【深度】對於“無人機”的下一波革新，我們應該期待些什麼？
提起無人機，就會想到多旋翼飛行器；提起多旋翼飛行器，就會想到航拍。——這已經成為了無人機行業的一個“怪圈”。
在我看來，這實際上只是無人機發展到一個“瓶頸”的標誌。
雖然我確定自己沒有在“危言聳聽”，但肯定還有人並不這樣認為。沒問題，我們還有閲讀一篇文章所需的時間進行“討論”。
（本文共 5481 字，且文中內容僅代表個人觀點。）
一、消費級無人機的“盛世”之下，是工業無人機的缺位
圖片來自 Youtube
根據前瞻產業研究院製作的相關報告，2015 年中國無人機市場總體規模約為 67 億元人民幣，同比增長 48%，約佔全球市場規模的 15%。
從 2013 年到 2015 年間，全球民用無人機的銷量依次為 15 萬、37.8 萬、57 萬架，其中更為關鍵數據是是專業級無人機的數量達到了消費級無人機的兩倍左右。
而根據艾瑞諮詢今年 5 月中旬製作的《2016 年中國無人機行業研究報告簡版》，2025 年中國民用無人機細分領域市場規模的佈局中仍然以“航拍及娛樂”為主，佔據的總比例將達到 40% 左右。
但在這張未來市場蛋糕圖中，卻不見“物流”這一極具潛力的方向的存在。艾瑞諮詢也在其報告中的細分領域分析中寫出了原因：
引用目前多旋翼無人機負載較差，不適應物流行業應用，同時各國在低空域管制嚴格，政策前景尚不明朗，因此物流領域應用還無法規模化應用。
另外在航拍及娛樂之外的無人機市場實際上有着很多相同的要求，其中最為關鍵的就是續航時間長、載重能力強。而這恰恰是現在多旋翼無人機所無法做到的事情。
而基於多旋翼無人機，乃至現在的消費級無人機去預測未來，這很明顯是一個誤區。
二、為什麼無人機會進入“多旋翼時代”？
圖片來自 Capturethemomentum
“頭頂”四個螺旋槳，嗡嗡作響，能夠像“釘子”一樣停留在空中，還能拍出從沒見過的壯觀畫面——這也許就是絕大多數人對於無人機的印象。
但這些真的能代表“無人機”麼？
愛範兒主筆兼資深無人機大神 Odin 就曾在其文章《無人機呀無人機，你為什麼要叫無人機？》中提到了美國聯邦航空管理局（FAA）對於無人機的定義：
引用一種不需要人類從內裏直接介入的飛行器……這種操作包括現代飛行器、綁住了的氣球、風箏、業餘級火箭、以及無人而自由的氣球。
而我們現在最常見的無人機又應該如何歸類呢？標準來説，他們都屬於多旋翼飛行器。那為什麼這種構型能夠大放光彩呢？
兩個字，簡單。
圖片來自 百度文庫
在理論環境中，多旋翼只需控制每個軸的轉速就能夠完成一系列動作（更多理論內容詳見百度文庫資料）。
這樣一來，多旋翼飛行器就無需設計其他飛行器上用來控制飛行姿態的活動部件和機械結構（直升機的旋翼傾斜機構、固定翼的各種舵面和襟翼）。雖然看似簡單，但背後同樣也有一個必須先完成的前提：如何對多個螺旋槳進行精準的控制。
圖片來自 Uol
這也是為什麼早在 1960 年前後，美國軍方就進行了多旋翼飛行器的試驗，但因為內燃發動機作為動力，四軸的動力傳輸以及如何同時控制多旋翼的發動機狀態一直沒能解決。
這個問題在電池、電機和飛控（無人機飛行控制的大腦）技術逐步提升之後才得以解決。結果，在 2010 年，我們終於看到了 Parrot 帶來的 AR.Drone，也預示着以四軸為主多旋翼無人機真正浪潮的來臨。
圖片來自 Windowscentral
其後就是產業和資本的雙重力量，越來越多的無人機廠家浮現，多旋翼無人機也愈發呈現多樣化。雖然絕大部分型號依舊以航拍為主要功能，但也衍生出了農保、訓查、運輸、近距自拍等多種用途。但真正能夠投入商業運行，並且獲得收益的實屬鳳毛麟角。
1、所以多旋翼無人機優勢在哪裏？
圖片來自 大疆
