麻省理工學院（MIT）的航空航天學院與MIT林肯實驗室一直通過“海貍合作研究項目”開展創新性無人機研發。林肯實驗室代表了國防部投資者，向MIT傳達一些設計問題，之后MIT的學生便會努力解決這些問題。例如，MIT航空航天學院在2010-2011年開始設計和制造“山鶉”微型無人機，其可以由戰斗機的曳光彈發射管發射，在空中組成蜂群，自主開展ISR任務。“山鶉”無人機翼展30厘米，重量只有290克，可以在40-60節速度下飛行20分鐘。目前，戰略能力辦公室已經接手了該項目，并在2016年由3架F/A-18戰斗機投放了由103架由這種無人機組成的蜂群。MIT航空航天學院教授漢斯曼表示：“‘山鶉’是我們的第二個項目，取得了極大成功，變成了國防部的項目。”

       “山鶉”的成功讓林肯實驗室再次回到航空航天學院。從美國空軍得到的最新需求是研發寬不超過6.35厘米、長不超過43.18厘米、以馬赫數0.8飛行2-5分鐘、由戰斗機空射的“螢火蟲”微型無人機。這種無人機可以充當誘餌，為戰斗機提供掩護。

       “螢火蟲”的外形像一粒種子，機身后半部是火箭發動機，前半部安裝載荷、航電和飛行控制系統。可彈出的機翼安裝在機身下部，可展開的尾翼提供飛行控制。加拿大Renishaw公司通過選擇性激光融化3D打印制造了“螢火蟲”的鈦合金機身，這也使其成為第一個3D打印火箭。“螢火蟲”的前后機身分別制造，并可通過扣合形成一體。Renishaw公司工程師馬克•科爾比表示，3D打印可以完美制造出機身的薄壁，切削和鑄造都很難實現并且造價昂貴。雖然可折疊的鈦合金機翼由機械加工制成，但使用了3D打印的鈦合金彈簧。

       針對無人機的發動機，漢斯曼說道：“目前沒有一架這種尺寸的飛行器可以以這種速度飛行，而且還得由戰斗機投放。目前沒有合適的推進系統，沒有這么小的渦輪發動機，對于電動機來說飛行速度太快，而對于脈沖噴氣動力來說又存在熱管理問題。”

       MIT學生最后準備使用固體燃料火箭發動機。雖然無人機在飛行時只需要5-10牛的推力，但是火箭發動機必須運行足夠長的時間以盡可能提高續航能力。漢斯曼對此表示：“這是前無古人的事情。”

如果固體推進藥燃燒過慢，將不能產生維持燃燒的足夠大的壓力。因此MIT在高氯酸銨推進藥中混合了乙二酰二胺抑制劑，以控制燃燒速率。設計出“山鶉”無人機的在讀博士托尼•陶表示：“我們使用抑制劑冷卻火焰，并改變火焰結構以降低燃燒速率。”

       對于只能燃燒1-3秒的火箭發動機，在使用了低燃燒速率推進藥后，可以驅動0.91-1.36千克的“螢火蟲”飛行3分鐘。漢斯曼認為，這種低燃燒速率推進藥的優勢是可通過改變抑制劑混合比改變燃燒速率，進而改變推力大小。

       一般來說，固體火箭發動機推進藥都是從里向外燃燒的，然而“螢火蟲”的推進藥由后向前燃燒，燃燒產物經過石墨/陶瓷尾噴口排出。另外，大多數的固體火箭發動機都是圓柱形的，但由于“螢火蟲”的曲線外形，推進藥的燃燒截面在工作過程中將隨著時間而改變。這也是為什么要在推進藥中加入抑制劑以控制燃燒的另一個原因。

       目前，火箭發動機僅僅開展了部分燃燒試驗，全尺寸發動機目前尚未完成制造。由于固體火箭不能在常壓下點火，因此“螢火蟲”在發動機后部的固定面上安裝了激光點火器。點火器通過提高燃燒室的溫度和壓力，使固體推進藥達到燃燒點。發動機啟動后，點火器將從尾噴管被吹出發動機。

       由于火箭發動機距離電子設備非常近，無人機的熱管理是又一個重大挑戰。MIT最初的想法是在機鼻處設計進氣道，通過導引自由來流進入冷卻管道使發動機和電子設備分離。但是最新的設計采用了保溫層，這樣可讓無人機在機鼻部分安裝載荷。

       MIT的學生將在明年完成“螢火蟲”項目。漢斯曼說：“在某一時刻，我們將不再負責該項目研發，我們將確定這一刻何時到來。”

       通過與林肯實驗室開展“海貍”項目，MIT的學生可在與美國防部保持距離的前提下，開展與作戰相關的技術研發。

       之前的項目包括為國防高級研究計劃局（DARPA）實施的無人機靈活制造項目，不同尺寸和任務的無人機可以擁有相同的基礎設計。使用相同的梯形模具和現有的不同長度的碳纖維，MIT制造了長航時、可背負攜帶的無人機，以及由3架攜帶收發分置載荷無人機組成的系統。

       學生也制造了為了測試天線樣式的低反射率無人機。面向海軍研究實驗室，MIT設計了可以在海上作戰的“蜻蜓”無人機。這種無人機是水上飛機，可以自主著落并在大海上充電，配裝的自動復原系統使其可以自動旋轉安裝在機身下部的浮筒，使無人機始終保持豎直狀態。

       MIT最新的“海貍”項目成果是“叢林貓頭鷹”長航時無人機，其重20千克，可攜帶9.1千克的通信或監視載荷在4572米的高空飛行5天。空軍最初的想法是使用太陽能動力，但是考慮到無人機必須于任何季節在高緯度實施災難救援任務，無人機最終使用了5馬力的小型汽油活塞發動機和長7.3米的滑翔機翼。“叢林貓頭鷹”無人機于今年5月首次飛向藍天。<測繪網 劉明月>