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2016年01月23日 星期六 13:54 PM

無人機百年史話
無人機百年史話

編者註:儘管無人機進入民用是最近 10年 的事情,但這項技術的歷史已經有一個世紀跨度,還跟特斯拉、肯尼迪、瑪麗蓮·夢露等人扯上關係。我們可以通過此文來回顧無人機這百年的歷史。

2003年,美國入侵伊拉克的時候,當時的進攻部隊裏面只有少量的無人機。到了 2010年 時,五角大樓已有將近 7000 架無人機。而現在,美國的軍用飛機裏面每 3 架就有 1 架飛機是不需要飛行員的。美軍無人機,尤其是捕食者和死神無人機的使用推動了這一技術革命。為了說明這些新武器的影響,我們可以看看美軍在巴基斯坦的無人機行動,這些行動殺死的人數已經比 1999年 北約主導的對前南斯拉夫的戰爭中死亡的人數還要多。

展望未來,將來的天空也許都是機械人作戰,但回顧過去,無人機技術已有百年的歷史。這一技術的基礎首先是由天才發明家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)打下的-1898年,特斯拉在麥迪遜花園廣場引入了無線控制技術。特斯拉很快就意識到他的發明有潛在的軍事用途,指出這項技術可以讓人建造毀滅性的遠程武器,其威懾力與毀滅性如此之大,以至於按照他的想象,“足以導致國家間實現永久和平。”(註:從目前來看,特斯拉的想象暫時還沒有實現,不過攜帶核武器的無人機技術上是可以實現的。但是相對而言導彈要比無人機攜帶效果更好)

無人機百年史話

特斯拉在麥迪遜廣場花園首度演示通過無線遠程操控一條船

同樣在這種世紀末狂熱的推動下,英國工程師 Archibald Montgomery Low 也意識到將飛機與無線通訊結合的潛能。一戰開始時,他拿下了一份建造遠程飛行武器摧毀德國齊柏林飛艇的單子。然後他試驗了各種設計,但是成功者寥寥無幾,很多原型都墜毀了。儘管 Low 能夠證明飛機可以利用特斯拉的無線電波進行操控,但他的反飛艇武器一直都沒有達到可以量產的程度。由於這種設備設計目的就是用來自毀的,所以它在概念在很多地方都跟現代火箭或巡航導彈更接近。但不管怎樣,Low 的機器可以被視為戰鬥無人機的最早先驅。

在另一個大洲那邊,有一位發明家也在進行着確保無人安全飛行的努力。一度被稱為 “美國發明家縮影” 的 Elmer Sperry 興趣十分廣泛,從廢金屬回收到為美國海軍研發探照燈都有他的身影。對遠程遙控甚至是無人駕駛概念着迷的他意識到,需要有一套有效的穩定機制。在海軍的支持下,Sperry 開始了陀螺儀的實驗,1915年 的首次測試就顯露出了成功的希望,Sperry 跟另一位工程師 Peter Cooper Hewitt 一道研發出了一款 “航空魚雷”,這是一種裝填滿炸藥的,小型額無人駕駛飛機。不到一年的時間他們已經可以準備好向美國海軍軍備局的 T.S. Wilkinson 進行原型展示了。這個機器帶有一對機翼,是通過彈射器發射的。在精密氣壓計的輔助下,它可以爬升到規定的高度。一旦到達目標高度,有一個機械計數器就會計算航空魚雷要飛多遠才能到達目標。設備然後就可以按照設定投彈或者沖向目標爆炸自毀。儘管行動期間不會有飛行員冒生命危險的有點顯而易見,但美國海軍對 Sperry 這項發明的精確度並不感冒。但隨着美國準備要參戰,Sperry 最終說服了美國政府,讓後者投入幾千美元來開發一套可自動駕駛或通過無線電遠程操控的系統。海軍也看到了它在對重兵把守的潛艇基地(如德國黑爾格蘭島)發動猛烈襲擊的潛力。Sperry 在紐約 Copiague 機場設立了一個營地,但他的無人機項目很快就遇到了嚴重問題。其中一個問題是怎麼發射設備。他們試過彈射裝置和鐵軌,但是發現都有問題。讓這個東西飛上天的困難還掩蓋了另一個複雜問題:機身的空氣動力特性是不夠的。幾次發射都搞砸了之後,Sperry 意識到自己必須更加註意飛機的設計。他做出了一款以水上飛機 Curtiss N-9H 為基礎的原型機,上面有一個駕駛座和一根操縱桿。發明家的兒子冒險試飛了這家飛機。第一次試飛時,Lawrence Sperry 駕駛的飛機栽了跟頭並墜毀了。但奇迹的是,他在墜毀中毫髮未損,並志願進行而第二次嘗試。他設法讓飛機替代品飛上了天,但當他切換到自動飛行時,飛機又開始傾斜翻滾了。他設法從機器手中搶回控制,重新讓飛機找到平衡,並安全降落。儘管 Sperry 心靈手巧且不乏拚命的勇氣,他的項目到最後燒光了錢也沒有轉化為成果。但還是有過勝利時刻的。1918年3月6日,Sperry 的一家無人機按照程序飛行了 3000 英尺並優雅地落入了書中。這是有記載的第一次無人機飛行,儘管隨後未能成功複製這次試驗。

