我16歲作為知識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)。我還有一項終身愛好 ━ 航模,那始于50多年前我上小學(xué)時。
1976年參加了由國家體委和總參舉辦的全國航模工作者會議后,我申請并承擔(dān)了寧夏科委下達的“農(nóng)用遙控飛機超低量噴霧”自治區(qū)科技攻關(guān)項目,并完成了飛機的設(shè)計、制作和試飛。由于工作變動, 此項目未能繼續(xù)。以今天的眼光看,當(dāng)時研制的飛機是落后了,但這很可能是中國農(nóng)用無人機的的首次嘗試。在世界上我亦尚未查到更早的報道 （不包括70代初無人機飛噴滅蚊試驗）。到美國數(shù)年后我又重啟舊愛,用業(yè)余時間設(shè)計、制作了多型農(nóng)用無人機,用于航拍作物生長,濕地保護,采集空中病菌孢子樣本, 飛噴除草劑,殺蟲劑等。終身職業(yè)和終身愛好使我對無人機在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用有了特別的關(guān)注和感情,在此愿分享我對農(nóng)用無人機現(xiàn)狀與發(fā)展的了解和想法。
一、國外農(nóng)用無人機現(xiàn)狀與發(fā)展
農(nóng)用無人機就機型可分成固定翼和旋翼機兩大類。它們各有所長,應(yīng)根據(jù)地域和作業(yè)要求確定機型。當(dāng)前的現(xiàn)狀是旋翼機多于固定翼機。日本的RMAX是其中的佼佼者,也是被別國復(fù)制最多的機型。
按功能,農(nóng)用無人機可分成農(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。這類無人機最好是專用型的。農(nóng)田信息搜集,即用遙感技術(shù)及時準(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,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,是一個新的領(lǐng)域,而無人機是這個領(lǐng)域不可或缺的主要工具之一。相對于有人機,無人機作為遙感設(shè)備的載體,具有成本低,機動靈活,使用方便等優(yōu)點,還可彌補衛(wèi)星遙感的不足。從事農(nóng)田信息收集的無人機可以是通用型的。其應(yīng)用難點是如何對遙感信息作出與作物生長/土壤情況相對應(yīng)的定量分析從而來指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。
當(dāng)前國外農(nóng)用無人機規(guī)模化的商業(yè)應(yīng)用寥寥無幾,日本是第一個,遙遙領(lǐng)先其它國家。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,其無人直升機RMAX自1990年進入市場(之前有R-50),到2003年無人直升機在日本的飛噴面積首次超過了有人直升機。據(jù)2010年統(tǒng)計,無人直升機飛噴覆蓋率已達到全日本農(nóng)田的30%,其中RMAX占90%以上。此外韓國亦已起步。我看到國內(nèi)一些關(guān)于無人機的文章說,在美國等西方發(fā)達國家已普遍應(yīng)用無人機于農(nóng)業(yè)。這是一個錯覺,實際上,目前歐美無人機在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用都處于試驗或零星使用階段,更無商業(yè)化生產(chǎn)的農(nóng)用無人機。當(dāng)前美國對無人機在農(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。至于無人機飛噴試驗極少,其原因是在可預(yù)見的將來沒有可觀的市場。這和國情有關(guān):第一,美國使用有人農(nóng)用飛噴機(Crop duster)，其數(shù)量完全滿足市場所需;第二，對于大片農(nóng)田,就目前而言有人機飛噴比無人機高效經(jīng)濟。
國際無人機系統(tǒng)協(xié)會（Association for Unmanned Vehicle Systems International AUVSI）已將無人機在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用列為無人機系統(tǒng)三個重點開發(fā)的民用領(lǐng)域之一。而且認(rèn)為無人機在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用將占無人機民用市場的80%。AUVSI 是世界上最大、最有權(quán)威的無人機系統(tǒng)（包括空中，地面，水下無人機）學(xué)會。該學(xué)會下設(shè)了一個精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)委員（Precision Agriculture Committee）我是9人委員之一。
二、對中國農(nóng)用無人機發(fā)展的幾點看法
