Elmer Sperry 与无人飞行器：发明陀螺仪的他如何打造战争利器？

2024-07-04 06:04:52 职场话题 0 60

陀螺仪的发明者埃尔默·斯佩里的任务是制造一架可以发射和引爆弹头的无人驾驶飞行器。

贝特曼/CORBIS

1898 年，麦迪逊广场花园的第二个版本才建成 8 年。在那里，在一个专门为他建造的室内池塘岸边，古怪而又才华横溢的发明家尼古拉·特斯拉放出了一艘奇怪的金属船，并让它在水面上飞驰。但是他是怎么做到的呢？许多目瞪口呆的旁观者想知道他是否能够用意念控制这艘船。事实上，特斯拉使用无线电波来引导他的发明，美国专利号 613,809 — 可以说是世界上第一个机器人。特斯拉创新地使用无线电波来实现对飞行器的远程控制，可以合法地称为无人机驾驶的曙光 [来源：PBS]。

当然，下一步就是让飞行器升空。

无人机驾驶的起源可以追溯到飞机本身的起源。其共同点是军事。监视、侦察、轰炸和战斗的风险非常高，因此从空战初期开始，军事战略家们就一直在思考如何让飞行员离开飞机，安全地降落在地面上。

第一次世界大战期间，陀螺仪的发明者埃尔默·安布罗斯·斯佩里受命为海军开发一架无人双翼机。斯佩里和他的儿子劳伦斯组建了一个团队，开始在纽约长岛进行研究和开发。他们的想法是用弹射器发射无人驾驶飞机，遥控飞行 1,000 码（914 米），然后让飞机俯冲并引爆弹头。随后，飞机坠毁一空，每次尝试都以失败告终。最终，在 1918 年 3 月，他们的一架飞机飞过了 1,000 码（914 米），俯冲到选定的目标上，然后恢复并降落。这是第一架真正的无人驾驶飞机。或者，用专家的话来说，这是无人驾驶航空系统的开端 [来源：Barnhart]。

早期无人机（如斯佩里开发的无人机）的问题在于，它们在战斗中太不可靠。虽然美国海军确实研发了一款攻击无人机，并在二战期间部署在太平洋战区，但 20 世纪上半叶军方使用的大多数无人机都是作为飞行员训练的目标练习 [来源：Barnhart]。

冷战时期，更先进的无人机开始用于侦察和监视。如今，现存的无人机中超过 90% 用于数据收集，无论是军事、执法还是环境监测机构 [来源：Barnhart]。

内容

无人机飞行员频谱

业余爱好者和商业无人机飞行员可以用无人机捕捉到令人惊叹的图像。

marekuliasz/iStock 编辑/Thinkstock

美国军方使用无人机袭击海外目标的行为引起了很大争议。空军无人机飞行员被称为“扶手椅杀手”，而飞行员坐在内华达州的控制台前扣动扳机杀死巴基斯坦人，这一事实在许多人看来令人不安的冷漠和冷酷。但许多（如果不是大多数）无人机飞行员实际上并没有直接参与杀戮行动。他们的工作是执行监视任务，收集有关世界各地潜在威胁的数据。

不管怎样，无法回避的事实是，许多士兵在家里醒来，开车几分钟到达工作地点，然后驾驶昂贵的飞行器环游世界，然后回家吃晚饭。现代军用无人机飞行员的工作与我们想象中的战斗机飞行员大不相同。

而另一个极端则是无人机爱好者。这些爱好者通常是自学成才，甚至可能自己制造无人机并自学使用。或者，至少，以前是这样。多年来，人们一直在通过遥控制作和驾驶模型飞机，但随着智能手机技术的出现以及配备摄像头的廉价现成四轴飞行器的出现，无人机驾驶的爱好才真正开始兴起。内置的无人机摄像头激励着飞行员冒险拍摄老式模型飞机飞行员很少拍摄到的精彩镜头。

现行规定并不完善，而且不断变化，但一般来说，无人机飞行高度不得超过 400 英尺（120 米），必须始终能够看到无人机，并且必须将其保持在距离当地机场 5 英里（8 公里）的范围内。直到 2015 年 2 月，执法人员一直在对违反这些规定的业余飞行员处以高额罚款 [来源：Fitzpatrick]。

