作者：姜坤 主编
出版社：化学工业出版社
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认识无人机试读：
前言
根据中国民用航空局飞行标准司的规定，无人机（unmanned aircraft，UA）是指由控制站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称远程驾驶航空器。
行业内所说的无人机（unmanned aerial vehicle，UAV），是指利用空气动力起飞，借助无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵，可一次性或多次重复使用，并能够携带各类有效载荷的飞行器。
无人机诞生之初主要用于军事领域，其应用历史之久，可以追溯到1914年。随着航空技术的发展，以及计算机技术、遥控技术等的应用，军用无人机的发展愈加迅速，在航空侦察、空对地攻击以及近距离空中支援等方面大显身手。
民用无人机则是在进入21世纪后得以发展并逐渐备受关注的。民用无人机分为消费级和工业级两大类。消费级无人机主要用于航拍、摄影、娱乐、游戏等休闲用途；工业级无人机主要用于警用、消防、救灾、农业植保、安防、工业巡检、野生动物保护等领域，拥有广阔的市场前景。
无人机的普及，给人们带来了很多便利，也给许多行业的作业方式带来了积极的转变。随着无人机的广泛应用，“黑飞”“扰航”“航拍”“远程打击”等名词成了公众谈资。无人机对大众而言，是一个既新鲜又神秘的事物，人们频繁谈论它，却不一定很了解它。无人机的尺寸有多大？飞行距离有多远？如何执行侦察任务？如何进行远程打击？“黑飞”又是怎么一回事？
本书从科普角度出发，针对大众疑惑的问题，由广为讨论的无人机“黑飞”入手，用通俗易懂的语言，讲解了无人机的起源、武装无人机的发展、民用无人机的普及、无人机的安全监管、未来无人机的创新、无人机的操控等知识。
本书由姜坤主编，参与编写的人员有：王子旋、王明鉴、方亚儒、华超、刘云思华、何泳锦、张良、林瑀欢、覃远旺、舒乾贵。
由于水平所限，书中不足之处在所难免，敬请批评指正。编 者 引言 “黑飞”扰航——无人机出名了
无人机并不是一种新事物，进入21世纪以来，无人机逐渐从单纯的军事航空武器装备，转变成军用装备、行业工具和新型消费品，无人机行业迎来了前所未有的发展春天。
2017年1月15日，一位网友在微博上转发了一条短短8秒的视频，视频内容为使用大疆Mavic PRO无人机拍摄的一架民航飞机正在降落的过程，画面十分清晰。该无人机升空至450米高度，拍摄了多个空中画面，其中包含多架途经的民航客机，空中拍摄过程约10分钟。事后，该网友截取了8秒视频上传至飞友QQ群，并被广泛传播。不少网友都对此事强烈谴责，认为无人机“黑飞”严重影响了航空安全，要求警方介入调查。1月16日上午，浙江省公安厅宣布该视频内容属实，并非后期PS而成。这件事造成了恶劣影响，最终由警方介入调查。
2017年4月14日至4月30日，成都双流机场接连发生9起无人机扰航事件，总计造成114个航班备降、4架飞机返航、超1万旅客出行受阻被迫滞留机场。
无人机经历了怎样的发展？它又是如何从高精尖的军事航空武器装备摇身一变普及到民用的？在这以后，无人机又为何在机场净空保护区内屡禁不止？它的出现，将会对机场、航班造成怎样的影响？本书将逐一为您解答。第1章 无人机起源——智能飞行时代来临
近几年，无人机开始走入大众视野，并成为热议话题之一。那么，什么是无人机？简单来说，无人机是无人驾驶飞机的简称，主要利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置来操纵的不载人飞机。世界上第一架无人机诞生于1917年，但严格来说，20世纪30年代出现的能够返回起飞点并能遥控飞行的不载人飞行器才属于真正意义上的无人机。20世纪50年代以后，美国的“火蜂”、中国的“长空一号”靶机等无人机的出现令无人机走上独立的发展路线。尤其是“长空一号”，它作为一架大型喷气式无线电亚声速飞机，不仅开创了我国无人机的先河，而且在此基础上改装成的核试验取样机于1977年圆满完成了一次核试验穿云取样任务。