正如我們上文提到的那樣，多旋翼無人機擁有相對較高的穩定性，而且對於起飛場地也沒有什麼要求，還讓很多新手快速掌握入門。這些特性，在與無人機所必須的視頻技術相結合之後，就演變出了多旋翼無人機最大的用途：航拍。
結合多旋翼的穩定能力，再加上 2 軸甚至以上雲台的配合，多旋翼無人機能夠拍攝出非常平穩的畫面。同時又因為多旋翼無人機實際上提供了一個人類平時無法輕易觸及的視角（直升機可以代替的只佔一小部分），讓無人機的成像功能愈發重要。
在無人機本體和成像功能之上，隨着應用場景的不同自然也就衍生出了各種各樣的終端產品，但是在本質上他們並無差別。
作為理論上非常簡單的一個結構，多旋翼無人機升空的動力完全來自多個螺旋槳帶動氣流之後的反作用力。哪怕是在水平行進，也只是將機身傾斜一定角度，在水平方向上產生一個推進的力量。
同時多旋翼的結構也讓飛行器能夠直接從各種平面起飛，讓起飛場地的限制降到最低。
另外一方面，多旋翼飛行器具備極強的“懸停”能力，多個螺旋槳能夠不斷進行調整，讓機身在空中保持穩定。這對於很多並不掌握飛行器操縱經驗的新手來説相當重要：不會飛、害怕，直接放手就是，反正無人機也不會因為放開遙控就直接掉下來。
2、説完了優勢，我們再來看看多旋翼無人機的劣勢
圖片來自 Harmonyfwbchurch
排在首位的就是續航問題，這一點的根源就在無人機多螺旋槳的工作方式。而我們一般常見的飛機（固定翼、直升機均在內）實際上都是利用的翼面上下氣流速度差所產生的壓強差來提供升力。對於他們來説，動力就應該全部放在前進的速度上。只要飛得足夠快，就能擁有足夠的升力。
而多旋翼無人機都是依靠螺旋槳帶動空氣之後產生的反作用力留空，需要時刻提供垂直方向升力這個要求消耗了多旋翼無人機相當多的電量，也讓其一直無法達到較遠的航程。
圖片來自 波音
第二個是運載能力，多旋翼無人機的運載能力都只能達到接近多旋翼推力的水平，相比之下利用翼面升力的固定翼飛機完全能夠實現十數倍於自身推力（美國 C-17 運輸機的推力和最大起飛重量分別為 18 噸、285 噸）。
看到這裏你也許已經發現，以多旋翼無人機為主體的無人機市場之所以會出現開篇中的“怪圈”，並不是因為企業自身、以及市場需求的選擇，而是多旋翼無人機先天所具有的“無形枷鎖”。
而想要破解這道“枷鎖”，需要電池和電機技術翻倍甚至以上的性能提升，而這在中短期內明顯是不可能的。
二、既然不是多旋翼，無人機下一波“革新”應該是啥樣？
既然多旋翼飛行器的路子已經來到了瓶頸，那麼順其自然的就是飛行器基礎構型的改變。參考目前“大飛機”的情況，我們基本可以將他們劃分為三種：固定翼、直升機、混合式。
- 固定翼：載重大、續航長、速度快、高度高、飛行效率最高、擁有最遠的航程；但是需要起飛需要條件，達到一定初速度或者較長起飛場地；並且他們理論上無法“懸停”。
- 直升機：載重和續航比多旋翼無人機略大，同樣能夠在大部分場地實現垂直起降；但是旋翼的控制機構相對複雜，故障率高。
- 混合式：通過巧妙的融合，將固定翼、直升機、甚至是多旋翼飛行器的特點結合到一起。
有趣的是，在大家還在“圍觀”多旋翼無人機市場的時候，幾大互聯網巨頭卻將目光不約而同的投向了更加“未來”的無人機。
1、Google Project Wing
結構佈局：多旋翼 + 固定翼（飛翼佈局）
圖片來自 Droneuniversities
Project Wing 是 Google 祕密實驗室 Google X 所開發的項目之一，後者還曾開發過數個具備“顛覆性”的創新與發明：其中包括 Google Glass、Google 無人車等。這也間接為 Project Wing 打下了基礎。
