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2023-01-31
這架國產(chǎn)飛機(jī)看上去一點(diǎn)都不“高大上”，但是……
更新時(shí)間：2022-06-23 07:38:12作者：佚名
【文/ 觀察者網(wǎng)專欄作者 張仲麟】
當(dāng)6月18日大家忙于清空自己的購物車時(shí)，一架藍(lán)白相間的飛機(jī)從跑道上沖上藍(lán)天成功首飛，巧合的是起飛時(shí)間正好是早上6點(diǎn)18分。
一年一度的年中購物狂歡與飛機(jī)首飛的關(guān)系并不僅僅局限于湊巧都是“618”，更關(guān)鍵地，它是無人運(yùn)輸機(jī)，也許幾年之后的618我們購買的東西就是由它運(yùn)輸了。
成功首飛的TP500無人運(yùn)輸機(jī)是由設(shè)計(jì)了運(yùn)20的一飛院主導(dǎo)研發(fā)的，也是首個(gè)完全以民航適航標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，進(jìn)行正向研發(fā)的無人運(yùn)輸機(jī)。TP500能裝載500公斤的貨物，并執(zhí)行半徑500公里的物流運(yùn)輸任務(wù)，而最大航程可以達(dá)到1800公里。
雖然TP500無人運(yùn)輸機(jī)看起來是個(gè)使用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)布局固定翼飛機(jī)，甚至在一般人看起來會(huì)覺得有些“l(fā)ow”：這飛機(jī)是電風(fēng)扇啊（指活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳），連電吹風(fēng)都不是（指噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)），而且機(jī)翼還是平直的，看著和二戰(zhàn)的飛機(jī)差不多啊。
但中國老話說得好，不能以貌取人。雖然TP500看著是個(gè)挺“老土”的，背后的技術(shù)含量與前景可不容小覷。
雖然這TP500看起來頗有點(diǎn)無人版初教6這種活塞發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)的意思，但兩者差得可多了（本文圖片由作者收集）
正向研發(fā)與使用場景
在TP500無人運(yùn)輸機(jī)的宣傳報(bào)道中，有一個(gè)不引人注意的點(diǎn)，那就是強(qiáng)調(diào)TP500無人運(yùn)輸機(jī)是正向設(shè)計(jì)的。正向設(shè)計(jì)這個(gè)說法并不常見，更為公眾所熟悉的是逆向設(shè)計(jì)這個(gè)詞，而逆向研發(fā)往往被簡單理解為“山寨”、“照抄”。當(dāng)然逆向設(shè)計(jì)并不等于“山寨”，而“正向設(shè)計(jì)”也并不是“逆向設(shè)計(jì)”的反義詞。
要說正向設(shè)計(jì)這事，得先從工程研發(fā)的流程說起。一個(gè)項(xiàng)目要立項(xiàng)，首先要進(jìn)行可行性分析，確定這東西是否可行。在立項(xiàng)之后則是進(jìn)行需求分析，隨后根據(jù)需求拆分各個(gè)系統(tǒng)，確定各個(gè)子系統(tǒng)的需求然后做總體設(shè)計(jì)方案。在確定了總體設(shè)計(jì)方案之后才是進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，從小到大一步步組裝。
也就是說，正向設(shè)計(jì)的流程是從大到小一級(jí)級(jí)進(jìn)行拆分。舉個(gè)例子就是：我們要造飛機(jī)，這飛機(jī)要達(dá)成什么樣的指標(biāo)，為了達(dá)成這指標(biāo)我們要用什么發(fā)動(dòng)機(jī)、什么構(gòu)型，隨后再是進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。
