我16歲作為知識青年從杭州支邊下鄉到寧夏‘修理地球’,與農結緣至今已48年,現在美國United States Sugar Corporation從事甘蔗品種管理和育種工作,農業成了我的終身職業。我還有一項終身愛好 ━ 航模,那始于50多年前我上小學時。
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,我申請并承擔了寧夏科委下達的“農用遙控飛機超低量噴霧”自治區科技攻關項目,并完成了飛機的設計、制作和試飛。由于工作變動, 此項目未能繼續。以今天的眼光看,當時研制的飛機是落后了,但這很可能是中國農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）。到美國數年后我又重啟舊愛,用業余時間設計、制作了多型農用無人機,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。終身職業和終身愛好使我對無人機在農業上的應用有了特別的關注和感情,在此愿分享我對農用無人機現狀與發展的了解和想法。
一、國外農用無人機現狀與發展
農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,應根據地域和作業要求確定機型。當前的現狀是旋翼機多于固定翼機。日本的RMAX是其中的佼佼者,也是被別國復制最多的機型。
按功能,農用無人機可分成農事操作和農田信息搜集兩大類。農事操作即用無人機來代替某些人力的田間作業,以解決勞力不足,效率偏低,質量不高,作業人員安全等問題。比如噴灑農藥、微量元素葉面噴施、播種等。這類無人機最好是專用型的。農田信息搜集,即用遙感技術及時準確地收集農田信息,其范圍小至葉綠素含量,大到作物群體生長,土壤濕度等。這是是精準農業 (Precision Agriculture) 的核心技術之一,是一個新的領域,而無人機是這個領域不可或缺的主要工具之一。相對于有人機,無人機作為遙感設備的載體,具有成本低,機動靈活,使用方便等優點,還可彌補衛星遙感的不足。從事農田信息收集的無人機可以是通用型的。其應用難點是如何對遙感信息作出與作物生長/土壤情況相對應的定量分析從而來指導生產實踐。
當前國外農用無人機規模化的商業應用寥寥無幾,日本是第一個,遙遙領先其它國家。亞馬哈（Yamaha）于1983年根據日本農林水產省的要求開始研發農用無人機,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2010年統計,無人直升機飛噴覆蓋率已達到全日本農田的30%,其中RMAX占90%以上。此外韓國亦已起步。我看到國內一些關于無人機的文章說,在美國等西方發達國家已普遍應用無人機于農業。這是一個錯覺,實際上,目前歐美無人機在農業上的應用都處于試驗或零星使用階段,更無商業化生產的農用無人機。當前美國對無人機在農業上應用的研究基本上集中在精準農業即農田信息收集方面。至于無人機飛噴試驗極少,其原因是在可預見的將來沒有可觀的市場。這和國情有關:第一,美國使用有人農用飛噴機(Crop duster)，其數量完全滿足市場所需;第二，對于大片農田,就目前而言有人機飛噴比無人機高效經濟。
國際無人機系統協會（Association for Unmanned Vehicle Systems International AUVSI）已將無人機在農業上的應用列為無人機系統三個重點開發的民用領域之一。而且認為無人機在農業上的應用將占無人機民用市場的80%。AUVSI 是世界上最大、最有權威的無人機系統（包括空中，地面，水下無人機）學會。該學會下設了一個精準農業委員（Precision Agriculture Committee）我是9人委員之一。
二、對中國農用無人機發展的幾點看法
中國無人機近幾年發展迅猛,這是廣大無人機工作者辛勤努力的結果。作為一個長期的關注者和實踐者,我敬佩他們的開拓和敬業精神。我亦非常羨慕他們,因為中國政府對農業的重視（連續十年,中央一號紅頭文件都是關于農業的）和中國農業對無人機的需求遠高于美國,農用無人機在中國前途無量。相對于其他行業，農業有其特殊性。尤其是在中國這樣一個幅員廣闊,農業條件千差萬別的國家。需要我們深入了解農業和農村的特點,將無人機這一現代技術和農業這一傳統產業有機地結合在一起,因地制宜,開發出適合中國農業的經濟實用機型。這在農用無人飛噴機的設計上尤為關鍵。
可喜的是當前在國內已有很多無人機農田飛噴試驗和局部應用,但幾乎都是直升機,不知是否受日本的影響。中國和日本農情不同,北方農牧區土地之廣闊,平坦是日本無法相比的。在這些地區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村的固定翼無人飛噴機的原因之一。過去幾年，我設計制作的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田信息這一塊的研究應給于極大的注意和加強，以提高農業管理及操作的精準性,科學性，經濟性和環保性。目前有關這一領域的研究似乎相當薄弱。
對研發固定翼農用無人飛噴機來說，要著重于優越的超低空性能，快速爬升機動能力，大載重比及在農村土路上優越的短距起降能力，而不是飛得高,快,遠。以我設計制作的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。滑行道可窄至4米。現在有些農用無人飛噴機并非為農業量身定做，而是萬金油式的，這就難于充分顯示農用無人飛噴機的優越性。舉例來說，要搞轟炸機就必須以轟炸為主功能來設計。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斗力為主來設計。你不能說我這潛水艇還能在水面與驅逐艦對抗，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農業的需求而設計并改進的。
經濟性和耐勞性是農用飛噴無人機研發不得不首先考慮的。農用無人機的市場是農業/農村，服務對象是農民。軍用無人機的市場是軍方，服務對象是國家。這兩者在資源擁有上有天壤之別。農用飛噴無人機若要大面積推廣，根本點在八個字 “農民用得起，用得好”。因此農用無人機的經濟指標， 農民的投入與產出之比是商業化大量使用的關鍵所在。這一點我在美國也反復強調并獲同行認可。我提出耐勞性是因為其非常重要又尚未得到足夠的重視。有人農田飛噴機一天要飛幾十個架次，而且很多是在農村土路上起降。無人機也應參照同樣標準。因此在在翼型選擇，機體氣動設計，結構強度和動力配置上要適應密集的,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用飛噴無人機。以CH–P08為例,載12公升農藥,作業飛行速度約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,過長的飛行前準備時間都不符合經濟耐勞的原則。我們每次飛噴試驗，機組就兩人。到現場后能較快地進入飛噴。農場領導在觀看了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,如能對國家農用無人機的發展盡到綿薄之力,心愿足矣。