无人机可以看作是一种空中机器人，在各个领域都有广泛的应用。军用方面：当作靶机，用于侦察、通信、对地攻击、电子干扰等，可以减少人员伤亡，并具备良好的机动性。民用方面：无人机已经被用于航测、植保、影视传媒等行业，能完成有人驾驶飞机不宜执行的多种任务。1.1 军事无人机—— 无人机的开端
2003年，伊拉克战争中，美军的无人机攻势让普通人认识到了无人机这种“新事物”。实际上，美军当时的进攻部队里面只有少量的无人机，主要用来对伊拉克一些重要目标进行侦察。到了2010年时，五角大楼已拥有将近7000架无人机。而现在，美国的军用飞机里面每3架就有1架飞机是不需要飞行员的。美军无人机，尤其是“捕食者”和“死神”无人机的使用推动了这一技术革命的进程。
无人机其实并不是新事物，早在1917年，就有人进行过采用无线电控制和惯性制导的无人驾驶飞机飞行试验。到第二次世界大战时期，无人机逐渐走向战场，当时无人机很重要的一个用途是作为靶机训练防空炮手。美国与德国还曾尝试以无人驾驶飞机携带大量炸药，由飞行员直接或者是通过另外一架飞机控制，对特殊目标进行精确度较高的攻击。当时德国使用了运输机作为无人机的母机运输重2300磅（1磅=0.45359237千克）的遥控飞行炸弹，由母机上的一名飞行员控制其飞行方向。美国试验性地使用B-17轰炸机作为炸药的载具，飞行员在最后阶段启动自动飞行装置之后跳伞，飞机则在预设的飞行之后撞击目标。1918年查尔斯·凯特林制造的“凯特林飞虫”，能够携带炸药飞向目标
第二次世界大战结束以后，无论是决定无人机外形关键的飞机动力学还是作为内部核心的遥控系统，短期内都没有取得太大进步。因此，在战后差不多二十年的时间中，无人机的发展形势并不明朗。
到越南战争时，无人机首次大规模使用在战场上。美军的“萤火虫”无人机完成了多达数千架次的空中侦察任务，这对有人驾驶侦察机而言是较难做到的。越南战场上的“萤火虫”无人机是无人机首次大规模使用的标志
1982年黎巴嫩战争期间，以色列空军大量运用了“先锋”无人机，推动了无人机的发展。
1990年2月“沙漠风暴”行动期间，美国版“先锋”无人机投入行动，当时“先锋”无人机代替美国海军“威斯康星”号战列舰上的直升机，用于为直接炮火进行空中定位。在一次实际应用中，当“威斯康星”号战列舰正在攻击科威特附近的地面目标时，无人机操作员奉命操纵无人机在伊拉克部队战壕上空低空飞行，以便让伊拉克士兵知道他们即将成为打击目标。伊拉克部队听到“先锋”无人机独特的嗡嗡声，意识到他们将会受到炮火攻击，然后就挥舞着手帕、汗衫和床单出来投降。这支伊拉克共和国卫队的部队成了首批向无人机投降的人员。
从那时起，无人机经过几十年的发展，已经越发全面和成熟。如今在军事行动中使用的无人机，范围从小型的手持式系统到与有人驾驶轰炸机一样大的系统。这些无人机性能多种多样，可提供监视、侦察、情报搜集、对地面打击等不同的作战功能。
放眼当今世界，军用无人机正处在一个技术发展日新月异的时代，新的技术和作战用途层出不穷。然而，由于无人机部署力度和密度的加大，无人机空中交通管制的问题开始凸显，针对无人机态势感知和防止碰撞的技术成为无人机领域近期的重点研究方向，并已经取得一定成果。
军用无人机技术发展带来的另一个具有深远意义的变化在于：无人机技术的成熟和迅速小型化，使得无人机在过去几年大规模地进入商用领域乃至民用领域，为无人机的发展开启了一扇新的大门。“先锋”无人机是无人机真正开始被成熟运用的标志，也促使现代战争出现了新的作战形式1.2 第二次世界大战后的无人机—— 无人机的多种尝试
前文已经提到第二次世界大战及战后无人机发展的基本情况，无人机在这一时期的进步谈不上巨大，但是却为日后军用无人机的发展、应用指明了方向。
第二次世界大战前后，飞机工业相比以往取得了多方面的技术突破。在飞机外形方面，空气动力学开始得到重视，对飞机流线形、机翼结构的改进极大地提高了飞机的机动性能，其中许多设计方案至今仍具有深远的意义。像如今流行的后掠翼和三角翼，都是在第二次世界大战期间提出的。飞机动力方面，航空发动机的技术进步令飞机飞得更快、更高，尤其是喷气发动机开始登上航空舞台，早期的喷气动力飞机也在战争期间成功应用。第二次世界大战期间的飞机与之前的飞机相比，根本意义上的区别是飞机上开始安装各种航电设备，如机载雷达的使用为超视距作战提供了可能。
这些技术不仅促进了飞机技术的发展，同时也为当时无人机的研制提供了具有实际意义的参考。
