人造昆蟲——微型飛行器
科技視野
作者：沈海軍 王旭
從飛機誕生至今的百餘年航空發展曆史中，飛機的尺寸不斷刷新記錄，分別向著更大或更小兩個方向發展。目前，人類設計並成功飛行的飛機中，個頭最大的當屬蘇聯的“安225”。“安225”翼展約88米，機長84米，是名副其實的空中“巨無霸”，它不僅是體積最大的飛機，而且也是載重量最大的飛機。至於說世界上個頭最小的、可飛行的飛機，隻有1枚硬幣那麼大，如美國哈佛大學的撲翼微型飛行器——“機器蜂”、我國同濟大學的昆蟲動力飛機，其重量均僅為數百微克。
“帶著刺的飛蟲”
若要追溯微型飛行器的由來，時間應回到1992年。那一年，美國剛剛漂亮地取得了第一次海灣戰爭的勝利。美國國防部隨即召開了題為“未來科技驅動的軍事變革”的研討會。該研討會旨在總結海灣戰爭中高新技術所起的關鍵作用，並為美軍提供一些未來作戰的新型技術構想。其中的兩種新技術即是微型飛行器的原始構想，這兩種飛行器分別被命名為“牆上的飛蟲”及“帶著刺的飛蟲”。前者指攜帶多種傳感器並能實現特殊環境偵查的類飛蟲機器人，後者則指具備癱瘓敵方係統能力的類飛蟲機器人。1997年，美國國防部製訂了一個為期4年、耗資3500萬美元的微小型飛行器研究與驗證計劃，即“國防先進研究項目”（英文縮寫為DARPA）。DARPA的研究範圍涉及飛行器及其主要子係統，如推進係統、飛行控製/引導係統、傳感器等相關技術。
起初，美國科學家們設想，隨著技術的不斷發展，可能將這些飛行機器做到1厘米大小並有約1克的有效載荷；然而，經可行性分析後，科學家們認為，15厘米最大尺寸、小於90克總重、最大有效載荷18克的飛行器比較適合目前的科技水平。於是，15厘米成為判別微型飛行器的一把標尺，“尺寸為15 厘米大小並能靠其自身能力飛行和完成各種探測任務的飛行器”隨之成為業內普遍接受的微型飛行器的定義。
與常規無人飛行器相比，微型飛行器具有體積小、重量輕、成本低的優勢，它們操縱方便、機動靈活、噪音小、隱蔽性好，具有很高的軍事和民用應用價值。因此，微型飛行器得到了不少國家的極大關注，很快成為國際上新的研究熱點。
固定翼撲翼旋翼
當鳥兒從空中飛過，稍加留意的話，你會發現它們有兩種基本的飛行方式：拍打著翅膀飛或者滑翔，也就是所謂的撲翼飛行模式和固定翼飛行模式。在110年的航空曆史長河中，人們對撲翼飛行器和固定翼飛機均進行了大量的嚐試和研發實踐工作。然而，沿著固定翼飛機這條發展道路，似乎走得更為順利，取得的成果也更為輝煌。
鑒於固定翼在常規飛機上的良好表現，早期的幾款微型飛行器均采用固定翼模式。其中最高水平的代表是美國的“黑寡婦”和“微星”。“黑寡婦”是美國於1998年研製的一種固定翼微型飛行器。該飛行器外型類似於盤狀飛碟。最大直徑15厘米，由微電機驅動前置螺旋槳產生拉力，采用鋰電池提供能源，微型飛控係統由計算機、無線接收器和3個微型舵機組成。該飛機經試飛，其留空時間為16分鍾，最大飛行速度70千米/小時。“微星”幾乎和“黑寡婦”同時研發成功，該固定翼微型飛行器來自於美國洛克希德·馬丁公司，設計總重僅為85 克，留空時間20分鍾，未來將具備GPS 導航定位係統和攝像功能，設計者希望將其打造為戰場上前所未有的高效偵察工具。