年底，飞行航程达46万公里，完成35余万公里有效测线飞行任务。

创新助“彩虹”全产业链发展

航空物探要解决超低空、沿地形起伏、低空测控、系统集成、危险地物规避、低成本控制等诸多问题。为此，“彩虹”团队明确了物探系统集成技术、超低空地形跟随高度信息获取技术、超低空飞行轨迹稳定控制技术和三维空间导航技术这4个关键技术难点，并逐一攻破。

2013年7月，项目组带着样机在黑龙江嫩江地区开展应用系统的第一次超低空飞行试验。项目组最终实现了80米超低空沿地形起伏飞行、完成200平方公里磁放面积性测量、磁放数据达到一级标准等指标。这些都标志着中国首个无人机航空物探磁放综合站应用系统研制成功。

2018年8月31日，彩虹-3无人机完成了江苏海岸滩涂区航空物探飞行任务。这是中国首次利用无人机在海岸滩涂区进行超低空物探作业。此次物探作业是世界上首次以全夜航模式形成无人机航空地球物理调查。目前，彩虹-3无人机安全、高质量、高效率的大规模批量生产作业能力已达到世界先进水平。

王超表示，随着技术的进步，将人工智能融入到“彩虹”无人机的物探系统中，也值得期待。

近年来，“彩虹”团队在民用领域继续发力，接连在航空物探、海洋应用、海事应用、测绘、森林防火、管线巡护、公安应用等多领域取得优异的成绩。“彩虹”系列无人机也形成了“需求分析-产品设计-产品制造-解决方案-应用服务-保障维护”的全产业链。

2018年9月23日，在首届中国农民丰收节陕西杨凌分会场上，彩虹-804C无人机从舞台与观众之间的上空飞过，掀起现场的高潮。虽然这不是彩虹-804C的首次公开展示，但是作为中国首款兼顾了军民两用市场的复合翼垂直起降无人机吸引了各方的关注。彩虹-804C复合翼团队负责人吕超博士表示，这款“彩虹”的明星机型在2019年依旧“行程满档”。

吕超表示，彩虹-804C属于复合翼垂直起降无人机，相较于大型传统多旋翼无人机更加方便快捷，可垂直起降，且应用范围更加广泛。“彩虹-804C规避了传统多旋翼无人机的缺点，又把固定翼无人机的优势发挥出来。起降场地灵活，续航时间长，飞行速度快。”

具有完全自主知识产权的彩虹-804C，根据中国农业发展现状多样化需求，可以搭载不同的设备完成多元化作业任务，通过获取实际有用信息，为提高粮食产量发挥积极优势。

军民融合助“彩虹”服务国家经济建设

航天十一院是中国航天科技集团有限公司的航天空气动力学研究机构，始建于1956年，是钱学森回国后组建的5个基础科研单位之一，现为中国航天科技集团公司下属八大科研生产联合体之一，参与了绝大部分航天工程的研制。彩虹系列无人机是其产品中的佼佼者。

航天十一院在2000年进军无人机这一新型飞行器领域，并研制了以“彩虹”为名的多种类型无人机。这些无人机尺寸从小到大，起飞重量从轻到重，在应用方面从各种形式的侦察监视到攻击等，形成了较为完备的体系。

2015年，习近平总书记将“军民融合发展”上升到国家战略层面。军民融合发展迎来新的历史机遇。“彩虹”无人机积极开拓航空物探、海洋监测、海事应用、应急通讯等民用服务领域。目前，“彩虹”无人机航空物探综合测量系统成功进行了大规模应用作业，成为中国国土资源调查不可或缺的技术手段。

由于需求牵引和国家主导，全要素、多领域、高效益的军民融合成为大势所趋。航天十一院院长、彩虹公司董事长胡梅晓认为，如何最大化融合“军”、“民”二者的优势，将无人机这一传统的军事领域科技应用于民用服務产业，是未来一段时间内需要考虑的。彩虹团队将探索民用无人机的新模式，大力开拓资源勘查、海洋环境监测与管理、遥感遥测等民用服务。

“无人机服务于国家经济建设，不仅将促进我们自身的发展，也能助力国民经济相关领域转变生产和经营模式，提高效率和收益，更重要的是，最终将促进经济社会整体发展。从自身角度来看，我们也具备了无人机产业化的条件和优势。第一，我们具备体系基础，已成为集设计制造与应用为一体的全产业链供应商。第二，我们具备硬件基础，有型谱齐全的通用化无人机平台，载荷适挂能力强，安全性和可靠性很高。第三，经过这么多年的发展，我们具备技术基础，有丰富的载荷应用经验和关键技术攻关能力。所以，我们认为，将‘彩虹’用于民用领域，靠谱！彩虹将借助上市公司平台等更多优势资源，接续奋斗，早日实现达到国际先进水平的目标，步入全球无人机行业前列。”胡梅晓表示。