介于士兵和爱好者之间的是商业飞行员，他们中的许多人通过航空摄影和电影摄影谋生。尽管联邦航空管理局 (FAA) 有关商业无人机的新指南要到 2017 年才会生效，但商业无人机驾驶领域仍在迅速发展。我们将在下一页更深入地讨论这个问题。

最后，还有第四类无人机飞行员——无人机本身。理论上，可以绘制 GPS 坐标，然后简单地让无人机自行飞行到目的地。最大的障碍就是障碍物。你需要飞行员来操作监视器，并密切注意树木、电线、高层建筑和其他无人机等障碍物。但新的微型 3-D 摄像头技术已经使无人机能够“看到”路径上的障碍物并采取规避行动 [来源：Finley]。无人机自行飞行的未来可能并不遥远。

军用无人机飞行员

拉斯维加斯的美国军方飞行员驾驶高科技“捕食者”无人机飞越阿富汗上空，该无人机配备有红外摄像机、静态相机和两枚导弹。

来源：Veronique de Viguerie/Getty Images

两名年轻男子坐在内华达州沙漠中一间阴暗、散发着恶臭的房间里。他们正在看阿富汗某处一间泥屋的图像。他们手边是一架强大的无人驾驶飞行器 (UAV) 的控制器，这架飞行器在小屋上方的天空中盘旋着，看不见。他们已经盯着这间小屋几个小时了，除了几只山羊之外，什么也没有动静。最后，他们被告知，情报来源确定里面有叛乱分子，他们需要摧毁这个地方。他们用激光照射小屋的一角，从无人机上发射了一枚地狱火导弹。一瞬间，他们看到有东西从房子里冲了出来。是小孩还是狗？然后它就不见了。房子成了废墟，他们看到的人或物也消失了。官方报告中没有提到这个冲出去的身影，但这一事件仍然困扰着高级飞行员布兰登·布莱恩特，他是当天控制这间小屋的两名人员之一 [来源：Power]。

在全国各地空军基地的无光、无窗的箱子里，人们穿着连体飞行服坐在椅子上，观看从世界另一端传来的明亮屏幕图像。这些飞行员控制着在叙利亚、伊拉克、巴基斯坦和全球其他热点地区上空巡逻的无人机。飞行员们大多数时间都在收集数据，但有时他们也会向军事目标发射导弹。他们每天在岗位上待命长达 13 到 14 个小时，连续六天。平均而言，无人机飞行员的飞行时间是传统空军飞行员在驾驶舱中飞行时间的三倍 [来源：Terkel]。

长时间工作，加上他们周围环境与工作带来的现实后果之间奇怪的脱节，导致他们感到无聊和压力。最糟糕的是，他们得不到尊重。无人机飞行员因为玩电子游戏而不是飞行而被同龄人嘲笑，他们越来越疲惫不堪。

最近，空军在招募新的无人机飞行员来替代退休或辞职的飞行员方面遇到了麻烦。问题已经达到了危机的程度，空军部长黛布拉·李·詹姆斯公开宣布他们将把奖励工资增加一倍以上（达到每月 1,500 美元）。空军需要 1,200 多名无人机飞行员，但截至 2015 年 1 月，他们只有 988 名 [来源：Terkel]。

增加工资可能还不够。在担任无人机战士六年后，资深飞行员布莱恩特离开了空军，他拒绝了 109,000 美元的奖金以继续飞行 [来源：Power]。

无人机飞行员培训

目前，美国有 300 多家机构已获得美国联邦航空管理局的许可，可以使用无人机进行教学和研究。学生在学校期间可能会欠下一些债务，但毕业后他们很可能会找到高薪工作。

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随便选一场灾难，9/11？卡特里娜飓风？福岛？当救援队在废墟中艰难前行时，配备摄像机的微型直升机在被毁坏的建筑物上上下下，进出人类无法快速到达或难以到达的残骸。使用这样的机器人，救援队在灾难现场的表现提高了 9 倍。你经常会看到罗宾·墨菲博士驾驶着这些直升机。墨菲博士是德克萨斯 A&M 大学机器人辅助搜救中心 (CRASAR) 的创始人，也是救灾机器人领域的领军人物之一。她的 CRASAR 中心自成立以来直接参与了无数救灾行动 [来源：CRASAR]。