第一眼看到 Project Wing，你就能發現它與普通多旋翼無人機的不同之處：整個機體採用飛翼佈局、非正方 X 型的四軸佈局。而這樣佈局的目的也非常明顯：讓 Project Wing 同時擁有垂直起飛和高航程兩種特性。
垂直起飛的時候利用與普通四軸無人機一樣的原理起飛，之後再在空中通過二次水平加速（變換過程仍不清楚），最終改成平飛狀態。再之後就能夠充分利用整體機身的飛翼造型獲得升力。因為升力面積巨大，所以在合適的速度下， Project Wing 就將擁有遠超一般無人機的續航能力。
在到達目的地上空之後，Project Wing 就會從平飛狀態再次轉換為懸停狀態，並且通過釋放繩索將物品送到地面（這一步看起來似乎有點雞肋。）
而 Google 給 Project Wing 立下的目標就是一款高航程的貨運無人機，在愛範兒 2014 年的相關報道中也詳細了描述其工作狀況，以及對於它的部分質疑：
引用運送的包裹由繩子與機體連接，飛行至目的地時繩子會鬆開並放下將包裹，在拋下包裹時，連接包裹的“Egg”裝置可以探測到物品與地面的距離，並自動減緩包裹下降速度到 2 米/秒，從 Google 公佈的視頻看，包裹墜地的一瞬間甚至沒有揚塵。
Google 的這種無人機機身重量不超過 19 磅，最大負荷重量為 22 磅，這意味着它無法攜帶 Xbox 遊戲主機。
除此之外 Project Wing 的宣傳視頻中也沒有詳細的“垂直轉平飛”、“平飛轉垂直”的經過。它將如何解決降落時較大迎風面帶來的控制問題同樣值得關注。
就在今年 8 月 3 日，FAA 批准了 Project Wing 的實測計劃，並且將在 FAA 管制的 6 個無人機測試地點中的一個進行測試。
2、Facebook Aquila
結構佈局：飛翼（滑翔翼）佈局+四下掛發動機
圖片來自：The Verge
上個月正式試飛的 Aquila 是 Facebook Connectivity Lab 的傑作。它的商業化目標也與普通無人機有所不同：為世界 16 億無法上網的人提供廉價的網絡接入。
圖片來自：The Verge
在再三權衡了地面基站、無人機、低軌衞星、高軌（地球同步軌道）衞星的覆蓋範圍和成本差距之後，Facebook 決定採用無線光通信+無人機的解決方案。
圖片來自：The Verge
為了實現“連續飛行三個月”的目標，Aquila 採用了最大效率利用空氣升力的滑翔機造型（展弦比儘可能大：機翼非常長，但是很“窄”）。同時還在機翼上方全部覆蓋了太陽能電池。白天利用太陽能充電，晚上利用儲備的電能繼續飛行。
這種方案由於要追求極限的留空時間，需要在其他方面做非常多的犧牲（起降性能、操縱的靈敏度等等），這也將其限制了在高空的通信、監視、繪圖等應用之上。
3、Amazon Prime Air（最新版）
結構佈局：旋翼機（多旋翼+水平推進動力）
圖片來自 Eurotransport
首先需要區分清楚的是 Prime Air 實際上有着兩代產品，第一代產品就是在尋常四軸無人機的基礎上再增加了四個軸，最終形成了每邊兩個軸的正方形結構。而貨物就被直接裝在標準的小盒子裏，然後掛在無人機下方運輸。
很快，Amazon 自己應該也意識到了多旋翼並不是出路，於是在去年年底拿出了全新一代 Prime Air 無人機。這一回他們採用的是一個在航空業中都相當少見的結構佈局——旋翼機。
在普通四旋翼（每個旋翼位由兩個螺旋槳組合，目的在於提升升力）無人機的基礎上增加了一個水平軸向的螺旋槳，同時機身前後還佈置有多個橫向和豎向機翼，用以在飛行過程中提供升力和控制力。
這種結構的好處是兩個方向上的旋翼各司其職，分別提供升力和推進力，這樣一來機身可以一直保持水平狀態。同時還能獲得相對較快的水平飛行速度，水平方向上的機翼還能在飛行時提供額外的升力。