20世纪30年代，美国人雷吉纳德·丹尼在他的无线电飞机公司里制造出了一架遥控飞行模型，将其命名为“RP-1”并推荐给军方，遗憾的是当时美国军方对这种“小玩意”毫无兴趣。然而，短短几年后，欧洲和亚洲上空密布的战云令美国军方意识到了潜在的危险，也改变了军方人士的想法。从1939年到第二次世界大战结束，美军一口气采购了15000多架这种遥控飞机，型号也由RP-4型发展到RP-18型。雷吉纳德·丹尼和RP-1型飞机RP-14型飞机
在太平洋战场上，美军还使用过一款“洲际”TDR无人机。它的动力系统配备了两台莱康明220马力（1马力=735.499瓦）的发动机，能够悬挂900千克的炸弹或者鱼雷。这款无人机可以通过无线电进行遥控，也可以由飞行员直接登机驾驶。它已经具备了实时传输图像的能力，操作人员可以通过屏幕观察从无人机摄像机传递回来的图像和雷达高度计上显示的读数。不过，它的飞行控制范围比较有限，只有大约50千米。
比较特别的一点是，美军这款无人机问世的时候正值太平洋战场最激烈的时期，因此它的许多部件不能完全按照设计标准来制造，机身和机翼使用的材料都是经过硬化处理的木头。“洲际”TDR无人机，其机腹下方可以挂载鱼雷或航空炸弹用以攻击目标“洲际”TDR无人机于1944年3月首次参战，攻击了日军的地堡和炮兵阵地。尽管TDR-1型无人机在当时有着这样或那样不尽如人意的缺陷，但还是取得了21次直接命中的成绩。从某种程度上来说，“洲际”TDR无人机在用途上已经具备了现代军用无人机的雏形，既可以用来侦察，也能直接对目标发起攻击，但是它并不具备返程功能，是一种一次性消耗品。
在同一时期，当时的航空大国——德国也在进行着无人机的研究工作。德国阿尔戈斯发动机工厂的弗里茨·古斯洛研制了一种名为FZG-43的靶机，用于德国空军地面高炮部队的防空作战训练。除了把无人机做成靶机之外，德军对无人机的发展方向另有打算。1939年10月，阿尔戈斯又研制出了一种具有革命意义的大型军用无线电遥控无人轰炸机——“深火”，这种飞机可以携带1吨重的炸弹，而且还有供人驾驶的轰炸机型号。在向目标投掷完炸弹后，“深火”无人机可利用惯性导航装置返回基地。从这一点上看，“深火”比“洲际”TDR更加先进。FZG-43靶机是一种小型的遥控防空靶机，这种飞机直接催生了后来的“深火”
德国空军并非没有看到“深火”的潜力，但由于在欧洲大陆上与英国旷日持久的空战，加上德国本身资源匮乏，空军既有的研究人员和生产材料都被用来制造Bf-109、Fw-190等战斗机以及后来的Me-262喷气式战斗机等有人飞机，并没有多余的资源用来发展“深火”，所以这一具有跨时代意义的飞行器没能发展起来。
但是，“深火”的研究没有白费，随着德国空军在空战中损失了越来越多的飞行员，军方希望通过无人武器对英国进行打击，这就利用到了“深火”的技术。随后，阿尔戈斯公司与其他两家公司一起研制出了V-1导弹。“深火”无人机V-1导弹的外形类似一架飞机，只是没有驾驶员的乘坐空间，位于导弹前端的弹头重量为850千克，飞行速度在高度为600～900米时为640千米/时，飞行距离约为250千米。其导引系统是以陀螺仪控制的自动飞行系统V-2导弹是最早投入实战的弹道导弹，能携带高能炸药弹头打击300千米外的目标。图为第二次世界大战结束后美军测试缴获的V-2导弹
V-1导弹通过一套简单的导航系统飞向目标，依靠一套与导弹一体的陀螺仪维持飞行的稳定，一个磁性罗盘控制导弹的方位，还有一个气压高度器控制其飞行高度。它是一种临时上马的独创性武器，设计的出发点就是制作一款可以大规模使用的廉价武器。
在第二次世界大战的参战各方中，德国是唯一能够工业化批量生产并在实战中应用“飞行炸弹”的国家。后来，V-1导弹被各方面性能更加卓越的V-2导弹取代。V-2导弹由火箭引擎推动，射程320千米，飞行速度5000千米/时。V-2导弹几乎无坚不摧，甚至可以飞入太空。1.3 从原型机到现代无人机
无人机技术在20世纪70年代开始成熟。从20世纪90年代开始，卫星地理定位技术和通信技术为无人侦察机开辟了新道路。随后，这些技术逐渐走向民用领域，催生了民用无人机。实际上，在无人机的时代来临、无人机开始被人们广泛认识之前，它已经发展了一个世纪之久。
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，它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，开始研制所谓的“飞行炸弹”，这其实就是现代巡航导弹的雏形。
