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

圖蟲創(chuàng)意

珠峰，曾經(jīng)是人類的禁區(qū)，同時也是很多科技產(chǎn)品的禁區(qū)。畢竟，極高的海拔、惡劣的天氣、復(fù)雜的地形，對人和物都不友好。不過就在最近，又有一樣?xùn)|西突破這個禁區(qū)——它就是無人機，還是完全沒有經(jīng)過特殊改裝的民用無人機。這說明什么，說明它生而強悍呀。創(chuàng)造這個壯舉的，沒有意外，又是咱們中國的。大疆宣布，近期首次在珠峰南坡地區(qū)完成無人機高海拔運輸測試，在海拔5300米至6000米航線上成功實現(xiàn)往返運輸任務(wù)，創(chuàng)造了民用無人機的最高海拔運輸紀(jì)錄。在此期間，這架無人機完成了懸停、空載飛行及載物飛行的驗證，為后續(xù)的實際應(yīng)用打下了一個堅實的根基。

大疆運載無人機在珠穆朗瑪峰尼泊爾一側(cè)進行物資運輸測試（來源：視頻截圖）

相信你多半聽過這個名字——綠色靴子，它可能是珠峰上最著名的地標(biāo)了。但其實，“它”是一位在攀登過程中不幸遇難的登山者。珠峰上有很多個這樣的地標(biāo)，他們之所以在遇難后得不到及時的救援、去世后無法回到故鄉(xiāng)，就是因為珠峰的惡劣環(huán)境，讓救援、轉(zhuǎn)移、運送物資變得極其艱難、代價高昂。隨著國產(chǎn)無人機在性能上的進一步提升，是不是也能為登山者提供更可靠、更低廉的物資運輸保障，為垃圾清運、減少登山活動對環(huán)境的損害，保護珠峰與自然環(huán)境做出更多的貢獻呢。答案是一定的！

不過，無人機飛上珠峰的難度太大了。主要有三點：稀薄空氣的挑戰(zhàn)、極端氣候的考驗，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，大氣含量僅為海平面的三分之一，而無人機的飛行則需要由氣流給它帶來的升力。跟飛機的機翼一樣，無人機的旋翼也有著特殊的設(shè)計——旋翼的形狀通常是上表面彎曲、下表面平坦。當(dāng)氣流經(jīng)過機翼時，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，它周圍的空氣密度，也會影響升力的大小。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，沒有那么多的空氣分子來提供支撐力，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)計出更加高效的電機和經(jīng)過優(yōu)化的螺旋槳，才能確保在低密度空氣中無人機依然能維持穩(wěn)定飛行。與此同時，機身還得夠輕夠強，輕量化的復(fù)合材料應(yīng)用，有效降低了整機重量，使其能夠攜帶更多物資，飛行更遠(yuǎn)距離。

極低溫度的考驗對無人機也是致命的，它會影響電池性能，使鋰電池的化學(xué)反應(yīng)速率降低，電池容量減少，縮短飛機的飛行時間。它還會讓電池的內(nèi)阻增加，導(dǎo)致電壓下降，可能無法提供足夠的電力給無人機的馬達(dá)和電子設(shè)備，影響飛行性能。低溫還會影響無人機的機械性能，比方說使?jié)櫥妥兊谜吵砩踔聊毯?，影響其運動部件的正常工作。也會讓一些材料變得脆弱，更容易斷裂或損壞。另外，低溫對傳感器的精度和速度，對飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏性，都帶來了極大的挑戰(zhàn)。而珠峰的氣溫可以低至零下40攝氏度以下。無人機必須具備耐寒、防水等多重性能。而這，又是輕量化復(fù)合材料的主戰(zhàn)場了，再加上設(shè)計良好的保溫措施，一起完成了這一關(guān)鍵任務(wù)。還有就是強風(fēng)和暴風(fēng)雪了，強風(fēng)會干擾無人機的穩(wěn)定性、增加無人機機身和旋翼上的機械應(yīng)力，也可能影響傳感器的精度和圖像質(zhì)量。暴風(fēng)雪則會額外帶來負(fù)載增加、視野受阻的影響。所以無人機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。這點有多難咱們稍微玩過一點無人機的朋友都有體會，能在7級風(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信號可能會受到干擾，這就要求無人機配備多模態(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，說它在全球范圍內(nèi)遙遙領(lǐng)先一點不為過。雖然國際上也有一些同類產(chǎn)品，比如Zipline的Zips、亞馬遜和ups的無人機、還有Elroy Air的Chaparral等等，它們各自具備不同的特點和優(yōu)勢。但大疆的FlyCart 30在高海拔和復(fù)雜環(huán)境下的出色表現(xiàn)，是其他無人機望塵莫及的。

現(xiàn)在肯定有朋友有話要講了，那架被NASA發(fā)射到火星上的機智號呢？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？

這是一個好問題，我們簡單展開一下。火星大氣確實更加稀薄，密度僅為地球的1%，所以想要飛起來就需要更高的旋翼轉(zhuǎn)速和更輕的機身設(shè)計來產(chǎn)生足夠的升力。機智號無人機采用了超長和高速旋轉(zhuǎn)的雙旋翼設(shè)計，機身重量也僅僅只有1.8公斤?；鹦潜砻鏈夭羁蛇_(dá)100攝氏度，對材料、電池性能、電子設(shè)備、機械潤滑和飛行性能都帶來了影響。無人機就需具備強大的耐溫性能才行。機智號無人機采用了高強度輕量化材料，設(shè)計上注重保溫和耐溫。再者，由于火星與地球之間的通信延遲，機智號無人機必須具備高度自動化和自主飛行能力。它配備了多種傳感器和先進的飛行控制算法，能夠在通信延遲情況下獨立完成飛行任務(wù)。所以本質(zhì)上，機智號的技術(shù)水平和創(chuàng)新之處也非常厲害——它不僅優(yōu)化了機身和旋翼，還擁有強悍的智能控制和能源供應(yīng)系統(tǒng)。可以說，這兩架無人機，各自在其特定環(huán)境中展現(xiàn)了卓越的技術(shù)水平。珠峰上的無人機主要應(yīng)對地球高海拔極端環(huán)境，側(cè)重于高效動力系統(tǒng)、耐寒抗風(fēng)能力和復(fù)雜地形導(dǎo)航；機智號無人機則在火星稀薄大氣中飛行，突出旋翼設(shè)計、輕量化結(jié)構(gòu)和自主飛行能力。二者各有獨特優(yōu)勢，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)用場景下無人機技術(shù)的多樣性和先進性，都對得起遙遙領(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)濟領(lǐng)域的效率和安全性，更推動了無人機技術(shù)的發(fā)展，強化了我們的科技實力。未來，我們期待著無人機技術(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·創(chuàng)作培育計劃扶持作品

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

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