墨菲还是 A&M 大学的一名教师，她负责指导学校计算机科学项目的研究生。A&M 是 358 所美国公共机构之一，其中包括 14 所大学和学院，这些机构拥有 FAA 许可，允许出于教学和研究目的飞行无人机。其中一些机构（包括几所社区学院）设有无人机飞行员培训项目，但只有三所学校提供该领域的学位：堪萨斯州立大学、北达科他大学和安柏瑞德航空大学。这些项目不仅包括广泛的飞行模拟——例如，在安柏瑞德航空大学，学生还必须积累 13 个工程学学分，以确保他们彻底了解无人机系统 [来源：Raftery]。

堪萨斯州立大学的一名新毕业生背负了 6 万美元的学生贷款，但很快就找到了一份年薪六位数的军方工作 [来源：Raftery]。虽然这位毕业生表示，他希望最终能在民用市场找到工作，但目前，他找到的工作都是军方的，目前还没有真正意义上的民用无人机飞行员市场。

大学和其他机构开始提供培训课程，因为他们预计商用无人机的使用将大幅增长。事实上，每个对无人机有所了解的人都在期待这种繁荣。他们只是在等待联邦航空管理局将其合法化。

无人机飞行员的未来

谷歌和亚马逊预见了未来包裹运送无人机的使用。

Maciej Frolow/摄影师之选/Getty Images

2015 年 2 月底，美国联邦航空管理局 (FAA) 输掉了一场官司，这对商业无人机飞行员具有重要影响。该案法官表示，如果不允许公众发表意见，FAA 尚无法规范无人机的使用。这意味着许多无证运营的 10,000 美元罚款已被撤销。无人机企业家可以重新开始从事房地产公司和广告公司的航空摄影等业务 [来源：Kravets]。

但他们仍在灰色地带运作。联邦航空管理局一直在努力制定新的法规来管理无人机技术，但他们的工作尚未完成。2015 年 2 月 15 日，该机构发布了一项提案，允许重量低于 55 磅（25 公斤）的商用无人机随意飞行 [来源：Levin]。

该提案还降低了对无人机飞行员的预期要求，他们无需获得执照。相反，操作员必须通过书面测试，证明他们对航空信息有基本的了解，包括空域分类、无线电通信和应急程序 [来源：Fung]。但实际规定可能还要几年才会生效。

由于缺乏官方监管，保险公司一直在制定自己的规则，制定涵盖日益普及的商业无人机使用的保单。购买保险的企业家们都秉持着一个历史悠久的假设，即你不能违反尚不存在的规则。许多人将自己的业务外包给航空摄影、测绘和勘测。但参与无人机飞行的人们预计，从农业喷洒到消防、救护车服务到包裹递送，无人机还将有各种各样的其他应用 [来源：Levin]。

众所周知，在线零售巨头亚马逊已经宣布了其创建无人机送货系统的意图，该系统可以让包裹在下单几分钟后送到您家门口。谷歌也加入了竞争，并正在积极试验无人机送货系统。该公司预计一名飞行员可以同时操控多架无人机的飞行。一个名为“平台无人货运飞机”（PUCA）的欧洲组织也认同这一愿景，并正在努力部署大型、慢速移动的货运无人机，将货物运送到偏远社区。PUCA 建议一名飞行员同时控制多达 30 架飞机 [来源：Madrigal]。

与此同时，一家名为 Skycatch 的美国公司正在为其客户建立一份无人机飞行员名单，该公司使用无人机为采矿和建筑公司绘制场地地图。这份名为 Workmode 的名单上已经有 3,000 人的名字，其中 1,000 人来自美国。最终，Skycatch 希望将 Workmode 自动化，使其像空中版 Uber 一样运营，让人们用智能手机雇佣无人机飞行员来满足他们的各种需求 [来源：Levin]。毕竟，大多数人不太可能真的需要拥有一架私人无人机。但无人机似乎可以很自然地融入共享经济。

更多信息

作者注：无人机驾驶员的工作原理

当我还是个孩子的时候，我坚信等我长大后，每个人都会驾驶气垫船。我从未想到，当我们终于开始制造可以工作的气垫船时，驾驶员会过时。在我看来，基本问题是我们太重了，无法驾驶无人机四处飞驰。解决方案很明显，我们需要更轻。一些未来学家预测，我们将能够将我们的意识下载到计算机芯片中——为什么不直接下载到无人机上呢？也许变形无人机是最好的——到达目的地后可以重新组装成移动机器人。四轴飞行器可能很快就会过时。

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