1918年10月4日，美国通用公司的设计师查尔斯·凯特林研制的“凯特林飞虫”成功升空，这是一架翼展长4米的小型双翼飞机。这种飞机被认为是导弹的“简易”始祖，但其飞行距离已有120千米，可承载85千克炸药。“凯特林飞虫”并没有导航装置，要用它来轰炸目标的话，需要技师们事先计算好与目标的距离，预设好引擎转数，在飞行过程中，引擎达到预定转数后旋即停止运行，机翼翻转，飞机直线下落坠毁。当时，一共生产了45架“凯特林飞虫”，却从没有在实战中应用过，因为参谋部认为这种飞机给己方部队和盟友部队都造成了威胁，其危险不亚于敌军轰炸。斯佩里父子研制的“飞行炸弹”美国空军博物馆展示的“凯特林飞虫”全尺寸模型
20世纪30年代，一位一不小心成为军火商的演员为无人机的发展做出了重要贡献。雷金纳德·丹尼是一名英国演员，他常常扮演一些喜剧角色。第一次世界大战期间，雷金纳德·丹尼曾是英国皇家空军的一员，战后成为一名狂热的飞机爱好者。
雷金纳德·丹尼成立了自己的公司—— 丹尼无线电公司，并在好莱坞林荫大道的一家店里卖起了缩小比例的飞机模型。有一次丹尼灵机一动，想到制造无线遥控航模可以用来给防空训练当靶机。他把这个想法告诉了美国军方，却收到了对方冷淡的回应。不过，随着第二次世界大战的开始，他接到了大规模生产这种无人机的订单。随后几年，丹尼的公司发展到了百万美元规模，生产了成千上万架靶机。这种通过弹射装置发射的无人机由操作员远程控制，然后遥控其进入防空炮的覆盖范围。
当时这种无人机有一项功能是全新的：他们给飞机配了降落伞，所以可以重复使用。出于这个原因，丹尼的遥控飞机OQ2是第一款大规模制造的符合现在定义的无人机，而当时其他的类似设备都是按照自毁设计的。随着这家遥控飞机公司生意日渐兴隆，它开始招聘更多的员工。由于男人要去打仗，生产线的活只能由女人来干。1944年，工厂里一个名叫诺玛·简·莫泰森的小姑娘参与了这款无人机宣传照的拍摄，她就是后来的玛丽莲·梦露。玛丽莲·梦露为OQ2无人机拍摄宣传照，当时美军希望通过拍摄后方工厂女职工的照片以鼓舞前线士气
加上美国的“洲际”TDR以及德国的“深火”等无人机型的出现，无人机的未来看上去一片大好。然而，事与愿违，远程战略轰炸机和弹道导弹走在了无人机前面，既然已经拥有了这些能够远程打击敌方目标的武器，军方自然而然地对无人机失去了兴趣。
这一现象维持了十几年，到20世纪60年代，冷战的对立加剧了两大阵营的不信任，尤其是在技术上占据优势的美国，不断利用U-2和B-47侦察机对苏联等国家进行侦察。可是，当苏联的防空导弹一次次对侦察机构成威胁之后，美军侦察机想要安全突破其领空已经不太可能。于是，美国大幅度提高了无人机的研发速度。
美国空军另辟蹊径，想以无人机侦察苏联及其他社会主义阵营国家，瑞安公司也在1960年7月获得一份合约，专门研制用于侦察的无人机。不久后，瑞安公司推出名为“萤火虫”的“特殊用途飞机”，用来执行侦察任务。称其为“特殊用途飞机”，纯粹是用来掩护它的真正用途。“萤火虫”会挂在一架特别改装的DC-130E“大力神”运输机的机翼下方，发射后按照既定航线飞到目标区上空，照相完毕后再飞到回收区由直升机回收或是放出降落伞落回地面或海上，由回收人员取出机内的底片进行冲洗。DC-130E运输机挂载“萤火虫”无人机，到目标上空后“萤火虫”脱离运输机飞行QH-50无人机不仅可以进行侦察，还能挂载鱼雷攻击潜艇或舰船
越南战争是无人机的首次大规模使用，平均每天都要执行一次任务。与此同时，美国海军也在试验无人直升机。由美国海军主持研制的QH-50被派往越南去搜寻火炮阵地或狩猎潜艇。甚至还有一种设想是用无人机来携带战术核弹，但是这种想法从未付诸实践过。
无人机在当时的应用经历中表现出了极大的不稳定性，美军的无人机在十年当中坠毁了441架，大都是因为无人机的技术原因导致的。也就是说，虽然无人机被造出来了，也用到了战场上，但它仍然是一种不成熟的具有尝试性质的武器。美军从越南撤军后，无人机计划也被束之高阁。
20世纪80年代，以色列在无人机方面的研究开启了现代无人机的大门。这要归功于以色列工程师亚伯拉罕取得的进展，他发明了经久耐用的机体。与此同时，20世纪70年代作为军事技术研发出来的GPS使得无人机变得更加精确了，在卫星中继站的帮助下，无人机可以飞越半个地球。高清摄像机和新的通信情报技术也提高了无人机的能力，使得它们能够跟踪定位个人手机。现在的军用无人机可以窃取从手机通话到电子邮件的各种信息，并执行“猎杀”行动。