航空魚雷從未接近過給戰爭做過貢獻,但另一套競爭的系統差點就看見在戰場上的使用了。美國空軍也開始對無人機技術感興趣。他們聯繫了 Charles Kettering(創新家)建造一架帶戰鬥部的有翼無人機,這就是後來的 “Kettering Bug”。這款設備的早期原型是用類似混凝紙的材料中做成的,後來又改用為木材。跟 Sperry 的飛機類似,他們也利用了陀螺儀來穩定飛機。自動駕駛儀是用控制用飛行儀錶以及從自動鋼琴上面拆下來的風箱湊成的。這個玩意兒可以拋掉機翼然後俯衝向目標。項目還招聘了 Elmer Sperry 和 Orville Wright(奧威爾·萊特,現代飛機之父)兩位工程師。

隨着測試的進行,空軍意識到工程師還沒有解決一個妨礙了航空魚雷研發的問題。在一次演示過程中,一架無人機失去了控制,翻滾着沖向了檢閱台旁邊,Kettering 的團隊躲過一劫。在解決了讓原型失衡的問題后,工程師們最終攢足了信心將一批無人機送往前線。Kettering 把自己最得力的幹將之一-Henry Arnold 派往歐洲,希望說服對方使用這種飛機。但 Arnold 還沒出發就染上了西班牙流感,這讓他耽擱了一個月。而等他一個月後姍姍來遲到西部前線時,停戰協定已開始生效。Kettering Bug 最終一次行動都沒執行過。

無人機百年史話Kettering Bug試飛

戰爭結束后,Sperry 的航空魚雷有繼續研發了一段時間,但最後停止了。電影膠片記錄了研發過程中遭遇的各種挑戰。在十幾次的試飛當中只有 1 次是成功的,斑駁的畫面顯示,無人機晃晃悠悠地沖向了天空,但卻一直在搖搖欲墜。在那個時代,這項技術終於還是因為野心過大而失敗了。

無人機重新進入美軍的軍火庫很大程度上是因為一個不大可能成為軍火商的人的心靈手巧:英國演員 Reginald Denny,好萊塢默片時代的明星之一。用鉛筆畫的鬍子,咧嘴而笑的臉,再加上笨拙的體型,他以喜劇演員的身份出現在公眾眼前,飾演的都是搞笑但有點蠢的英國人角色。但曾經是一戰皇家飛行軍團一員的 Denny 是一名狂熱的飛機愛好者,隨後對玩具飛機產生了強烈的興趣。據他後來講述,他對玩具飛機的興趣是偶然形成的-有一次他看見一個男孩想讓自己的玩具飛機飛起來。本想幫忙的 Denny 卻不小心把飛機給砸壞了。於是他跑去商店到處去找合適的玩具飛機想給小孩換一架,這位演員隨後就迷上了航模。