因此正向設(shè)計(jì)的好處就是，一切都圍繞著項(xiàng)目的需求轉(zhuǎn)，以滿足使用場景，而不是如逆向設(shè)計(jì)那樣，為了能用上某個(gè)核心系統(tǒng)而水多加面、面多加水。具體到TP500無人運(yùn)輸機(jī)上，正向設(shè)計(jì)使其每一個(gè)設(shè)計(jì)都圍繞著設(shè)計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)，以最大程度地發(fā)揮其在使用場景下的效率。
A10攻擊機(jī)的設(shè)計(jì)很大程度上就是圍繞著那挺GAU8機(jī)炮而展開，使得其他設(shè)計(jì)給這門機(jī)炮做了不少讓步，比如前起落架給GAU8機(jī)炮讓空間，圖片來源：美國空軍
無人運(yùn)輸機(jī)一直是這幾年的熱點(diǎn)項(xiàng)目，從解決“最后一公里”運(yùn)輸?shù)亩噍S無人機(jī)到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的固定翼無人機(jī)，甚至還有空投大型載荷、神似彩虹4無人機(jī)的貨運(yùn)無人機(jī)，一時(shí)之間堪稱百花齊放，國內(nèi)國外兩開花。
然而，這些無人運(yùn)輸機(jī)要么使用場景極為復(fù)雜，目前無法大規(guī)模應(yīng)用，要么是用現(xiàn)有無人機(jī)平臺(tái)或有人運(yùn)輸機(jī)平臺(tái)改造而來，在使用場景上多少有些水土不服，這也是半路出家所必然產(chǎn)生的問題。而國外那些看起來頗為高大上的貨運(yùn)無人機(jī)，基本都還停留在PPT與CG階段。
用多軸無人機(jī)來解決“最后一公里”送貨上門雖然是個(gè)很好的想法，但多少有些費(fèi)操作員，而且城市環(huán)境下樓房對(duì)多軸無人機(jī)信號(hào)的影響也是一言難盡
拿現(xiàn)成大型無人機(jī)平臺(tái)改的運(yùn)輸無人機(jī)進(jìn)行空投運(yùn)輸吧，總讓人懷疑這是不是東風(fēng)快遞的新裝備
至于拿運(yùn)五改造的FH98無人機(jī)，受限于運(yùn)五平臺(tái)先天不足，無法用集裝箱器，只能散貨艙裝載，需要人工裝卸
而國外的固定翼無人運(yùn)輸機(jī)方案，看著科幻是科幻了，問題是只停留在畫大餅階段
相比之下，一開始就從零開始，正向設(shè)計(jì)的TP500無人運(yùn)輸機(jī)就沒有半路出家所帶來的種種不便了，可以讓每一處設(shè)計(jì)都為無人空中運(yùn)輸服務(wù)。
TP500的一大特色就是其機(jī)身不是常見的橢圓橫截面，而是方型橫截面。這是因?yàn)門P500設(shè)計(jì)之初就是準(zhǔn)備配套集裝箱器進(jìn)行使用，方型橫截面機(jī)身可以將飛機(jī)體積的利用率達(dá)到最大，而不是如圓形或橢圓機(jī)身那樣在裝載方型集裝箱器時(shí)有大量空間被浪費(fèi)——空間的浪費(fèi)往往意味著效率的下降。而TP500的機(jī)尾折開式艙門也是為在如此小的飛機(jī)上使用集裝箱器以及裝卸效率的最大化而設(shè)計(jì)的。
波音747貨機(jī)的貨倉橫截面示意圖，可見貨艙內(nèi)有不少空間被浪費(fèi)
為了方便裝卸，TP500機(jī)身可以折開作為貨艙門
這里可以清楚看到，方型截面機(jī)身使得裝載集裝箱器時(shí)空間利用率達(dá)到了最大化，而可以折開的機(jī)身使得裝卸效率較散貨艙人工裝卸提高了很多
對(duì)于貨運(yùn)飛機(jī)來說，成本以及運(yùn)輸效率是非常敏感的，但是對(duì)于時(shí)間有時(shí)候并不是那么敏感——一小時(shí)就到與兩小時(shí)才到很多時(shí)候并沒有本質(zhì)區(qū)別，但如果后者能讓運(yùn)輸成本大幅下降，那么使用運(yùn)載量更為靈活的無人運(yùn)輸機(jī)則具備極大的吸引力。因此TP500使用的動(dòng)力是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，使其使用成本可以壓到很低。
