最经典的航空电影（无孔不入和隔空点穴）

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前言

近来美军“捕食者”无人机以及“地狱火”导弹接连创造战绩，让淘金客想起了一部几年前的电影《天空之眼》。这部电影对于低烈度冲突、无人机战争、低附加伤害打击等反恐作战中的道德、法律、决策、责任的表现都相当深入，获得了IMDB8.0分、烂蕃茄新鲜度95%、豆瓣7.8分的不俗口碑，即使是以影片趣味性为重点的爆米花指数也达到了87%！仅仅5年后，如果有了今天的技术，也许《天空之眼》的结局会截然不同。今天淘金客还是如上一篇一样，纯粹从技术、装备本身聊聊这部细节非常用心的电影，人文、电影方面的内容请读者自行领悟。

蜂鸟和甲虫

电影开始，英美两国的联合行动组发现了疑似头号东非恐怖分子在策划一起自杀恐怖活动，由于“捕食者”无人机活动的空域较高，视角无法延伸到目标附近，于是出动了一只“蜂鸟”形状的小型无人机前去侦察。这里首先出现了第一个BUG：蜂鸟是体型最小的鸟类，与蜜蜂类似以花蜜为主食，有355种。但是，全部蜂鸟都分布在植被丰富的美洲，电影里的东部非洲实际上并没有蜂鸟，在这里“蜂鸟”无人机的外形伪装就没什么作用，反倒容易引起哨兵的疑心：咦？这是什么？好萌好可爱的小鸟呀！要不要抓一只给中国广东的朋友尝尝……

电影里的“蜂鸟”无人机

蜂鸟飞行方式并不像鸟类的“扑翼式”，而是类似昆虫的“振翼式”。翅膀扑打的频率高达50赫兹以上。这是因为蜂鸟体型太小翅膀太短雷诺数非常小（雷诺数与流体的粘性有关，理解起来相对比较困难，可以简单地这么想：低速运动时雷诺数越小的物体升力系数也越小，再粗暴一点理解就是个头越小升力越小），如果像大型鸟类那样慢节奏地“扑翼”是达不到足够的速度的——速度与升力成正比，而鸟类也好昆虫也好，翅膀既是“机翼”又是“发动机”，体型较小的昆虫和蜂鸟们只有加快挥动翅膀的频率才能产生足够的升力，可以回想一下看过的鸟类及各种纪录片，是不是体型越小的鸟类挥动翅膀的频率越快？

真实蜂鸟的飞行类似昆虫

这种“振翼”式的飞行效率并不高，但能够轻松地实现垂直起降和悬停，尤其是悬停，其它鸟类几乎都不具备。像蜂鸟一样飞行的无人机也是因此备受关注。《天空之眼》里这只的“蜂鸟”式无人机的原型，是2008年出现的一款“纳米蜂鸟”无人机，曾经做过展示飞行，但一直没听说有装备——蜂鸟的高速“振翼”比普通“扑翼”运动更复杂！振翼时高频率往返运动对于材料的抗疲劳强度要求极高！目前在国内，淘金客看到过一些国内兄弟团队制作的“扑翼”无人机，飞起来感觉很不错，但却都不太敢挑战这样蜂鸟式的“振翼机”，而现在无人机行业又非常的不景气……国外那架“蜂鸟”后来也一直没看到相关进展。

2008年美国团队展示的“蜂鸟”无人机，脖子上的红点是镜头

现实中“蜂鸟”无人机飞行的动图

微型云台和数据链

回到电影，“蜂鸟”式无人机是以可见光图像拍摄为主的侦察无人机，摄像用的云台摄像头和数据链是核心部件。看“蜂鸟”传回的图像，上面叠加了一些OSD（画面上那些白色字符菜单）信息，正上方中间的白色条状符号是方位角（就是显示“蜂鸟”的镜头正朝着东南西北哪个方向）信息，左上角象个小雷达的符号应该是显示图像传输数据链的信号强度，右上角的符号猜测是控制“蜂鸟”的遥控信号强度。右下角是“蜂鸟”的速度信息。

