親歷無人機誕生:取舍重量平衡,它的腦洞有多大?
“它(無人機)其實是我們大腦、眼睛和手的組合延伸,幫助我們更好地突破空間的限制。”2015年8月,在北京微軟孵化器,億航戰略總監、北京分公司總經理李智源對《二十一世紀商業評論》(下稱《21CBR》)記者說。
研究機構EVTank近期發布的《2015年度民用無人機市場研究報告》數據顯示,2014年全球民用無人機銷量為37.8萬架,其中專業級無人機銷量占33%,消費級無人機銷量占67%。預計2015年全球民用無人機將同比保持50%的增長態勢。到2020年,全球無人機年銷量有望達到433萬架,市場規模將達到259億美元。
一時間,競爭者蜂擁而至。
正要從微軟孵化器畢業的億航憑借首款產品Ghost智能無人機的量產,在8月24日獲得4200萬美元B輪融資,公司估值較16個月前成立時翻了100倍。不過,億航盡管宣稱已經開始大規模生產銷售,但并未對外公布總體銷售數據。和估值同樣兇猛的“APP”們不同,無人機的生產和銷售在消費者眼里還算新鮮事物,而且涉及到復雜的制造領域,門檻更高。
“粗看,每家產品好像都差不多,但一臺無人機的定位和總體體驗由無數細節組成,而差別就在這些細節上。另外,對那些相對成熟的無人機制造企業而言,每家的技術和設計方案其實無所謂好壞,關鍵在于從企業要做個什么產品出發,所做的取舍和平衡。” 李智源說。
輕一克,值千金
2014年6月起,億航先后在點名時間和淘寶嘗試了兩次產品眾籌,其時,還沒加入億航但已經是多年模玩愛好者的李智源先買了一架嘗鮮。不過拿到手的興奮勁兒還沒過,他就給億航官方寫信反饋意見了。
李智源的第一反應是:這不是做車模,是做航模,要那么重干嗎?不過可以肯定的是,手里這款飛行器肯定耐摔,從10米、20米的空中掉下來都估計不會壞掉。
這其實是消費無人機制造過程里要考慮的第一個平衡點:續航與安全。
在理論上,一款無人機一定是在足夠輕的情況下兼顧結實,因為機身太重一定會影響續航時間。而一款無人機的重量構成通常分為三個部分:電池、電機、機身。以Ghost航拍版為例,其整體重量為1266克,電池(5400毫安鋰聚合物電池)和電機重量占據一半以上。電池技術突破是目前整個IT制造業面對的難題,事實上即便Ghost把整機做到1公斤,其飛行時間也只在15-23分鐘。因此,在電池、電機、云臺重量幾乎沒有下降空間的前提下,從減重角度,機身基本成了企業唯一可以發揮的地方。
不過,專攻農業植保領域、生產商用無人機的東海君航航空科技有限公司董事、副總經理王亮對《21CBR》記者介紹,當上升到商用領域,除了考慮續航外,還必須考慮載重量,因為只有載重量上去了,才能有效率地實現各種功能:“我們的產品目前有效載重負荷是80公斤,除去機體本身的重量(20公斤),還可以搭載60公斤,這是一些功能比如滅火、噴灑農業效率的基礎保證。”此外,君航的商用無人機本身體積也遠比消費級無人機大,大約為1.5長和1.5米寬,而億航Ghost航拍版的長度僅為455毫米。

在機身重量做“減法”包括兩個途徑:
首先是材料選擇。國內消費級無人機通用的材料多為一種高強度復合型的工程塑料,兼顧韌性和強度。而業界公認制造無人機非常理想的材料是碳纖維的復合材料:更輕、更堅固,燃點也更低,但以國內目前的技術而言,碳纖維還無法實現大規模低成本生產,需要人工完成。君航選擇的材料就是碳纖維。當然,他們面對的難點還是碳纖維目前在國內還沒辦法機械量產,只能依靠手工把“碳布”(碳纖維制造材料的業內俗稱)貼合。君航采用碳纖維材料全部手工作業,半年時間也只做出來4架無人機,定價在25萬元以上——這個制造效率和價格顯然不是消費級市場可以承受的。
其次就是設計工藝和取舍。正如李智源所說,企業需要考慮的是如何在“飛行時間更長但碰一下可能就壞了”或者“飛行時間更短,摔個10次8次都沒事”之間找到平衡。此外,工藝和設計上的改進也能幫助機身降低重量,王亮介紹,君航產品在工藝上十分先進,整個機身沒有一顆螺絲釘,對普通人而言,拿到包裝的3分鐘內,只要嚴格按照說明書,就能把產品組裝起來。
每一“點”的平衡
機身重量的博弈只是無人機制造中的取舍難題之一。李智源的觀點是:只能在諸多需求和設計節點上盡可能做到平衡,然后突出其中某一個方面,而這個突出的點就是產品的市場定位,比如有用戶問“Ghost為什么不能做大一點”,那億航只能回答:“我們要考慮用戶的便攜性。”
而最核心的命題是:在電池技術還難以突破的今天,如何考慮一款無人機從成本到續航再到操控體驗三個維度之間的平衡?