中國無人機近幾年發(fā)展迅猛,這是廣大無人機工作者辛勤努力的結(jié)果。作為一個長期的關(guān)注者和實踐者,我敬佩他們的開拓和敬業(yè)精神。我亦非常羨慕他們,因為中國政府對農(nóng)業(yè)的重視（連續(xù)十年,中央一號紅頭文件都是關(guān)于農(nóng)業(yè)的）和中國農(nóng)業(yè)對無人機的需求遠高于美國,農(nóng)用無人機在中國前途無量。相對于其他行業(yè)，農(nóng)業(yè)有其特殊性。尤其是在中國這樣一個幅員廣闊,農(nóng)業(yè)條件千差萬別的國家。需要我們深入了解農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的特點,將無人機這一現(xiàn)代技術(shù)和農(nóng)業(yè)這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)有機地結(jié)合在一起,因地制宜,開發(fā)出適合中國農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟實用機型。這在農(nóng)用無人飛噴機的設(shè)計上尤為關(guān)鍵。
可喜的是當(dāng)前在國內(nèi)已有很多無人機農(nóng)田飛噴試驗和局部應(yīng)用,但幾乎都是直升機,不知是否受日本的影響。中國和日本農(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)使用固定翼無人機會比直升機更高效，快速，低成本。我曾和美國一有人農(nóng)田飛噴機公司的老板/飛行員談過, 他說直升機飛噴的成本要比固定翼機高4–5倍,而且要比固定翼機慢得多。這也是我一直專攻適合中國農(nóng)村的固定翼無人飛噴機的原因之一。過去幾年，我設(shè)計制作的CH-P系列原型機，在美國做過實用飛噴除草(特殊地點)，在中國南方,北方的蔗田,桔園,稻田等分別做過模擬試噴和實噴試驗，效果都不錯。
除了飛噴,對無人機遙感收集農(nóng)田信息這一塊的研究應(yīng)給于極大的注意和加強，以提高農(nóng)業(yè)管理及操作的精準(zhǔn)性,科學(xué)性，經(jīng)濟性和環(huán)保性。目前有關(guān)這一領(lǐng)域的研究似乎相當(dāng)薄弱。
對研發(fā)固定翼農(nóng)用無人飛噴機來說，要著重于優(yōu)越的超低空性能，快速爬升機動能力，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。以我設(shè)計制作的CH-P08無人機為例，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。遇田頭防護林可以近80度角瞬間爬升趨避。該機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?；械揽烧?米。現(xiàn)在有些農(nóng)用無人飛噴機并非為農(nóng)業(yè)量身定做，而是萬金油式的，這就難于充分顯示農(nóng)用無人飛噴機的優(yōu)越性。舉例來說，要搞轟炸機就必須以轟炸為主功能來設(shè)計。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。你不能說我這潛水艇還能在水面與驅(qū)逐艦對抗，你是能打一下，但能打贏嗎？在這一點上，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)計并改進的。
經(jīng)濟性和耐勞性是農(nóng)用飛噴無人機研發(fā)不得不首先考慮的。農(nóng)用無人機的市場是農(nóng)業(yè)/農(nóng)村，服務(wù)對象是農(nóng)民。軍用無人機的市場是軍方，服務(wù)對象是國家。這兩者在資源擁有上有天壤之別。農(nóng)用飛噴無人機若要大面積推廣，根本點在八個字 “農(nóng)民用得起，用得好”。因此農(nóng)用無人機的經(jīng)濟指標(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。這一點我在美國也反復(fù)強調(diào)并獲同行認(rèn)可。我提出耐勞性是因為其非常重要又尚未得到足夠的重視。有人農(nóng)田飛噴機一天要飛幾十個架次，而且很多是在農(nóng)村土路上起降。無人機也應(yīng)參照同樣標(biāo)準(zhǔn)。因此在在翼型選擇，機體氣動設(shè)計，結(jié)構(gòu)強度和動力配置上要適應(yīng)密集的,高強度的短距起降。助推,彈射,汽車助跑,傘降等起降方式因費時均不適合固定翼農(nóng)用飛噴無人機。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,噴幅5米。超低量(ULV）噴施按理論計算覆蓋率達750畝/小時。除去拐彎,起降,重裝等因素，有效覆蓋率約在150–300畝/小時,若以一天8小時,32個起落算可噴1200–2400畝。另外過多的機組人員,過長的飛行前準(zhǔn)備時間都不符合經(jīng)濟耐勞的原則。我們每次飛噴試驗，機組就兩人。到現(xiàn)場后能較快地進入飛噴。農(nóng)場領(lǐng)導(dǎo)在觀看了CH-P08和另一旋翼機的飛噴試驗后說“還是這個好,簡單方便,快”。當(dāng)然CH-P08還有不少改進之處。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,成本以及對跑道的要求會有較大幅提高。
感謝東龍杯征文賽使我有機會通過這樣一個平臺闡述我對中國農(nóng)用無人機的一些想法,拋磚引玉,和大家共同探討,如能對國家農(nóng)用無人機的發(fā)展盡到綿薄之力,心愿足矣。