1930年 代的時候,玩具飛機使用軟木做成的,一般用橡皮筋來做動力,所以飛得不是很遠。Denny 倒騰了一下之後對這種技術產生了濃厚的興趣,還帶動了 Jimmy Stewart 和 Henry Fonda 兩位演員。Denny 甚至還成立了自己的公司 Denny Radioplane Company,並在好萊塢林蔭大道的一家店裡賣起了縮小比例的飛機模型。更多的高檔型號還裝配了由工程師 Walter Righter 設計的微型引擎,Denny 還從他那裡取得了專利權。終於有一次這位演員靈機一動,想到製造無線遙控航模可以用來給防空訓練當靶機。他把這個想法告訴了美國軍方,但卻收到了對方冷淡的回應。不過,隨着二戰的開始,他接到了大規模生產這種無人機的訂單。隨後幾年,Denny 的公司發展到了百萬美元規模,生產了成千上萬架靶機。通過彈射裝置發射的這種無人機由操作員遠程控制,然後遙控這些飛機進入防空炮的覆蓋範圍。當時他們有一項功能是全新的:他們給飛機配了降落傘,所以可以重新使用。出於這個原因,Denny 的遙控飛機 OQ2 是第一款大規模製造的符合現在定義的無人機。而當時其他的類似設備都是按照自毀設計的。隨着這家遙控飛機公司生意日漸興隆,它開始招聘更多的員工。由於男人要去打仗,生產線的活就由女人來干。1944年,Norma Jean Dougherty,也就是後來的瑪麗蓮·夢露,開始在 Denny 位於 Burbank 機場附近的一個廠房輪班。後來,給軍方雜誌 Yank 工作的攝影師被他的指揮官羅納德·里根(註:後來的美國總統)派到 Denny 的工廠去拍攝。這位攝影師發現了 Dougherty,請她拿着無人機螺旋槳拍了一張照片。很快他又說服她為自己後面更多的拍攝當模特,這就是夢露演員生涯的第一站了。

無人機百年史話瑪麗蓮·夢露與 OQ2

另一項二戰無人機計劃則受到了納粹德國重大威脅的推動。1940年 代中期,納粹工程師開始了遠程火炮的研發,這種武器因為非常新穎且十分秘密,所以只知道叫做 Vergeltungswaffen(報復性武器)。生產這些武器的地方都有重兵把守,所以去那裡執行轟炸任務是有致命風險的。大概到了 1943年9月,送抵盟軍最高指揮部的航拍照片顯示,納粹在法國 Pas-de-Calais 省 Mimoyecques 附近正在精心搭建一處設施。有超過 1000 名工人(其中很多都是囚犯)參與到挖掘一個複雜的地道系統的任務當中。地面上開來了軍用卡車,運來了神秘的炮管和金屬鐵軌。盟軍分析推斷,這個地方是用來作為 V1 火箭的發射場的。實際上,這個東西的毀滅性比 V1 還要強。它的代號是 Fleissiges Lieschen,或叫做 Busy Lizzie,將要成為全世界最強大的超級火炮,本來是想用不間斷炮轟摧毀倫敦的。用每小時幾百發的炮彈而不是轟炸機炸平英國首都,這就是希特拉的計劃。