以色列在进攻贝鲁特时，使用无人侦察机与由飞行员驾驶的飞机协同行动，同时，还使用小型无人机作为诱饵迷惑敌方的防御力量。很快，以色列取得制空权，为其地面部队展开行动提供了很大便利。
以色列成功运用无人机的经验让美国看到了无人机的未来。从“先锋”无人机到“捕食者”无人机，美军越来越注重无人机在侦察作战中的应用。“9·11”事件之后，美国陷入了长达十余年的反恐战争泥潭，在这场战争中，美军内部形成了一条不成文的规定：依靠情报工作的长期性与准确性，尽可能不让部队处于危险境地，在远离美国本土的战争中实现“零阵亡”。
从那时起，无人机或多或少地被赋予了直接攻击敌方目标的“特权”。尤其是当美军的MQ-1“捕食者”无人机在阿富汗战争和伊拉克战争中被使用以后，更让人们认识到了这种新型武器的威力和作战形式的变化。美海军及海军陆战队采用RQ-2“先锋”无人机作为无人空中侦察系统，主要用于侦察、目标搜索和战损评估等
在公众对远程控制无人机行动的伦理内涵进行质疑的时候，新的挑战又浮出了水面。随着技术的不断进步，无人机会变得越来越自主化，甚至连刺杀的决定都有可能授权给机器人，这被联合国特别报告员谴责为“由算法决定生死”。如果无人机研发的终极成果是可以自主下达杀人命令的机器人无人机，那么本来为避免人员伤亡而被广泛应用的无人机恐怕又会成为恶意的恐怖武器。看来技术是把双刃剑，在解决一个问题的同时，往往会制造出另一个问题。1.4 技术进步促使无人机突破性发展
● 从陀螺仪到卫星定位
对无人机来说，它要做的不仅仅是飞上天，更重要的是需要具备执行各种性质的任务的能力。要完成这些指定的任务，无人机首先得完成准确的飞行。这里所说的“准确”，一方面是要求无人机能够准确地按照指令进行机动飞行，另一方面则是指无人机必须准确地了解自己所处的空间位置，并反馈给指挥站。
20世纪90年代以前，无人机所使用的自动驾驶仪只能依靠自身的惯性测量仪定位。惯性测量仪包括机械陀螺仪、与陀螺仪连接的磁罗盘和压力传感器。整个飞行过程中，惯性测量仪使用陀螺仪来测量物体的加速度和角速度，并用计算机来连续估算运动物体位置、姿态和速度。但是，除了机械本身具有可靠性问题之外，惯性测量仪体积大而笨重，并可能有一些误差，随着飞行时间加长，误差会越来越大，飞行的准确度会降低。早期的惯性测量仪
1995年，全球卫星定位系统（GPS）的到来改变了这种局面。此后，飞机可以用指甲大小的天线接收卫星发出的信号，即时定位自身的位置。该系统的工作原理是：通过多颗人造卫星组成的卫星群，比如用24颗人造卫星组成的全球卫星定位系统、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）全球卫星导航系统、欧洲伽利略（GALILEO）卫星导航系统以及中国的北斗卫星导航系统，接收信号，然后通过GP6特定的通道传输到GPS上。完整的GPS系统不只是太空中的24颗GPS人造卫星，还有地面上的主控站、数据注入站和监测站及作为用户端的GPS接收机
为了准确定位，无人机必须接收至少四颗人造卫星发出的信号，如果能接收到六颗或更多人造卫星发出的信号，则会提高定位的精确度。这种技术起初由美军研发，提供给公众的卫星信号被故意降低了精确度，其误差被控制在100米左右。在2000年5月，美国总统克林顿决定停止人为降低精确度的做法后，卫星定位技术才真正开始蓬勃发展。现在，定位的精确度在10米以内，随着发射信号的卫星数量增多，精确度仍在进一步提高。由四颗人造卫星发出信号，所有区域重合的位置基本上就是精确的定位，卫星数量越多，定位越精确
● 电子元件取代机械组件
传统的机械结构组件在无人机上使用了几十年，比如早期无人机使用的机械结构陀螺仪、加速计或者其他传感器。这类组件本身需要精密的做工和精确的组装，因此在几十年的发展过程中一直很难实现小型化，直到微机电元件出现。微机电陀螺仪成品
以陀螺仪为例，微机电陀螺仪不同于完全依靠机械力的老式陀螺仪，其核心元件是一个经过微加工的机械元件，利用科里奥利力原理把角速率转换成特定感应结构的直向位移，进而取得变化量的信息。它的准确程度要比老式机械陀螺仪高很多，更重要的是，它的尺寸只有老式陀螺仪的几十分之一。如今，微机电陀螺仪广泛用于各种消费性设备，如数码相机的防抖系统、笔记本电脑的硬盘保护、3D遥控器和电子罗盘等，还用在汽车的电子稳定控制系统中，甚至用在自动控制系统中控制机器人手脚的行动和平衡。