但 Prime Air 的缺點也相當明顯，複雜的整體結構佔據了寶貴的載重能力（死重過大），同時升力依舊利用多旋翼提供，直接影響了其貨物的重量限制。
4、總結
看完 3 個互聯網巨頭的例子，不難發現他們的無人機同樣是千差萬別，唯一的共同點是在於他們都在嘗試跳出“多旋翼”的圈子，利用更加適合的結構佈局來完成自己的目標。
這也算從一個側面説明了多旋翼無人機目前所面臨的“瓶頸”。
三、無人機變革，同樣是無人機產業的變革
無人機之所以能夠如此迅速發展，自然也與產業有“千絲萬縷”的關係。
圖片來自 淘寶
之前多旋翼時代無人機的關鍵技術之一——飛控，也被稱作無人機的“大腦”。實際上是能夠直接向開源飛控平台購買的，而成本僅有幾百元。硬件方面同樣是如此，各種配件隨處可得：機身結構、電機、飛控、電調、電池等等都不是問題。
這也讓多旋翼無人機逐漸地走向了華強北的“山寨手機”之路。雖然廠家越來越多，產品越來越多，卻仍無法撼動大疆的統治地位。這也與大疆自身極其深厚的技術積累和數據積累有關係，完整的產業鏈生產研發能力+龐大數據積累改進得出的飛控水平，讓大疆目前的確沒有對手。
面對在多旋翼市場佔據統治地位的大疆，其他廠商採取的策略通常是“田忌賽馬”：既然航拍機大疆做了，那我們就做農林；大疆開始做農林了？我們就開始做小型無人機吧；假如有一天大疆又開始做小型無人機，那麼其他廠商又該換什麼路呢？
圖片來自 深藍
而其他結構佈局不失為一次機遇，雖然同為無人機，但實際的技術需求並不同。電池動力部件能夠使用、核心的控制芯片也能通用，但是整體的氣動佈局，以及對飛控提出的需求是數倍於當下的多旋翼無人機的。
這對於無人機企業來説必將是更大的挑戰，單是整機氣動佈局設計估計就會難倒一大批由“玩具廠”變身而來“偽無人機廠商”。也有業內人士曾告訴愛範兒（微信號：ifanr），實際大疆一直也有在“搜刮”各種種類無人機人才。目的同樣是為“未來”鋪路。
在踏出多旋翼這個“安全區”之後，原來“背靠中上游、各種配件拿過來裝一裝然後就去調試”的模式走到盡頭，同時將拉大各家企業在多旋翼時代並不明顯的技術差距。
但需要説明的是，其他類型無人機的興起不代表着多旋翼無人機的“死亡”。在很多特定場景下，多旋翼的優勢永遠存在。
四、被視為難關的政策需要被“挑戰”
圖片來自 Drone-drone
最後，我們來談談政策。中國作為全球最嚴格的空域管理國家之一，相應規章制度的確會極大影響無人機的應用。
今年 1 月，中國民用航空總局發佈了《輕小無人機運行規定（試行）》，雖然已經將 1.5 到 116 千克的無人機囊括在內，但是規定中對於無人機的具體使用規範依舊沒有確定。而大家翹首以待的無人機適航標準目前仍未見到發佈的跡象。
但總體來説，這個試行規定實際上針對的還是多旋翼無人機，對其他結構佈局的無人機並不完全適用。
“充分利用空域，開發空間資源”始終是一個大趨勢，但在相應的無人機制造出來，並且展示出其性能範圍之前，政策肯定無法落地。反過來這些新的無人機也要跟空管當局不斷交流，不斷依據政策進行調整，最終實現無人機與其他航空器的“和平共處”。
與其因為政策複雜而“因噎廢食”，倒不如先把無人機造出來，在探明性能的前提下共同着手製定管理方法。
總結
圖片來自 Dronefreaks
短短的今年間，無人機市場就刷出了一波“幾何倍數增長”，提供“全新視角”這一能力也在人類的探索下不斷拓展出更多的應用。
但這僅僅是個開頭，在努力開發完多旋翼無人機的市場之後，更多種類無人機的引入還將進一步釋放無人機的能力，用飛行的力量為人類帶來更多實惠。
説不好哪天隨便一抬頭，你就會看到無人機大軍的身影。
題圖來自 Livescience
資料來源：愛範兒（ifanr）