我16歲作為知識(shí)青年從杭州支邊下鄉(xiāng)到寧夏‘修理地球’,與農(nóng)結(jié)緣至今已48年,現(xiàn)在美國(guó)United States Sugar Corporation從事甘蔗品種管理和育種工作,農(nóng)業(yè)成了我的終身職業(yè)。我還有一項(xiàng)終身愛好 ━ 航模,那始于50多年前我上小學(xué)時(shí)。
1976年參加了由國(guó)家體委和總參舉辦的全國(guó)航模工作者會(huì)議后,我申請(qǐng)并承擔(dān)了寧夏科委下達(dá)的“農(nóng)用遙控飛機(jī)超低量噴霧”自治區(qū)科技攻關(guān)項(xiàng)目,并完成了飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制作和試飛。由于工作變動(dòng), 此項(xiàng)目未能繼續(xù)。以今天的眼光看,當(dāng)時(shí)研制的飛機(jī)是落后了,但這很可能是中國(guó)農(nóng)用無人機(jī)的的首次嘗試。在世界上我亦尚未查到更早的報(bào)道 （不包括70代初無人機(jī)飛噴滅蚊試驗(yàn)）。到美國(guó)數(shù)年后我又重啟舊愛,用業(yè)余時(shí)間設(shè)計(jì)、制作了多型農(nóng)用無人機(jī),用于航拍作物生長(zhǎng),濕地保護(hù),采集空中病菌孢子樣本, 飛噴除草劑,殺蟲劑等。終身職業(yè)和終身愛好使我對(duì)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用有了特別的關(guān)注和感情,在此愿分享我對(duì)農(nóng)用無人機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展的了解和想法。
一、國(guó)外農(nóng)用無人機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展
農(nóng)用無人機(jī)就機(jī)型可分成固定翼和旋翼機(jī)兩大類。它們各有所長(zhǎng),應(yīng)根據(jù)地域和作業(yè)要求確定機(jī)型。當(dāng)前的現(xiàn)狀是旋翼機(jī)多于固定翼機(jī)。日本的RMAX是其中的佼佼者,也是被別國(guó)復(fù)制最多的機(jī)型。
按功能,農(nóng)用無人機(jī)可分成農(nóng)事操作和農(nóng)田信息搜集兩大類。農(nóng)事操作即用無人機(jī)來代替某些人力的田間作業(yè),以解決勞力不足,效率偏低,質(zhì)量不高,作業(yè)人員安全等問題。比如噴灑農(nóng)藥、微量元素葉面噴施、播種等。這類無人機(jī)最好是專用型的。農(nóng)田信息搜集,即用遙感技術(shù)及時(shí)準(zhǔn)確地收集農(nóng)田信息,其范圍小至葉綠素含量,大到作物群體生長(zhǎng),土壤濕度等。這是是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) (Precision Agriculture) 的核心技術(shù)之一,是一個(gè)新的領(lǐng)域,而無人機(jī)是這個(gè)領(lǐng)域不可或缺的主要工具之一。相對(duì)于有人機(jī),無人機(jī)作為遙感設(shè)備的載體,具有成本低,機(jī)動(dòng)靈活,使用方便等優(yōu)點(diǎn),還可彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感的不足。從事農(nóng)田信息收集的無人機(jī)可以是通用型的。其應(yīng)用難點(diǎn)是如何對(duì)遙感信息作出與作物生長(zhǎng)/土壤情況相對(duì)應(yīng)的定量分析從而來指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。
當(dāng)前國(guó)外農(nóng)用無人機(jī)規(guī)模化的商業(yè)應(yīng)用寥寥無幾,日本是第一個(gè),遙遙領(lǐng)先其它國(guó)家。亞馬哈（Yamaha）于1983年根據(jù)日本農(nóng)林水產(chǎn)省的要求開始研發(fā)農(nóng)用無人機(jī),其無人直升機(jī)RMAX自1990年進(jìn)入市場(chǎng)(之前有R-50),到2003年無人直升機(jī)在日本的飛噴面積首次超過了有人直升機(jī)。據(jù)2010年統(tǒng)計(jì),無人直升機(jī)飛噴覆蓋率已達(dá)到全日本農(nóng)田的30%,其中RMAX占90%以上。此外韓國(guó)亦已起步。我看到國(guó)內(nèi)一些關(guān)于無人機(jī)的文章說,在美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍應(yīng)用無人機(jī)于農(nóng)業(yè)。