类似这样的电子元件还有很多，比如2毫米长的气压计、3毫米大小的加速计……它们的出现令无人机降低了成本，提高了技术水平，迅速掀起了一股无人机风潮。
● 复合材料提高无人机强度
20世纪80年代到90年代，复合材料和高强度塑料开始被广泛使用。复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺制成的，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，比如可以同时具备坚硬与轻盈两种特点。复合材料重量轻，容易塑型，从20世纪80年代开始逐渐取代了用于制造“空中客车”和“波音”飞机的铝、钢和钛。现在，复合材料几乎占飞机总重量的50%。
在复合材料发展早期，其制备和加工比较困难，成本相对较高，常用在航天航空和军事工业上。随着技术发展，现在复合材料生产加工技术已经相对比较成熟，从而迅速拓展到民用产业。在民用市场上，复合材料以碳或玻璃纤维管或片的形式销售，这两种材料也是制造多旋翼无人机的主要原材料。A350飞机的材料比例1.5 民用无人机逐渐兴起
● 军用无人机小型化
21世纪之初，军用无人机在战场上纵横披靡之时，也促进了民用无人机的诞生。
由于驻伊拉克、驻阿富汗美军对无人机的需求大幅增长，诸多美国公司看到了其中的商机。专用型无人机性能较好，但军方当时使用的诸如“全球鹰”“捕食者”等无人机造价高昂，制造周期较长，并不利于迅速装备。美国著名的防务技术公司SAIC集团另辟蹊径，将民用“超级运动”496型运动直升机改造成无人机。这种超轻型无人机重约272千克，空中逗留时间2.5小时，巡航速度111千米/小时，最大时速166千米。“超级运动”无人机，由于无需飞行员驾驶，因此座舱为封闭型
这种直接利用小型民用飞机改装而成的无人机最大的特点是造价便宜，单价仅5万美元，其设计初衷是面向业余航空爱好者，因此操作极为简单。SAIC公司认为这些特点对军方同样极具吸引力。该机改进后可携带68千克负载（包括射线探测器、化学战剂探测仪和旋转式摄像机等常用侦测设备），滞空时间还可以通过改进延长至9小时。美国陆军正式采购该机后将其改名为“治安官”502型，专用于寻找伊拉克境内的生化武器踪迹。
即使经过改造，这类无人机对很多民用用途来说仍显得太大了。怎样才能进一步缩小无人机的体积呢？集成电路、微电子等技术的发展已经为更小型的无人机做好了准备。
● 各国民用无人机起步
早期航空技术解决的是无人机能够飞行的问题，20世纪80年代以来现代技术的发展为无人机实现更优良的飞行性能、更高的可靠性提供了条件。一是不断发展的自主飞控技术、急剧提升的计算机处理能力推动无人机向智能化发展，真正成为“会思考”的空中机器人；二是高速宽带网络数据链实现无人机组网和互相联通，使无人机编组、空地装备联合成为可能；三是材料科学和微机电技术促进无人机使用更轻的材料和传感器，进一步减轻无人机平台重量、提高精确度；四是电池续航能力的大幅提升以及新能源技术赋予无人机更长的飞行时间。
由于军用无人机在执行任务时表现出了显著优势，民用各行各业对无人机的应用也翘首以盼。但相比军用无人机近百年的发展历史，民用无人机在20世纪80年代军用无人机的现代系统得到大发展的基础上才开始尝试应用，到如今在各领域全面开花只有二三十年的时间。
日本的民用无人机开发较早。1983年雅马哈公司采用摩托车发动机，开发了一种用于喷洒农药的无人直升机，1989年该无人机成为首架成功用于试飞的无人直升机。2002年CERP公司开发了一款JAXA多用途民用无人机。2003年开始，耗时3年，岐阜工业协会先后开发了4代无人机产品，主要应用于森林防火、地震灾害评估等领域。雅马哈公司研制的用于喷洒农药的无人直升机
2003年，美国宇航局牵头成立世界级无人机应用中心，专门研究装有高分辨率相机、传感器无人机的商业应用。2007年森林大火肆虐时，美国宇航局使用“伊哈纳”无人机来评估大火的严重程度，以及进行灾害的损失估算工作。2011年墨西哥湾钻井平台爆炸后，艾伦实验室公司的无人机协助溢油监测和溢油处理等。近年来，美国国家海洋和大气管理局用无人机追踪热带风暴的有关数据，借此完善飓风预警模型。