根據(jù)制造商壹通無人機(jī)介紹，使用TP500進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)可以將運(yùn)輸成本壓到和干線噴氣運(yùn)輸機(jī)相近的成本（如波音737改裝的貨機(jī)），但其使用靈活性則比干線噴氣貨機(jī)高了不少。
無人運(yùn)輸體系的前景
目前主流民用與軍用無人機(jī)都是需要人員操控的，屬于“人在回路中”。雖然說著“無人”但只是飛行器上無人，依然需要地面操作員進(jìn)行操控，比較費(fèi)操作員。而TP500無人運(yùn)輸機(jī)相較其他無人運(yùn)輸機(jī)最大的優(yōu)勢，則是其高度智能化的自主飛行能力。
據(jù)媒體介紹，TP500無人機(jī)在多數(shù)場景下可以根據(jù)自然環(huán)境、航路情報(bào)進(jìn)行自主決策和飛行，而地面人員在必要時(shí)刻則能隨時(shí)介入來接管飛行。這代表著TP500無人機(jī)是一種“人在回路外”無人機(jī)，起飛、巡航、降落整個(gè)流程都可以在無人介入的情況下完成，只有在突發(fā)緊急情況下才需要人工介入操控。這代表著一個(gè)操控站可以同時(shí)監(jiān)控多架甚至十幾架無人運(yùn)輸機(jī)，且只需要關(guān)注飛行狀態(tài)，極大提升運(yùn)行效率。
人在回路中的無人機(jī)往往天上一架飛機(jī)地上一套操控，只是把天上的飛行員換成地上的操作員
完全自主飛行并執(zhí)行任務(wù)，一直是無人機(jī)發(fā)展的目標(biāo)
TP500的問世代表著從起飛到降落整個(gè)流程都可以自主進(jìn)行，這使得其在應(yīng)用上具有極大的想象空間。目前已經(jīng)有大型無人物流倉庫與中轉(zhuǎn)站了，而TP500使用的模塊化集裝箱器也非常適合無人設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化裝卸。這些如果結(jié)合起來，那就能實(shí)現(xiàn)科幻電影與游戲中的場景了：無人倉庫自動(dòng)分揀物品，由無人裝卸車裝載到無人運(yùn)輸機(jī)上再由無人運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)綆装俟锿獾牧硪粋€(gè)無人倉庫，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)物流運(yùn)作。
無人倉庫早已成為了現(xiàn)實(shí)
不斷穿梭于物流中心之間的無人運(yùn)輸機(jī)，或許很快會(huì)從游戲變成現(xiàn)實(shí)
TP500使用的是活塞動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，而且其構(gòu)型決定了低速性能好，對(duì)跑道要求也低，甚至一段幾百米長的筆直公路就能讓其起降。低起降場地需求讓物流中心配套建設(shè)短跑道以供TP500起降并不困難，甚至如果使用更適應(yīng)惡劣地形的起落架，以TP500的構(gòu)型在平坦草地上起降也并非不可能，畢竟現(xiàn)在的起落架一看就是為跑道起降設(shè)計(jì)的。
與有人干線貨機(jī)比起來，TP500的優(yōu)勢領(lǐng)域無疑是高密度小流量中短程空中物流運(yùn)輸。而在國內(nèi)最適合這一場景的，無疑是地形地貌復(fù)雜的西南地區(qū)。雖然近幾年國家在西南地區(qū)進(jìn)行大量基建建設(shè)使得西南地區(qū)地面交通改善許多，但復(fù)雜地形與惡劣地質(zhì)條件所帶來的困難依然存在，而這也正是西南地區(qū)支線航空發(fā)達(dá)的原因——地面開車九轉(zhuǎn)十八彎，天上兩點(diǎn)一線直接就到。
