破解珠峰三大難題：大疆無(wú)人機(jī)憑哪些黑科技創(chuàng)最高運(yùn)輸紀(jì)錄？

圖蟲(chóng)創(chuàng)意

珠峰，曾經(jīng)是人類的禁區(qū)，同時(shí)也是很多科技產(chǎn)品的禁區(qū)。畢竟，極高的海拔、惡劣的天氣、復(fù)雜的地形，對(duì)人和物都不友好。不過(guò)就在最近，又有一樣?xùn)|西突破這個(gè)禁區(qū)——它就是無(wú)人機(jī)，還是完全沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊改裝的民用無(wú)人機(jī)。這說(shuō)明什么，說(shuō)明它生而強(qiáng)悍呀。創(chuàng)造這個(gè)壯舉的，沒(méi)有意外，又是咱們中國(guó)的。大疆宣布，近期首次在珠峰南坡地區(qū)完成無(wú)人機(jī)高海拔運(yùn)輸測(cè)試，在海拔5300米至6000米航線上成功實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)輸任務(wù)，創(chuàng)造了民用無(wú)人機(jī)的最高海拔運(yùn)輸紀(jì)錄。在此期間，這架無(wú)人機(jī)完成了懸停、空載飛行及載物飛行的驗(yàn)證，為后續(xù)的實(shí)際應(yīng)用打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的根基。

大疆運(yùn)載無(wú)人機(jī)在珠穆朗瑪峰尼泊爾一側(cè)進(jìn)行物資運(yùn)輸測(cè)試（來(lái)源：視頻截圖）

相信你多半聽(tīng)過(guò)這個(gè)名字——綠色靴子，它可能是珠峰上最著名的地標(biāo)了。但其實(shí)，“它”是一位在攀登過(guò)程中不幸遇難的登山者。珠峰上有很多個(gè)這樣的地標(biāo)，他們之所以在遇難后得不到及時(shí)的救援、去世后無(wú)法回到故鄉(xiāng)，就是因?yàn)橹榉宓膼毫迎h(huán)境，讓救援、轉(zhuǎn)移、運(yùn)送物資變得極其艱難、代價(jià)高昂。隨著國(guó)產(chǎn)無(wú)人機(jī)在性能上的進(jìn)一步提升，是不是也能為登山者提供更可靠、更低廉的物資運(yùn)輸保障，為垃圾清運(yùn)、減少登山活動(dòng)對(duì)環(huán)境的損害，保護(hù)珠峰與自然環(huán)境做出更多的貢獻(xiàn)呢。答案是一定的！

不過(guò)，無(wú)人機(jī)飛上珠峰的難度太大了。主要有三點(diǎn)：稀薄空氣的挑戰(zhàn)、極端氣候的考驗(yàn)，和高精度導(dǎo)航與控制的要求。

作為世界屋脊，珠峰地區(qū)的海拔高度極高，空氣密度較低，大氣含量?jī)H為海平面的三分之一，而無(wú)人機(jī)的飛行則需要由氣流給它帶來(lái)的升力。跟飛機(jī)的機(jī)翼一樣，無(wú)人機(jī)的旋翼也有著特殊的設(shè)計(jì)——旋翼的形狀通常是上表面彎曲、下表面平坦。當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)機(jī)翼時(shí)，上表面的氣流速度較快，壓力較低；下表面的氣流速度較慢，壓力較高。這種壓力差就產(chǎn)生了升力。雖然旋翼葉片的截面形狀和迎角決定了升力的大小，但同樣，旋翼的轉(zhuǎn)速、流經(jīng)旋翼的風(fēng)速、還有旋翼工作時(shí)，它周圍的空氣密度，也會(huì)影響升力的大小。較密的空氣含有更多的空氣分子，能夠提供更多的支撐力，而較稀疏的空氣則正好相反，沒(méi)有那么多的空氣分子來(lái)提供支撐力，升力也就變小了。這意味著螺旋槳需要更高的轉(zhuǎn)速才能產(chǎn)生足夠的升力。我們只有設(shè)計(jì)出更加高效的電機(jī)和經(jīng)過(guò)優(yōu)化的螺旋槳，才能確保在低密度空氣中無(wú)人機(jī)依然能維持穩(wěn)定飛行。與此同時(shí)，機(jī)身還得夠輕夠強(qiáng)，輕量化的復(fù)合材料應(yīng)用，有效降低了整機(jī)重量，使其能夠攜帶更多物資，飛行更遠(yuǎn)距離。