動力系統是影響飛行體驗的基礎條件,也是進階要素。而動力系統也面臨著體驗和成本的差異。李智源介紹,億航目前電機供應商是老虎電機,雖然是國內廠商,但也是海內外知名的老牌企業,而對非專業人士來說,可能看著電機指標都差不多,但在加工精度、一些關鍵部件的使用(比如軸承)等因素上,一點點差距可能就會影響到飛機在航拍時候的穩定性。
另外,飛機在航空時會遇到瞬息萬變的風向、氣壓,理論上飛機動力系統的響應時間越快,傳感器精度越高,帶來的飛行體驗和應急處理就越好,但所有都做到最好就意味著成本大幅度上升,比如目前最好的傳感器價格就高于一個飛機價格(目前Ghost航拍版售價4699元)。“歸根到底,就看廠商的定價策略和評估一個零部件的提升帶來的效益值得不值得了。“李智源對《21CBR》記者說。
還有一些設計屬于“怎么都有理”的類型。目前消費級無人機都屬于多懸翼類別,螺旋槳設計在機體上方和下方分別有不同的優勢和劣勢。李智源介紹,把螺旋槳設計在機體上方的好處是可以做大一點,給飛機更強的動力,同時因為所有的電機在上面,下面的裝載空間會更大一些,設計方案也更靈活。同時一旦發生了墜機事故,由于電機的位置在上,使得電機不容易受到傷害。
至于相應的弊端是:螺旋槳朝上防水效果不是很好,盡管目前無人機做得都不錯,但仍然存在滲水導致電條短路的可能性。而上旋槳由于距離地面之間還有一個機體,產生的氣流會相對紊亂一些,影響螺旋槳的利用效率。億航選擇的是下旋槳解決方案。
而到了君航生產的農林植保機級別,考慮的就不是上旋槳和下旋槳的取舍了,其采取的方案是“四軸八槳”,機體分四個航道,每個航道都有上下兩片螺旋槳,通過對槳片旋轉轉速的控制,來提供更大的動力。
大腦與場景
在李智源看來,無人機最重要的部分其實是“大腦”,也就是控制系統,而這正是億航最拿手的地方。這種控制系統包含兩個層面:
其一是億航一直推廣的手機操控解決方案,能夠通過手機一鍵完成起飛、解鎖、返航、降落、跟隨、懸停,并同時完成飛行和云臺任務:“傳統遙控器的方式還需要一定的飛行訓練,甚至在一些翻滾懸停等操作上需要很長時間的精度訓練。但我們的目標是在手機上用傻瓜化的一鍵方式解決,當然也不影響喜歡遙控器的拼操控技術。”
其二,就是各種各樣的飛行功能,比如失聯的時候自動返航、接近地面的自動提醒,甚至包括類似黑匣子的飛行記錄功能,而不只是消費級無人機,“大腦”在商用級別的飛機中也非常重要。

王亮介紹,君航和億航實際上是兄弟企業。前者擅長制造,后者擅長軟件與算法。后者對其推廣農林植保機也起到非常關鍵的作用,比如農藥噴灑,如果需要效率最大化,那么就需要無人機至少和地面保持一樣的高度,才能保證作物被均勻噴灑。此外,還需要計算有一定噴灑面積的路線設計,這在平原地區,方方正正的農田自然不是問題,無人機幾個來回按照既定路線就能完成任務。但是在不規則的丘陵甚至山地地區,無人機要始終保持和陡峭不平的地面一樣的高度,以及在農田不規則的邊界范圍內有效率的作業,就需要“大腦”的支持了。
“大腦”對無人機的支持還有一個更重要的價值,就是防止飛行器成為恐怖襲擊工具。王亮介紹,除了做買賣備案以防范風險外,通過和高德這類地圖廠商的合作,在技術上是有可能規避成為恐怖襲擊工具的:“關鍵的地點已經被設定為禁飛區了,無法通過導航到達,即便你想設定一個筆直的方向,但真到了禁飛區,飛機會‘自己’繞過去。”
李智源認為,無人機就像個機器人,能幫助你實現“從A到B”,而且這個行程是脫離地面的,同時飛機又是一個負載的平臺,本身就帶了各種傳感器、儀器,其實現的功能一定會比智能手機更多,應用更廣。他介紹了一個讓他自己都想象不到的案例:“我們一個買家拿無人機來海釣,因為海釣需要在船體較遠的地方投放魚鉤和魚餌,而在海上操作起來又有一定的風險,這時候就可以靠無人機投送。甚至未來還可能感應魚是不是會咬鉤,直接把魚釣上來。”
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