电影里“蜂鸟”无人机发回的图像，上面叠加了白色的符号

左下角的3个三角形的符号有点意思，淘金客猜测与距离有关——因为当“蜂鸟”飞近那所房子的墙边时，这个符号变成了绿色！可能是提醒操作员避免碰撞。如果真是避障符号的话，电影出现了第二个BUG：车内操作员的界面上没有这个符号！提示与障碍物之间的距离，对于操作员来是非常重要的！对于后方信息判读反倒用处并不大。顺便说一下，如何国产无人机的避障设计是全方位（上下左右前后）的，功能比《天空之眼》的要全面得多！电影里“蜂鸟”的摄像头还有光学变焦能力，可以用大倍率窄视角查看目标，用小倍率宽视角引导飞行。这么小的镜头还变焦，而且是在一个震动很大的“蜂鸟”上，大倍率图像完全没有抖动、扭曲、果冻现像，这个很厉害！当年淘金客为了给一个飞机上的长焦云台隔震，找过很多厂家制作隔震部件，最后用一种软橡胶内部灌油增加阻尼才彻底解决。

电影里操作员的界面左下角没有3个三角形的符号

国产民用无人机的界面，黄红绿色环形表示各方向的距离

这个OSD透露了针对“蜂鸟”无人机的一些构想：首先，“蜂鸟”是种带有自稳定飞控系统的飞行器，因为操作手用一个操作手柄就搞定了它，说明它和现在流行的多旋翼无人机一样，松开手柄可能就是自动稳定的悬停状态；其次，飞控系统中带磁罗盘提供方位信息（方位角就是这样来的），画面的OSD上没有经纬度信息，说明飞控系统里没有GPS导航，可能主要靠陀螺仪增稳加手动飞行；还有，至少有一种避障传感器，很可能就是现在常用的超声波传感器吧，现有民用产品的作用距离、灵敏度完全够用了，但体积重量对“蜂鸟”而言太大；最后，“蜂鸟”的操作中似乎没有单独控制镜头的俯仰和旋转，很可能镜头就是固定安装，利用“蜂鸟”扑翼机本身来控制镜头俯仰和旋转。现实中，08年出现的那架“蜂鸟”，镜头就是固定安装在胸口的。

某宝上就可以买到的各种超声波传感器，应用在无人机已经很平常了

“蜂鸟”逐步靠近建筑物准备渗透，这里的细节很丰富：“蜂鸟”飞近屋檐下的时候，图像传输数据链的信号和遥控数据链都在减弱，而那个距离符号变成绿色。这很真实，说明“蜂鸟”上的数据链频率较高，高频率的数据链带宽大（能传输高清图像）、天线尺寸小，但绕射能力差容易被遮挡！“蜂鸟”实在找不到机会进入室内，而且微型无人机的续航时间和速度很有限（比车辆慢），恐怖分子又要坐车到其它地方去，于是接下来的监视交给其它设备。

电影里“蜂鸟”无人机镜头在变焦，画面左下似乎又有了距离符号

“捕食者“无人机

接手“蜂鸟”的是最近最引人注目的“刺客”——“捕食者”无人机。和“蜂鸟”相比，它可是个翼展近20米的大块头。现在很多人熟悉它是因为近年来时不时就击杀了一些组织的重要人物，但事实上最早“捕食者”是仅用于侦察、监视的。固定翼飞机效率比较高，特别是“捕食者”机翼细长（展弦比大），升力效率更是特别高，加上大型飞机的雷诺数也比较大，因此可以在空中连续飞行60个小时。而造价只有300万美元左右，但装备了可见光/热成像侦察设备，还能为激光制导武器提供指示。对比动辄上亿的有人驾驶战机，“捕食者”可以说就是件“可损失的”装备。

早期的“捕食者”纯粹用于侦察，在中低空可持续飞行近3天

很多人还以为“捕食者”是最早挂武器的无人机，这只说对了一半：60年代美军就在当时的侦察无人机“火蜂”上挂过激光制导炸弹，受技术水平的限制仅仅只是做了测试未用于实战。“捕食者”挂“地狱火”导弹是911事件之后的事了，当时改装得非常急迫但很成功，只用了300万美元和数月的时间！部署到阿富汗战场后发现效果很好，于是一发不可收拾。电影出场的实际上是架后来专门为携带武器改进的B型“收割者”，比起临时改装的“捕食者”，对地攻击能力强大许多而单价也没超过500万。电影开始时主角英国那位强硬的“女王一样”的上校，还质问为什么飞机没有带GBU-12激光制导炸弹——这玩意重达500磅（227公斤），基本型“捕食者”是很难挂这么重的武器。