極低溫度的考驗(yàn)對(duì)無(wú)人機(jī)也是致命的，它會(huì)影響電池性能，使鋰電池的化學(xué)反應(yīng)速率降低，電池容量減少，縮短飛機(jī)的飛行時(shí)間。它還會(huì)讓電池的內(nèi)阻增加，導(dǎo)致電壓下降，可能無(wú)法提供足夠的電力給無(wú)人機(jī)的馬達(dá)和電子設(shè)備，影響飛行性能。低溫還會(huì)影響無(wú)人機(jī)的機(jī)械性能，比方說(shuō)使?jié)櫥妥兊谜吵砩踔聊毯螅绊懫溥\(yùn)動(dòng)部件的正常工作。也會(huì)讓一些材料變得脆弱，更容易斷裂或損壞。另外，低溫對(duì)傳感器的精度和速度，對(duì)飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏性，都帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。而珠峰的氣溫可以低至零下40攝氏度以下。無(wú)人機(jī)必須具備耐寒、防水等多重性能。而這，又是輕量化復(fù)合材料的主戰(zhàn)場(chǎng)了，再加上設(shè)計(jì)良好的保溫措施，一起完成了這一關(guān)鍵任務(wù)。還有就是強(qiáng)風(fēng)和暴風(fēng)雪了，強(qiáng)風(fēng)會(huì)干擾無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性、增加無(wú)人機(jī)機(jī)身和旋翼上的機(jī)械應(yīng)力，也可能影響傳感器的精度和圖像質(zhì)量。暴風(fēng)雪則會(huì)額外帶來(lái)負(fù)載增加、視野受阻的影響。所以無(wú)人機(jī)需要具備出色的抗風(fēng)能力，以確保在惡劣氣候條件下依然能穩(wěn)定飛行。這點(diǎn)有多難咱們稍微玩過(guò)一點(diǎn)無(wú)人機(jī)的朋友都有體會(huì)，能在7級(jí)風(fēng)中穩(wěn)如泰山，大疆這次還真就做到了。

最后是導(dǎo)航。珠峰地區(qū)地形復(fù)雜，傳統(tǒng)的GPS信號(hào)可能會(huì)受到干擾，這就要求無(wú)人機(jī)配備多模態(tài)組合導(dǎo)航系統(tǒng)，融合GPS、北斗和慣性導(dǎo)航等多種技術(shù)，才能確保高精度定位和穩(wěn)定的飛行。

這么看下來(lái)，說(shuō)它在全球范圍內(nèi)遙遙領(lǐng)先一點(diǎn)不為過(guò)。雖然國(guó)際上也有一些同類產(chǎn)品，比如Zipline的Zips、亞馬遜和ups的無(wú)人機(jī)、還有Elroy Air的Chaparral等等，它們各自具備不同的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。但大疆的FlyCart 30在高海拔和復(fù)雜環(huán)境下的出色表現(xiàn)，是其他無(wú)人機(jī)望塵莫及的。

現(xiàn)在肯定有朋友有話要講了，那架被NASA發(fā)射到火星上的機(jī)智號(hào)呢？火星的大氣夠稀薄、火星的氣候夠特殊、火星的地形也夠復(fù)雜吧，那咱這款跟它有可比性嗎？

這是一個(gè)好問(wèn)題，我們簡(jiǎn)單展開(kāi)一下。火星大氣確實(shí)更加稀薄，密度僅為地球的1%，所以想要飛起來(lái)就需要更高的旋翼轉(zhuǎn)速和更輕的機(jī)身設(shè)計(jì)來(lái)產(chǎn)生足夠的升力。機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)采用了超長(zhǎng)和高速旋轉(zhuǎn)的雙旋翼設(shè)計(jì)，機(jī)身重量也僅僅只有1.8公斤?；鹦潜砻鏈夭羁蛇_(dá)100攝氏度，對(duì)材料、電池性能、電子設(shè)備、機(jī)械潤(rùn)滑和飛行性能都帶來(lái)了影響。無(wú)人機(jī)就需具備強(qiáng)大的耐溫性能才行。機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)采用了高強(qiáng)度輕量化材料，設(shè)計(jì)上注重保溫和耐溫。再者，由于火星與地球之間的通信延遲，機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)必須具備高度自動(dòng)化和自主飛行能力。它配備了多種傳感器和先進(jìn)的飛行控制算法，能夠在通信延遲情況下獨(dú)立完成飛行任務(wù)。所以本質(zhì)上，機(jī)智號(hào)的技術(shù)水平和創(chuàng)新之處也非常厲害——它不僅優(yōu)化了機(jī)身和旋翼，還擁有強(qiáng)悍的智能控制和能源供應(yīng)系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)，這兩架無(wú)人機(jī)，各自在其特定環(huán)境中展現(xiàn)了卓越的技術(shù)水平。珠峰上的無(wú)人機(jī)主要應(yīng)對(duì)地球高海拔極端環(huán)境，側(cè)重于高效動(dòng)力系統(tǒng)、耐寒抗風(fēng)能力和復(fù)雜地形導(dǎo)航；機(jī)智號(hào)無(wú)人機(jī)則在火星稀薄大氣中飛行，突出旋翼設(shè)計(jì)、輕量化結(jié)構(gòu)和自主飛行能力。二者各有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，代表了人類在不同領(lǐng)域和極端環(huán)境下的科技創(chuàng)新與突破，展示了不同應(yīng)用場(chǎng)景下無(wú)人機(jī)技術(shù)的多樣性和先進(jìn)性，都對(duì)得起遙遙領(lǐng)先的夸贊。

回到咱們自己身上，這次突破不僅有助于提升低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的效率和安全性，更推動(dòng)了無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，強(qiáng)化了我們的科技實(shí)力。未來(lái)，我們期待著無(wú)人機(jī)技術(shù)在更多領(lǐng)域中大放異彩，創(chuàng)造更多奇跡。

本文為科普中國(guó)·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品

作者：科學(xué)火箭叔 科普視頻創(chuàng)作者

審核：戴玉婷 北京航空航天大學(xué) 教授

出品：中國(guó)科協(xié)科普部 監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司