物探專用無人機 新時代的弄潮兒——地質調查新兵明星無人機「彩虹-4」亮相

文/郭華 本刊特約記者 謝宏，首發刊載於《科技中國》雜誌2018年1月第1期前沿

2017年9月23日，地質調查新兵——我國的「彩虹-4」物探專用無人機，亮相2017年中國國際礦業大會。尚在研製中的「彩虹-4」物探專用無人機，2018年試飛，2019年正式投入使用，標誌著我國無人航空物探領域裝備更加成熟和完善，即將迎來新的篇章。

即將完成物探專用改裝

的「彩虹-4」無人機

經過60年的發展，我國航空地球物理探測裝備已基本實現了國產化，大部分探測裝備都保持著國際領先水平或國際先進水平，如果能夠實現航空地球物理探測飛行平台無人化操作，那將會讓航空地球物理探測裝備插上夢一樣的翅膀，為我國國防、經濟和地質調查注入新的活力。

「彩虹-4」無人機不僅飛得穩，而且還能飛得更高、更遠，可以彌補現有航空地球物理飛行平台的一些不足，使得我國地質調查事業可以實現在遠海和青藏高原開展大比例尺（1:50000）或中比例尺（1:100000）高精度航空地球物理調查工作。

物探平台作用巨大

無人機航空物探移動平台無人員危險、續航時間長、機場適應性好，為航空地球物理勘查工作增添了一種安全、高效、靈活、經濟的新利器，可以在地質填圖、區域地質構造研究、強磁性礦體和放射性礦體勘查、油氣構造圈定等方面發揮重要作用；同時因其突出的夜航能力、運輸便利性、高精度地形跟隨能力和無人駕駛特性，在應對繁忙空域、國際項目、複雜地形、小區域大比例地質勘查及核應急狀態下高輻射區域的γ輻射環境測量等方面具有很大的優勢。無人機物探專用飛行平台主要分為固定翼無人機和旋翼無人機兩個物探專用飛行平台，這兩種飛行平台優勢互補，在某種程度上，也增強了人類對地球地質結構的認知能力。

隨著物探專用無人機的出現，航空地球物理領域迎來了革命性的發展。自2012年至2015年短短的3年時間裡，中國地質調查局組織多家科研單位共同研製完成了世界上第一套「彩虹-3」中型無人機航空地球物理綜合測量系統，開啟了無人機在地質調查礦產勘查民用領域的使用。「彩虹-3」無人機航空地球物理測量系統較傳統測量系統環境適應性強、機動性大，安全係數高，夜航飛行能力突出，目前「彩虹-3」已分別在我國甘肅、嫩江、克拉瑪依、喀什，以及非洲尚比亞等地累計完成16.5萬測線公里的作業任務，實現了從技術驗證到產業化發展質的飛越，填補了國內外無人航空地球物理測量領域裝備的空白。

彩虹出鞘效果顯著

隨著「一帶一路」共建倡議的推進，中國地質調查局大力推動國內航空地球物理測量技術和裝備走出國門，幫助其他國家開展地質調查工作，提高這些國家的地質工作水平。目前「彩虹-3」無人機航空地球物理測量系統正在賴比瑞亞和尚比亞兩個國家開展航空地球物理填圖項目，以民用無人航空裝備的身份，不僅成為我國第一次走出國門的航空地球物理測量裝備，也以和平名義為世界帶來了彩虹的新形象。