這是一個(gè)錯(cuò)覺,實(shí)際上,目前歐美無人機(jī)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用都處于試驗(yàn)或零星使用階段,更無商業(yè)化生產(chǎn)的農(nóng)用無人機(jī)。當(dāng)前美國(guó)對(duì)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的研究基本上集中在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)即農(nóng)田信息收集方面。至于無人機(jī)飛噴試驗(yàn)極少,其原因是在可預(yù)見的將來沒有可觀的市場(chǎng)。這和國(guó)情有關(guān):第一,美國(guó)使用有人農(nóng)用飛噴機(jī)(Crop duster)，其數(shù)量完全滿足市場(chǎng)所需;第二，對(duì)于大片農(nóng)田,就目前而言有人機(jī)飛噴比無人機(jī)高效經(jīng)濟(jì)。
國(guó)際無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)會(huì)（Association for Unmanned Vehicle Systems International AUVSI）已將無人機(jī)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用列為無人機(jī)系統(tǒng)三個(gè)重點(diǎn)開發(fā)的民用領(lǐng)域之一。而且認(rèn)為無人機(jī)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用將占無人機(jī)民用市場(chǎng)的80%。AUVSI 是世界上最大、最有權(quán)威的無人機(jī)系統(tǒng)（包括空中，地面，水下無人機(jī)）學(xué)會(huì)。該學(xué)會(huì)下設(shè)了一個(gè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)委員（Precision Agriculture Committee）我是9人委員之一。
二、對(duì)中國(guó)農(nóng)用無人機(jī)發(fā)展的幾點(diǎn)看法
中國(guó)無人機(jī)近幾年發(fā)展迅猛,這是廣大無人機(jī)工作者辛勤努力的結(jié)果。作為一個(gè)長(zhǎng)期的關(guān)注者和實(shí)踐者,我敬佩他們的開拓和敬業(yè)精神。我亦非常羨慕他們,因?yàn)橹袊?guó)政府對(duì)農(nóng)業(yè)的重視（連續(xù)十年,中央一號(hào)紅頭文件都是關(guān)于農(nóng)業(yè)的）和中國(guó)農(nóng)業(yè)對(duì)無人機(jī)的需求遠(yuǎn)高于美國(guó),農(nóng)用無人機(jī)在中國(guó)前途無量。相對(duì)于其他行業(yè)，農(nóng)業(yè)有其特殊性。尤其是在中國(guó)這樣一個(gè)幅員廣闊,農(nóng)業(yè)條件千差萬別的國(guó)家。需要我們深入了解農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的特點(diǎn),將無人機(jī)這一現(xiàn)代技術(shù)和農(nóng)業(yè)這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)有機(jī)地結(jié)合在一起,因地制宜,開發(fā)出適合中國(guó)農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用機(jī)型。這在農(nóng)用無人飛噴機(jī)的設(shè)計(jì)上尤為關(guān)鍵。
可喜的是當(dāng)前在國(guó)內(nèi)已有很多無人機(jī)農(nóng)田飛噴試驗(yàn)和局部應(yīng)用,但幾乎都是直升機(jī),不知是否受日本的影響。中國(guó)和日本農(nóng)情不同,北方農(nóng)牧區(qū)土地之廣闊,平坦是日本無法相比的。在這些地區(qū)使用固定翼無人機(jī)會(huì)比直升機(jī)更高效，快速，低成本。我曾和美國(guó)一有人農(nóng)田飛噴機(jī)公司的老板/飛行員談過, 他說直升機(jī)飛噴的成本要比固定翼機(jī)高4–5倍,而且要比固定翼機(jī)慢得多。這也是我一直專攻適合中國(guó)農(nóng)村的固定翼無人飛噴機(jī)的原因之一。過去幾年，我設(shè)計(jì)制作的CH-P系列原型機(jī)，在美國(guó)做過實(shí)用飛噴除草(特殊地點(diǎn))，在中國(guó)南方,北方的蔗田,桔園,稻田等分別做過模擬試噴和實(shí)噴試驗(yàn)，效果都不錯(cuò)。