正是基于同樣的原因，TP500這類低起降需求的無人運(yùn)輸機(jī)在西南地區(qū)那是廣闊天地、大有可為，甚至可以期待下TP500直接降落在村口的公路上，裝上新鮮采摘的特色農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)往物流中心再發(fā)往全國各地的場景。
當(dāng)然，TP500的500千克載量對(duì)于貨機(jī)來說實(shí)在有些不夠看。但TP500有著濃重的技術(shù)驗(yàn)證色彩，只是一系列的起點(diǎn)。根據(jù)制造商壹通無人機(jī)公司的介紹，載重量在2-10噸的無人運(yùn)輸機(jī)也在規(guī)劃之中，而運(yùn)載能力為2噸的TP2000無人運(yùn)輸機(jī)已在研發(fā)。相比500公斤載量的TP500，具有2噸運(yùn)載能力的TP2000無疑有更高的效能，也會(huì)更受市場歡迎，甚至一定程度上替代干線貨機(jī)在物流運(yùn)輸中的位置。
軍民融合大有可為
當(dāng)我看到TP500首飛的報(bào)道時(shí)，首先浮現(xiàn)在腦海中的是一篇六十多年前的著名通訊《為了六十一個(gè)階級(jí)兄弟》。這篇家喻戶曉的報(bào)道講述了山西陸平縣發(fā)生大規(guī)模食物中毒急需特效藥救命，而藥則需要從北京調(diào)配。在所有人的努力之下，空軍特別調(diào)配的運(yùn)輸機(jī)將載著特效藥的箱子連夜空投了過去，及時(shí)挽救了大量生命。
不論在60年前還是在現(xiàn)在，偏遠(yuǎn)地區(qū)高時(shí)效性的應(yīng)急物資需求是始終存在的，可能在草原上，可能在高原上，也可能在海島上，這就將是TP500這類無人運(yùn)輸機(jī)大顯身手的時(shí)候了。
TP500作為一個(gè)通用無人運(yùn)輸平臺(tái)，自身也有著不小的發(fā)展空間，將其從集裝箱器裝卸改為空投物資在技術(shù)上不存在任何難度，而將目前適合跑道起降的起落架改為適應(yīng)野戰(zhàn)機(jī)場甚至平坦草地起降的起落架也不存在任何障礙，二戰(zhàn)時(shí)期大量的經(jīng)驗(yàn)證明，草地起降正是這類輕型活塞飛機(jī)最拿手的活了。
極高的靈活性及自主飛行能力和低成本，使得用無人運(yùn)輸機(jī)執(zhí)行南海島嶼以及邊境偏遠(yuǎn)哨所的補(bǔ)給任務(wù)成為了理所當(dāng)然的事。筆者2021年年初在西藏旅游，在雅魯藏布江的佛掌沙丘參觀時(shí)，看到一架陸航米8直升機(jī)沿江飛行，后來看軍報(bào)報(bào)道時(shí)才得知，當(dāng)時(shí)某處大雪封路無法給哨所補(bǔ)給，于是使用直升機(jī)空運(yùn)進(jìn)行補(bǔ)給。目前來看，TP500完全可以勝任這樣的任務(wù)，完成末端補(bǔ)給任務(wù)。
傳統(tǒng)構(gòu)型的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)對(duì)于起降場地的要求那是低的離譜
當(dāng)然，對(duì)于可以自主飛行的無人運(yùn)輸機(jī)——或者說無人機(jī)——的軍民融合應(yīng)用，我們格局要放得大一點(diǎn)，不僅僅局限于運(yùn)個(gè)貨送個(gè)快遞。既然可以在完全自主飛行的情況下運(yùn)輸載荷，那自然也具備了在完全自主的條件下將載荷（不論這載荷是什么）投送到指定位置的能力。
基于無人運(yùn)輸機(jī)自主飛行的控制律研發(fā)及使用經(jīng)驗(yàn)，將其成果應(yīng)用到其他空中無人飛行載具平臺(tái)上也是情理之中。畢竟大家干的都是將載荷送到特定位置的活，至于送達(dá)的載荷是什么，在扔下去時(shí)也基本沒啥差別。
“開門！送快遞的！”
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