现实中满载的“收割者”，挂了4枚“地狱火”2枚GBU-12

“收割者”由2人机组操作，1名飞行员负责操作飞机、控制武器发射，另1名专门操作多光谱侦察转塔。2人都在万里之外的美国本土内华达州空军基地内。无人作战飞机的这种操作方式曾经引发了一次不大不小的争议：美国空军无人机部队为了吸引人才将操作员的待遇提到与战斗机飞行员一样，战斗机飞行员对此强烈不满——他们经历过极其严苛的训练，在真实飞机里出生入死，还要忍受高G、高噪音等折磨，却跟像玩游戏一样的无人机飞行员拿一样的钱！也不知道后来这个问题是怎么解决的！

电影里只挂了2枚“地狱火”

从技术上讲，淘金客很羡慕“收割者”无人机这种远程遥控的能力！这种能力需要传回的图像延迟很低才能做到，可“收割者”与操作员之间远隔万里！以民用无人机的图像传输数据链来看，拍下来高清图像后进行压缩、信号转换发射需要一点时间，接受方接收后解压缩又需要一点时间，最后操作员看到的画面一般会延迟个零点几秒很正常——典型的例子是电视节目中主持人与国外采访的记者进行通话，细心的人会发现往往主持人提完问题后，记者会等一下下才反应过来，就是因为信号的延迟！零点几秒的信号延迟对于民用无人机问题不大，但军事用途中延迟很可能导致高速飞行事故甚至射偏目标！我们闲下来玩FPV（第一人称主视角，戴着视频眼镜依靠无人机发回的图像来操作无人机）无人机竞赛，为了减少延迟甚至还有模拟图传设备——减少数字图像压缩的造成的延迟！而“收割者”在万里之外通过卫星数据链传图像还能发射武器，这个延迟应该处理得非常好。

“收割者”传回的图像，叠加了更复杂的OSD符号

接手任务的“收割者”发回的图像画面上，叠加的OSD内容要丰富很多：上方正中还是方位信息，右上角是飞行器的位置信息，S是南纬，E代表东经。还有一行22052HAT，HAT是相对高度，单位是英尺，算下来高度有6600米。位置信息能精确地标出“收割者”在电子地图上的位置，另一个作用是以此为基准来计算目标的位置。画面的右下角就是目标的位置，基于“收割者”的位置、镜头方位角和距离就可以解算出来。与目标的距离信息就是右下方RNG，估计是用激光测距仪得出的，飞机与目标有7公里距离。距离对于发射武器还很重要——“地狱火”导弹最大射程是8公里！图中车辆位置还有个开口方框和十字线，这是自动目标跟踪用的——使用的时候把方框套住车辆后按下“跟踪”开关，转塔就自动盯住车辆，不管车辆如何运动、飞机如何运动，甚至短暂被遮挡都不会脱锁。

另一张“收割者”的画面，开口方框锁住了目标车辆

电影里“收割者”一路紧盯着恐怖分子的汽车，但恐怖分子随即进入室内，这就超出了“收割者”的能力！与目标再次失去接触！

“甲虫”无人机

室内的侦察是个极大的难点，墙壁会严重削弱数据链的有效距离，而数据链一旦中断，别说传回图像，遥控飞行都干不成了！于是本片最科幻的装备——“甲虫”无人机登场！电影倒是很严谨，情报人员冒着极大的危险来到恐怖分子的房子边，释放出“甲虫”，由2011年的索尼手机Xperia Play Z1i进行操作！这款手机有13个通道，还有触摸屏，操作“甲虫”应该是完全够了，图像可能是通过手机的WIFI信号传递，有一定穿墙能力，但影片中的穿透多重墙壁是夸张了点，除非经过特别改装！

索尼手机是不是植入式广告？

说“甲虫”科幻，是因为它实在太小了！而且与“蜂鸟”一样，也是“振翼式”飞行，技术难度比现在都还没服役的“蜂鸟”还要大得多，飞行时间肯定还要短得多！好在甲虫飞进室内就停在屋梁上——它的摄像头不象“蜂鸟”固定安装，而是有个非常微小的2轴云台，操作员可以控制摄像头俯仰和旋转！这么小的云台真是令人叹为观止，此外镜头的口径如此小，进光量很少，居然还能看清室内的人脸！不过，这些技术并非空穴来风毫无根据的想象，也许已经在使用中只是我们不知道而已。