除了飛噴,對(duì)無人機(jī)遙感收集農(nóng)田信息這一塊的研究應(yīng)給于極大的注意和加強(qiáng)，以提高農(nóng)業(yè)管理及操作的精準(zhǔn)性,科學(xué)性，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。目前有關(guān)這一領(lǐng)域的研究似乎相當(dāng)薄弱。
對(duì)研發(fā)固定翼農(nóng)用無人飛噴機(jī)來說，要著重于優(yōu)越的超低空性能，快速爬升機(jī)動(dòng)能力，大載重比及在農(nóng)村土路上優(yōu)越的短距起降能力，而不是飛得高,快,遠(yuǎn)。以我設(shè)計(jì)制作的CH-P08無人機(jī)為例，自重23公斤，有效載荷12公斤。自重和載重之比不到2:1，作業(yè)高度3–5米。遇田頭防護(hù)林可以近80度角瞬間爬升趨避。該機(jī)在不平整的土路和小石子路上滿載起飛滑行不超過25米，降落使用襟翼和空中剎車，滑行距離亦大致如此。滑行道可窄至4米?，F(xiàn)在有些農(nóng)用無人飛噴機(jī)并非為農(nóng)業(yè)量身定做，而是萬金油式的，這就難于充分顯示農(nóng)用無人飛噴機(jī)的優(yōu)越性。舉例來說，要搞轟炸機(jī)就必須以轟炸為主功能來設(shè)計(jì)。你不能要求轟-K6能與F-16在空中纏斗。要搞潛水艇就必須以水下戰(zhàn)斗力為主來設(shè)計(jì)。你不能說我這潛水艇還能在水面與驅(qū)逐艦對(duì)抗，你是能打一下，但能打贏嗎？在這一點(diǎn)上，日本的做法值得我們參考。RMAX之所以非常成功，原因之一它從開始就是瞄準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需求而設(shè)計(jì)并改進(jìn)的。
經(jīng)濟(jì)性和耐勞性是農(nóng)用飛噴無人機(jī)研發(fā)不得不首先考慮的。農(nóng)用無人機(jī)的市場(chǎng)是農(nóng)業(yè)/農(nóng)村，服務(wù)對(duì)象是農(nóng)民。軍用無人機(jī)的市場(chǎng)是軍方，服務(wù)對(duì)象是國(guó)家。這兩者在資源擁有上有天壤之別。農(nóng)用飛噴無人機(jī)若要大面積推廣，根本點(diǎn)在八個(gè)字 “農(nóng)民用得起，用得好”。因此農(nóng)用無人機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)， 農(nóng)民的投入與產(chǎn)出之比是商業(yè)化大量使用的關(guān)鍵所在。這一點(diǎn)我在美國(guó)也反復(fù)強(qiáng)調(diào)并獲同行認(rèn)可。我提出耐勞性是因?yàn)槠浞浅Ｖ匾稚形吹玫阶銐虻闹匾暋Ｓ腥宿r(nóng)田飛噴機(jī)一天要飛幾十個(gè)架次，而且很多是在農(nóng)村土路上起降。無人機(jī)也應(yīng)參照同樣標(biāo)準(zhǔn)。因此在在翼型選擇，機(jī)體氣動(dòng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和動(dòng)力配置上要適應(yīng)密集的,高強(qiáng)度的短距起降。助推,彈射,汽車助跑,傘降等起降方式因費(fèi)時(shí)均不適合固定翼農(nóng)用飛噴無人機(jī)。以CH–P08為例,載12公升農(nóng)藥,作業(yè)飛行速度約100公里/小時(shí),噴幅5米。超低量(ULV）噴施按理論計(jì)算覆蓋率達(dá)750畝/小時(shí)。除去拐彎,起降,重裝等因素，有效覆蓋率約在150–300畝/小時(shí),若以一天8小時(shí),32個(gè)起落算可噴1200–2400畝。另外過多的機(jī)組人員,過長(zhǎng)的飛行前準(zhǔn)備時(shí)間都不符合經(jīng)濟(jì)耐勞的原則。我們每次飛噴試驗(yàn)，機(jī)組就兩人。到現(xiàn)場(chǎng)后能較快地進(jìn)入飛噴。農(nóng)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)在觀看了CH-P08和另一旋翼機(jī)的飛噴試驗(yàn)后說“還是這個(gè)好,簡(jiǎn)單方便,快”。當(dāng)然CH-P08還有不少改進(jìn)之處。比較理想的,也是我想做的是有效載荷20–25公斤,在不窄于5.5米的土路上起降距離不超過30米。一天能覆蓋2000–4000畝。如果載重量在50公斤以上,成本以及對(duì)跑道的要求會(huì)有較大幅提高。
感謝東龍杯征文賽使我有機(jī)會(huì)通過這樣一個(gè)平臺(tái)闡述我對(duì)中國(guó)農(nóng)用無人機(jī)的一些想法,拋磚引玉,和大家共同探討,如能對(duì)國(guó)家農(nóng)用無人機(jī)的發(fā)展盡到綿薄之力,心愿足矣。