以色列也专门组建了一个民用无人机及其工作模式的试验委员会，2008年为“苍鹭”无人机颁发非军事任务执行证书，并与有关部门合作开展多种民用任务的试验飞行。“伊哈纳”无人机是从MQ-1“全球鹰”无人机改造而来的民用型号，NASA主要用其进行环境监测
欧洲在2006年制定并即刻实施了“民用无人机发展路线图”，之后欧盟拟筹建一个泛欧民用无人机协调组织，为解决最关键的无人机空中安全和适航问题提供帮助。
我国在民用无人机方面起步也很早，尤其是近年来发展较快。20世纪80年代，我国就将自行开发的无人机（脱胎于军用机型）在地图测绘和地质勘探中做了尝试。近些年，专为民用研制的“黔中”1号无人机于2010年顺利首飞；2011年问世的“蜜蜂”28号无人机，可全自主起飞、着陆、悬停和航路规划，能用于农业喷洒、电力巡检、防灾应急、航拍测绘、中继通信等作业。
对于民用领域，无人机仅仅是一个飞行平台，其功能归根到底要通过机载系统中的任务载荷设备来完成。
● 消费级无人机越来越流行
对整个民用无人机产业来说，无人机的爆发式发展也就是近10年的事情。受益于无人机各方面技术的成熟和成本的大幅下降，在世界各地出现了越来越多的无人机厂商，不断推出越来越具有性价比的民用无人机。
民用和消费级无人机市场的兴起，和硬件产业链的成熟、成本不断下降密不可分。随着移动终端的兴起，芯片、电池、惯性传感器、通信芯片等产业链迅速成熟，成本随之下降，使智能化进程得以迅速向更加小型化、低功耗的方向迈进，这也给无人机整体硬件的迅速创新和成本下降创造了良好条件。
● 芯片—— 目前一个高性能FPGA芯片就可以在无人机上实现双CPU的功能，以满足导航传感器的信息融合，实现无人飞行器的最优控制。
● 惯性传感器—— 随着苹果公司在iPhone上大量应用加速计、陀螺仪、地磁传感器等，MEMS惯性传感器从2011年开始大规模兴起，6轴、9轴的惯性传感器也逐渐取代了单个传感器，成本和功耗进一步降低，成本仅为几美元。对无人机来说十分重要的GPS芯片仅重0.3克，价格不到5美元。
● Wi-Fi等无线通信—— Wi-Fi等通信芯片用于控制和传输图像信息，通信传输速度和质量已经可以充分满足几百米的传输需求。
● 电池—— 电池能量密度不断增加，使得无人机在保持较轻重量的前提下，续航时间能有25～30分钟，达到可以满足一些基本应用的程度。此外，太阳能电池技术使得高海拔无人机可持续飞行一周甚至更长时间。
● 相机—— 移动终端的应用同样促进了锂电池、高像素摄像头性能的急剧提升和成本的下降。
正是这些技术直接催发了小型民用无人机的诞生、发展，并让其在短短几年中成为“爆款”。1.6 无人机的软硬件构成
无人机有各种各样的形式，可分为固定机翼无人机和旋转机翼无人机，也就相当于传统飞机形式无人机和直升机式无人机。它们在机翼形式和外形上有所不同，但核心系统几乎没什么差别。（1）无人机硬件系统
无人机的硬件系统，如果是固定机翼的无人机，就具备类似有人固定翼飞机的机体、机翼、尾翼等结构；若是旋转机翼的无人机，除了机体部分外，还有一个或多个螺旋桨。固定机翼的无人机，具备传统飞机形式的机翼、飞翼旋转机翼无人机，包括传统可变桨距式机翼、固定桨距多旋翼等
整个无人机是由硬件和软件一起构成的。尤其是安装于机体内部的电子设备，往往需要相应的软件系统配合，才能让设备的硬件性能达到最佳，从而使无人机能够完成许多复杂的指令。（2）飞行控制系统
在无人机的机载系统中，其核心当属安装在机体内部的各种设备，最重要的部分就是飞行控制系统和传感器。
飞行控制系统，简称飞控，相当于无人机的神经中枢，它不仅能保证飞机的基本稳定性，还是无人机自动巡航的控制中心。不管是对于固定机翼无人机，还是对于多旋翼无人机，飞行控制系统都会起到举足轻重的作用，如果没有飞行控制系统，无人机就只是一台普通的遥控飞机，毫无特色。可以说，飞行控制系统是无人机区别于航模的重要标志。
固定翼无人机的飞行控制通常包括方向、副翼、升降、油门、襟翼等控制舵面，通过舵机改变飞机的翼面，产生相应的扭矩，控制飞机做转弯、爬升、俯冲、横滚等动作。
传统直升机形式的无人机通过控制倾斜盘、油门、尾舵等，使飞机做转弯、爬升、俯冲、横滚等动作。多轴形式的无人机一般通过控制各轴桨叶的转速来控制无人机的姿态，以实现转弯、爬升、俯冲、横滚等动作。