參與物探專用「彩虹-4」無人機改裝

的航磁技術團隊

黨的十八大以來，「中國製造」不斷凸顯著中國的魅力，萬眾矚目的明星無人機——「彩虹-4」無人機，作為「中國製造」的優秀產品，同樣也給航空地球物理界帶來了新的曙光。「彩虹-4」無人機的最大有效載荷達345千克，可以實現同時搭載航磁、航重和航放等航空地球物理探測設備；巡航速度可達為每小時200千米左右，這一巡航速度是與機載多種地球物理探測裝備完美匹配，飛行高度可以降低到規範要求，從而實現大中比例尺的航空地球物理探測工作；續航時間可達40小時，續航里程可達4000千米，實用超視距通訊鏈路控制距離可達2000千米以上，為航空地球物理向深藍遠海進軍提供了保障；可在距地面120～180米的高度穩定飛行，最大飛行高度可達7300米，實用升限在6000米以上，可實現在青藏高原開展航空地球物理探測工作。因此經國土資源部和中國地質調查局的推薦，中國國土資源航空物探遙感中心聯合多家科研單位在「國家重點研發計劃」的資助下，將「彩虹-4」無人機改裝為物探專用無人機飛行平台，並使其可以實現在青藏高原和遠海開展大中比例尺、高精度航空地球物理測量工作，這也是國內外首款能夠實現國土區域全進入測量的固定翼無人機航空物探飛行平台。該型號「彩虹-4」物探專用無人機預計2018年試飛，2019年正式投入使用，這也標誌著我國無人航空物探領域裝備更加成熟和完善，即將迎來新篇章。可以預期，在不遠的未來，每次飛行超過20小時、搭載多種航空地球物理測量裝備、具數千公里作業半徑的「彩虹-4」物探專用飛行平台將登上世界舞台，彩虹系列無人機必將成為世界航空物探歷史上最閃亮的明星。

與彩虹系列無人機同樣值得關注的是旋翼無人機物探專用飛行平台的使用。在一些地形切割較大地區或不好開展地面工作的地區，在要求更高精度、更大比例尺航空地球物理測量的情況下，旋翼無人機物探專用飛行平台就顯得尤為重要。截至目前，國內較為成熟的旋翼無人機的最大有效載荷為100千克，但並未改裝成物探專用無人機平台，同樣在「國家重點研發計劃」的資助下，中國國土資源航空物探遙感中心聯合多家科研單位將研製一款重載荷、長航時、具備三維精確導航和自主避障能力的智能化物探專用旋翼無人機系統，該無人機在國內將首次實現任務載荷≥200千克、續航時間≥3小時，填補國內重載荷旋翼無人機的空白。

找準定位揚帆起航

從上世紀50年代至今，我國的航空地球物理測量工作已完成了上千萬測線公里，易於開展航空地球物理工作的測區已經越來越少，測區特點也由測區範圍大且集中向測區範圍較大但較為分散轉變，但是在我國的西藏高原和遠海地區的大中比例尺航空地球物理工作程度很低，有些地區甚至還處於空白。

具備搭載航空物探裝備的

「彩虹-4」無人機振翅高飛

廣袤的青藏高原有著世界屋脊之稱，記錄著地球演化歷史最壯觀的地質事件，孕育著豐富的礦產資源，青藏高原重要成礦區帶的戰略性礦產勘查、優勢礦產靶區的確定，對形成我國經濟新的增長方面有著非常重要的作用。長期以來，該區域的航空地球物理調查工作由於海拔高、環境嚴苛，對航空地球物理裝備有著很高的要求。同時，海洋能源資源已成為全球可持續發展主流能源體系的重要組成部分，海洋深處也蘊藏著大量的礦產資源，能否實現深海區域的探測具有相當的現實意義，對於深藍的遠海的探索能力不僅僅是揭示自然奧秘的需求，更是彰顯大國實力的有力標誌。一直以來，我們對於深海的探測依賴於遠洋勘探船、深海潛水器等海洋裝備，在技術裝備上缺乏長航時、大續航的移動飛行平台，很難快速地獲取深海區域的整體地球物理場信息。因此發展低航速、長航時、重載荷、遠航程的無人機航空地球物理移動平台，對遠海和青藏高原開展地質調查工作就顯得意義非常重大。

目前，在我國開展航空地球物理工作的主要飛行平台還是以「運12」、CESSNA208、小松鼠直升機等為主，另外，2017年從美國引進的空中國王飛機，也將成為航空地球物理家族中的一員。也許有人會問，將來無人機是否會替代有人機開展航空地球物理測量，其實無人機的出現，只是多了一種探測手段，並不存在誰取代誰的問題。但是無人機的出現，必定會在航空地球物理學界泛起一陣漣漪，隨著科技的發展，利用無人機開展航空地球物理測量將會是一種趨勢，物探專用無人機飛行平台也終將會成為新時代的弄潮兒，在我國地質調查、礦產資源評價、地震預測和救援、城市消防和基礎性地球科學研究等領域展現其魅力。

科技中國

科技中國雜誌社旗下服務創新、連接科研、著眼落地的新媒體服務平台。

關注

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！