無人機百年史話用 PB4Y-1 “解放者” 改造的無人機

受到這種武器 10 幾次打擊之後,盟軍遭遇了重大損失,決心部署一種革命性的新武器。Project Anvil(鐵砧項目)想要實現的似乎是一項不可能完成的任務:對敵人發動自殺式攻擊但不能損失一位飛行員。其想法是對戰疲了的 PB4Y-1 “解放者” 轟炸機和堡壘轟炸機進行改造,去掉飛機一部分內部結構,給它裝配上一套由滑輪和發動機組成的系統,然後讓伴飛的飛行員在另一架飛機上通過無線遠程遙控這些飛機。不過這些無人機最創新的元素卻是一台電視攝像機,它可以實時將圖像從前錐體傳送到伴飛的飛機的操作員那裡。當時的電視機還是個新玩意兒,尚未在消費者市場大規模出現。這台攝像機被用來引導找到納粹的超級大炮基地,然後無人機帶着腹中數噸的高能炸藥呼嘯而下,頃刻間將這些巨獸的藏身之地炸了個稀巴爛。不過儘管無人機擁有致命的殺傷力,但有個缺點不容忽視:不能自己起飛。所以首先要飛行員坐在這些無人機裏面把飛機開上天並保持航線。一旦把無人機引導到目標方向,飛行員就激活遙控轉向系統然後自己跳傘返回。轟炸 Mimoyecques 的行動中,美國海軍選了唯一適合的一個人去執行任務。生於 1915年 的 Joseph “Joe” Kennedy(約瑟夫·喬·肯尼迪)是約翰·F·肯尼迪的哥哥,他志願去英國執行危險行動,幫助消滅位於北海的德國潛艇。雖然那時候他已經可以回國,但仍自告奮勇參與這次針對德國超級火炮基地的無人機攻擊行動(註:其實是因為後來當了美國總統的弟弟由於魚雷艇被日軍擊沉后勇救部下搶了總統呼聲最高的哥哥的風頭)。1944年8月12日,肯尼迪與經驗豐富的武官登上了一架解放者無人機,開着它滑出了跑道。機艙裝載着 10.6 噸的 Torpex (高性能炸藥)。他們起飛后,8 架飛機也加入了進來:其中有 4 架野馬戰鬥機,2 架 “蚊” 式偵察機,以及 2 架 PV-1 控制機(每架都裝有一套無人機遙控裝置以防設備失效)。靠近英國海岸后,Willy 中尉開始裝填炸藥。他還激活了 “block”,這是電視攝像機的代號。一旦他的工作完成後,兩位飛行員就準備要跳傘了。肯尼迪把飛機拉到了 600 米的高度。他發出了 “zoot suit” 的無線電信號,表示他們已經準備好了。但是 2 分鐘后,無人機爆炸了。爆炸的威力如此之大,以至於 2 英里範圍外的地方都能找到飛機殘骸。而大部分的部件像雨點一樣落到了 New Delight Wood 密林中,森林馬上火光一片,並且給 147 棟房子造成了損壞。肯尼迪和他的副駕一同遇難。據專家推斷,這次爆炸很可能是因為電視攝像機部件發出的電脈衝觸發了其中一個引爆裝置的保險而引起的。不管原因怎樣,鐵砧項目還是被中止了。

無人機百年史話約瑟夫·喬·肯尼迪

結果證明,美國在太平洋的另一項競爭計劃更加成功。海軍讓 Interstate Aircraft and Engineering Corporation 造了一批攻擊無人機。因為軍方要求不能用戰爭相關的關鍵部件,機身、機翼選材不是金屬而是硬化的木頭,然後由 Wurlitzer Musical Instrument Company 的專家進行壓制。雖然用來製造 Torpedo Drone TDR-1 的材料看起來很怪異,但它的內部機制卻是當時最先進的,裝配了無線電控制、電視攝像機、以及雷達跟蹤裝置。“令我們所有人印象最深刻的是,” 一位操控員回憶道:“這是一項最高機密。我們不能討論有關它的任何東西。哪怕是相互之間都不行。” 準備部署到拉塞爾群島后,這些無人機開對日軍的防空設施發動攻擊。無人機先是由地面工作人員發射出去,然後再把控制交給蹲在 TBM 轟炸機機艙毯子上的飛行員,後者一邊盯住淡綠色的屏幕上無人機的攝像機回傳過來的圖像,一邊用控制桿來控制無人機。但這支特遣部隊很快水面充當日軍防空炮警戒的擱淺船隻擊中。因為在藍天下的飛機很容易就成為攻擊目標。但在單色屏幕里想要在叢林中找出偽裝的目標卻是另一回事。儘管面臨諸多挑戰,但 TDR-1 的戰績還是相當令人滿意的,有 21 次直接命中目標。更重要的是,在這些攻擊行動中沒有美國人犧牲,突出了這種武器的潛力。

無人機百年史話前錐體安裝了電視攝像機的 Torpedo Drone TDR-1

隨後由於遠程轟炸機和彈道導彈的出現,軍方對武裝無人機失去了興趣。不過儘管軍方對無人機胃口漸失,流行文化卻到處充斥着這種殺人機器。在 1953年 的電影《機械人怪物》中,一位機械人試圖消滅地球最後的一戶家庭。