停在屋梁上的“甲虫”无人机

“甲虫”传回的图像更加简单明了，只有方位信息和俯仰角度。也不像“蜂鸟”一样能进行光学变焦——这需要在镜头内增加镜片和变焦马达，这么小的“甲虫”镜头要具备这个能力就太过于科幻了一些！电影到了这里，室内恐怖分子的画面由“甲虫”提供，室外卖面包（电影里这么说的……）的小女孩的画面由“收割者”提供。而英国本土的政客、情报官员正反复争吵法律、流程、道德等问题，而美国本土的操作人员担心双手直接染上鲜血而忐忑不安！

“甲虫”的图像上只有方位角和俯仰角

正在此时，电影安排了一个非常贴切而又暗讽的细节：至关重要的室内“甲虫”无人机没电了！这完全正常——淘金客做过比这大不少的无人机，还是效率高一些的多旋翼动力，续航时间只有5-10分钟！

来自地狱的烈火

后方完全安全的人们在争论的核心话题是：“收割者”无人机上携带的“地狱火”导弹击中目标后，究竟会否误伤旁边的小女孩！这个“地狱火”导弹是从最早的“大黄蜂”导弹衍生出来的，整发导弹的总重量不到50公斤，是的，你没看错，这是妹纸们最羡慕的体重！大约是单兵用的“标枪”导弹的2倍。所以即使是效率不高的直升机如“阿帕奇”、“黑鹰”直升机都能最多携带16枚！是的，没看错，运送人员的“黑鹰”也有16枚的能力！

“黑鹰”都能带16枚“地狱火”

不到50公斤的体重，“地狱火”的作战效果如何呢？它的目标是前苏联的钢铁洪流，最大射程超过8公里，刚好在能伴随装甲集群冲锋的野战防空系统的最大射程之外，例如SA-7肩扛式导弹，最大射程不到4公里，而车载的SA-8防空导弹最大射程也只有6公里（“道尔”导弹的射程倒是够，但大规模服役已经是90年代苏联解体以后的事了）。因此，每架携带10多枚“地狱火”导弹的直升机集群，能非常有效地遏制装甲洪流，海湾战争证明了这一点，虽然只是高效打了一群落水狗。

“地狱火”导弹能在伴随装甲洪流的SA-8防空导弹射程之外攻击

“地狱火”带双锥度药型罩的聚能破甲战斗部，破甲威力超过1400毫米均质装甲钢板。不知道本片中发射的“地狱火”导弹是否仍是这一种，聚能破甲威力强大但杀伤周围人员和破坏建筑物的威力比较小。电影的后半段情节，就是紧密围绕“地狱火”这个重量9公斤的战斗部，击中建筑物后是否会附带伤害小女孩来展开的。幸亏“收割者”没有象女王上校问的那样携带500磅的GBU-12炸弹——它的威力比“地狱火”大出数十倍！用它的话小女孩可能尸骨无存，不用它仅仅是挂着也会严重影响“收割者”的续航能力——人们在时间紧促的时候很可能做出非常不冷静的决定！

对“地狱火”杀伤范围的评估

尾声

心肠坚硬的女王上校通过让战果评估人员修改附带伤害的评估结果，取得了发射“地狱火”的授权。1枚“地狱火”将建筑摧毁，小女孩重伤。但“收割者”的高清摄像头在评估战果时发现重要恐怖分子没有死透！仓促之间又补发了1枚导弹！最后小女孩没能幸免。

命中，看OSD信息是从接近极限的7公里距离上发射的

淘金客不禁感慨：《天空之眼》的那一年，“地狱火”导弹还没有研发出如今传闻中无爆破战斗部的版本，能弹出几把刀刃利用动能直接把人切得惨不忍睹，但却能把附加伤害降到最低，引爆恐怖分子自杀背心的可能性也要低得多。不过，即使换上纯动能的“血滴子”战斗部，“地狱火”的固体火箭发动机未烧完的燃料仍然可能爆炸。

动能战斗部的“血滴子”版“地狱火”，也不是绝对无附加伤害的

任何武器的背后，都是使用者是人，即使依赖技术的进步能缓解《天空之眼》所面临的问题，可能又会引发其它的新问题——只要人类还有战争，就会有解决不完的问题！

非常时期，困守武汉的淘金客一边照顾家人一边只好多看电影，争取多与大家分享一些，让我们一起努力，记得出门戴口罩！我们马上就会赢了！

史海漫游，淘尽黄沙终得金！,