在飞行控制系统中，包括了若干的传感器。其中，有几种传感器是无人机飞行必备的，比如压力传感器、加速度仪、陀螺仪、电子罗盘等。这些传感器对无人机非常重要，它们样式各异，所起到的作用也各不相同。压力传感器控制着无人机的飞行高度，即无人机相对于出发点的高度。同样控制着无人机飞行高度的，还有加速度仪，它还有着另一个作用，就是对无人机的倾斜度进行实时测量。陀螺仪和电子罗盘则分别对无人机的旋转角速度和地磁场强度进行测量，进行自动校准和偏差的补偿，保证无人机的正常飞行作业。（3）导航系统
导航系统是无人机的“眼睛”。导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态，引导无人机按照指定航线飞行，相当于有人飞机系统中的领航员。无人机的导航系统主要分非自主（GPS等）和自主（惯性制导）两种，目前很多无人机都采用两种导航形式相结合的形式，因为仅仅依靠GPS比较容易受到干扰，而无人机自主的惯性制导则有着误差积累增大的缺点。利用无人机的GPS模块，可以实时记录无人机的飞行轨迹、空间位置等信息
对于一些特别追求导航精度的无人机来说，最典型的就是军用无人机，要求其必须具备障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能，因此导航系统也需要具备高精度、高可靠性、高抗干扰性能，多种导航技术结合的“惯性+多传感器+GPS+光电导航”系统是必不可少的。（4）联络系统
要保证无人机升空后能够顺利接收指令，确保飞行的准确性，就需要具备可与地面联络的系统。无人机配备着双向联络系统，即上行联络与下行联络。上行联络也就是控制站或者遥控器发出的指令，下行联络则是无人机发回信息和数据的传输。联络系统是无人机的重要技术组成，负责完成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输，上行数据链实现对无人机的遥控，下行数据链执行遥测、数据传输功能。普通无人机大多采用定制视距数据链，而中高空、长航时无人机则都会采用视距和超视距卫通数据链。
联络系统具体的组件有无线电接收器、调制解调器以及视频发射器。它们分工明确，对往来信息进行发送、接受和处理。现代数据链技术的发展推动着无人机数据链向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展，无人机实用化能力将越来越强。
除了以上提及的组件和装置以外，无人机还有其他的一些机动化组件，包括飞行电池、控制器、功率箱、引擎、螺旋桨等。1.7 航模是无人机吗
如果仅从表面来看，航模和无人机一样，都是使用遥控器在地面操作，控制飞机在空中按照指令完成飞行动作。因此，很多人不禁产生了疑问，那么航模到底算不算无人机？航模和无人机又有什么区别呢？
我国对于航模的规定是航空模型要在视距内飞行，也就是说人站在所在位置看航空器，与航空器距离不超过500米，相对高度不超过120米。
航模具有这些特点：第一，航模要在视距内飞行；第二，航模是需要遥控的；第三，航模只能用于训练、比赛和娱乐、航空体育运动等，不能进行商业飞行。
除了这些规定性的差异，航模和无人机更多的区别在于其飞控系统和任务载荷的不同。类似这样的航模基本属于玩具类（1）飞控系统
飞控系统是无人机和航模最大的区别。无人机上面有飞控系统，相当于无人机上装有一个相当于飞行员的“电子飞行员”，因此也可以叫自主飞行控制。航模上则没有飞控系统。从这个意义上来说，具有飞控系统的航模可以称为无人机；而无人机一旦去掉飞控系统，就与航模没什么两样。（2）任务载荷
无人机并不只是仅仅能做到飞行而已，大到十几米长的大型军用无人机，小到可以用手机操作的四轴娱乐无人机，它们都被赋予了一定的用途，针对这些用途，无人机上会安装特定的装置。比如军用无人机需要安装侦察设备，包括各种可见光和红外相机、雷达、电子摄像机、遥感装置等，或者携带导弹、火箭弹之类的武器；农业方面应用的植保无人机则会携带喷洒农药的设备；小型的四轴无人机也会安装带有摄像机的云台。这些装置令无人机能够在飞行过程中按照指令完成相应的工作，对地面进行侦察、攻击、拍摄和其他一些工作。
航模一般不会携带这类装置，而且由于它的飞行高度、飞行距离都在视距内，根本不可能完成这些高难度的工作。无人机则不同，它可以通过无线电、地面站指挥，利用飞控系统自主飞行，按照指令完成相应的工作，并在完成之后自己返回。
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