而在 1954年 的電影《Target Earth 》中,來自金星的機械人入侵了地球,而在《Kronos》(1957)中,外星人派遣了一支龐大的機械人隊伍到地球,去榨乾那裡的能源供應。與此同時,經常光顧電影院的人開始沉溺於這些未來啟示錄,其中有一個人對機器崛起成為現實後會發生什麼進行了認真的思考。他就是科幻小說作家阿西莫夫,1942年 他發表的一部闡述了機械人三原則(可被視為是對機械人武器倫理的第一次反思)的短篇小說中創造了 “robotics(機械人)” 和 “posi­tronic(電子人)” 等術語。三原則的第一條說的是機械人不得傷害人類,或看到人類受到傷害而袖手旁觀;第二條,機械人必須服從人類的命令,除非這條命令與第一條相矛盾。第三條:機械人必須保護自己,除非這種保護與以上兩條相矛盾。這三原則至今仍被引用。儘管有人提出,近代無人機並不是機械人,因為它們是由人遠程控制的,且既不能思考又不會自主行動,但無人機的進展已經如此迅速,可能阿西莫夫的原則很快就要派上用場了。

儘管 1950年 代的技術仍無法趕上當時拍電影和寫書的想象,但到 1960年 代早期,在幾架 U2 和 B-47 偵察機被前蘇聯擊落後,這種情況改變了。這些事件令美國軍方和 CIA 意識到有人偵查行動的日益危險。蘇聯的防空導彈經過大幅度改進后,突破其領空已經變得不安全了。於是美國相應也大幅加快了新型無人機的研發工作,而能夠發現蘇聯核導彈基地的 Lightning Bug 無人機的出現讓研發工作達到了高潮。而越戰則是無人機首次的大規模使用,平均每天都要執行一次任務。與此同時,美國海軍也在試驗無人直升機。DASH QH-50 被派往越南去搜尋火炮陣地或狩獵潛艇。甚至還設想過用無人機來攜帶戰術核彈,但是這種想法從未付諸實踐過。在頭幾十年的實踐當中,無人機表現出了反覆無常的個性,總共墜毀了 441 架,大都是因為技術失敗。

無人機百年史話越南上空的 Lighting Bug

隨着冷戰不斷加劇,偵察行動的胃口也變得越來越大,終於導致了超音速無人偵察機的研發。這些東西裏面最神秘的,當屬前蘇聯龐大的圖波列夫圖-123,一種改版的巡航導彈,上面布滿了攝像機和電子嗅探器。這種系統特別昂貴,因為它沒辦法重用,每次出動后都要被丟棄。至今仍不知道這種飛機執行了什麼樣的偵察任務,但幸運的是它從未被偵測到過,因為如果有蘇聯巡航導彈入境的話,西方的預警雷達網幾乎肯定可以識別其機身和飛行模式的。

30年 后,無人機已經變得無所不在。這要歸功於以色列工程師 Abraham Karem 取得的進展。他發明了經久耐用的機體,這東西後來變成了令人生畏的捕食者無人機。升級版的無人機又正好滿足了當時的美國以色列等國不斷膨脹的需要,因為他們認為自己正在面臨 “不對稱” 入侵、尤其是恐怖襲擊的威脅。在這種衝突當中,實時收集情報被認為跟坦克大炮這些武裝一樣的重要。與此同時,1970年 代作為軍事技術研發出來的 GPS 使得無人機變得更加精確了。在德國拉姆斯泰因等美軍基地衛星中繼站的幫助下,無人機可以飛越半個地球。高清攝像機和新的通信情報技術也提高了無人機的能力,使得它們能夠跟蹤定位個人手機,甚至連斷電和拿掉電池都能找得到。現在的軍用無人機竊聽從手機通話到電子郵件的一切東西,並執行 “獵殺” 行動。

在公眾對遠程控制無人機行動的倫理內涵進行質疑的時候,新的挑戰又浮出了水面。隨着技術的不斷進步,無人機會變得越來越自主化。甚至連刺殺的決定都有可能授權給機械人,這被聯合國特別報告員譴責為 “由算法決定生死”。如果無人機開發的終極成果是可以自主下達殺人命令的機械人無人機的話,本來為避免人員傷亡的無人機恐怕又會成為惡意的恐怖武器。看來技術永遠都是把雙刃劍,在解決一個問題的同時,往往會製造出更大的問題。無人機的未來會不會這樣呢?

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來源:36氪 本文編譯自:laphamsquarterly.org,如若轉載,請註明出處:http://36kr.com/p/5042633.html

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