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我國(guó)農(nóng)用飛行器的應(yīng)用與發(fā)展探討
■田冬梅秦海生
農(nóng)用飛行器是農(nóng)業(yè)發(fā)展到一定階段必然出現(xiàn)的巨大需求。目前我國(guó)農(nóng)機(jī)化水平超過(guò)61%,成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力軍;新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體逐成主流,對(duì)農(nóng)機(jī)化提出了更高要求。適時(shí)把握這一變化,探討農(nóng)用飛行器(農(nóng)用飛機(jī)、農(nóng)用低空遙控飛行植保機(jī)等)的應(yīng)用與發(fā)展,滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)農(nóng)機(jī)化的新需求,是時(shí)代賦予農(nóng)機(jī)化工作者的歷史責(zé)任。
(1)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已普及推廣應(yīng)用。美國(guó)早在1918年就開始使用飛機(jī)噴撒農(nóng)藥殺滅棉蟲;加拿大、蘇聯(lián)、德國(guó)和新西蘭等也是較早將飛機(jī)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的國(guó)家。特別是隨著化學(xué)殺蟲劑、除草劑等農(nóng)藥相繼出現(xiàn),迫切需要一種高效率的噴灑機(jī)具,于是發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛將過(guò)剩的飛機(jī)轉(zhuǎn)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,農(nóng)用航空得到迅速發(fā)展。美國(guó)的農(nóng)用飛機(jī)大約有20多種機(jī)型,大部分機(jī)型是有人駕駛的固定翼飛機(jī),基本上都使用活塞型發(fā)動(dòng)機(jī)。日本由于種植規(guī)模較小,以小型直升飛行航空噴霧設(shè)備為主。采用農(nóng)用無(wú)人駕駛輕型直升飛器進(jìn)行農(nóng)業(yè)植保已成為發(fā)展趨勢(shì)。
(2)農(nóng)用航空植保高效安全。以農(nóng)用飛行植保作業(yè)為例,由于其霧化效果好,可以實(shí)現(xiàn)超低量噴灑作業(yè),作業(yè)效率達(dá)320~2000hm2/班,是地面作業(yè)機(jī)械效率的20~80倍,是人工作業(yè)效率的600~1000倍。農(nóng)用飛行植保作業(yè)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化飛控導(dǎo)航,最大限度地減少了操作人員接觸農(nóng)藥的機(jī)會(huì)。農(nóng)用飛行植保等作業(yè)采用微小型無(wú)人機(jī),作業(yè)高度低,藥液霧化效果好;旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流對(duì)作物的穿透性,同時(shí)可減少作業(yè)中的飄逸損失,增大藥液在作物單位面積上的附著覆蓋率,使噴灑更均勻、作業(yè)效果更高、減少用藥量。有利于節(jié)約用藥,減少對(duì)環(huán)境和土壤的污染。
(3)適應(yīng)性強(qiáng),易于推廣應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,農(nóng)用航空應(yīng)用的領(lǐng)域多、適宜作業(yè)范圍廣闊,既可噴藥施肥也可用于林業(yè)、草原飛行播種;既適用于小麥、大豆、水稻等低稈作物,也適用于玉米、高粱、棉花、向日葵等高稈作物和林果作業(yè)。它不受地理因素的制約,無(wú)論山區(qū)或平原、水田還是旱田,以及不同的作物生長(zhǎng)期,農(nóng)藥的噴灑一般都不影響。特別是對(duì)于灘涂、沼澤等地面機(jī)械難以進(jìn)入的地域,或是蝗蟲等蟲害滋生地域,都可順利高效完成作業(yè)任務(wù);與地面機(jī)械田間作業(yè)相比,飛機(jī)作業(yè)還有降低作業(yè)成本、不會(huì)留下轍印和損壞農(nóng)作物的特點(diǎn);在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,無(wú)需專用航站建設(shè)投入,近地低空飛行可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)。移動(dòng)方便,可實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)轉(zhuǎn)移作業(yè),易于普及推廣應(yīng)用。
我國(guó)農(nóng)林牧業(yè)在治蟲除草、飛播施肥、催熟矮化、綠化荒山、防火巡護(hù)、抗旱增雨和防汛瀉洪等作業(yè)項(xiàng)目,對(duì)農(nóng)用飛行器的需求非常迫切,同時(shí)也取得了推廣應(yīng)用成效和經(jīng)驗(yàn),推廣應(yīng)用優(yōu)勢(shì)凸顯。
(1)新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體對(duì)農(nóng)用飛行器有迫切需求。目前我國(guó)新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體迅猛發(fā)展,對(duì)農(nóng)用飛行器需求迫切。據(jù)統(tǒng)計(jì),2014年全國(guó)農(nóng)業(yè)合作社達(dá)128.9萬(wàn)個(gè),入社農(nóng)戶9227萬(wàn)戶,約占農(nóng)戶數(shù)的35.5%,流轉(zhuǎn)土地面積近2667萬(wàn)hm2(4億畝)。全國(guó)經(jīng)工商注冊(cè)登記的農(nóng)機(jī)合作社4.74萬(wàn)個(gè),甚至出現(xiàn)了一批流轉(zhuǎn)土地超萬(wàn)畝,固定資產(chǎn)上億元的大型農(nóng)機(jī)合作社。農(nóng)機(jī)合作社完成的作業(yè)服務(wù)面積占13%,服務(wù)農(nóng)戶達(dá)4500萬(wàn)戶,經(jīng)營(yíng)收入達(dá)757億元,相當(dāng)于社均年服務(wù)收入168萬(wàn)元。規(guī)?;?jīng)營(yíng)的新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體、較大規(guī)模的家庭農(nóng)場(chǎng)和龍頭企業(yè),對(duì)農(nóng)機(jī)提出了大型化、成套化、智能化、節(jié)能環(huán)保和復(fù)式作業(yè)的新需求,以滿足高效和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展之需。由于農(nóng)用飛行作業(yè)表現(xiàn)出的高效、節(jié)能、環(huán)保和降低作業(yè)成本的優(yōu)勢(shì),成為增添農(nóng)業(yè)裝備之首選。
(2)農(nóng)用飛行器推廣歷程及研發(fā)現(xiàn)狀。我國(guó)從1951年開始用飛機(jī)參加防治東亞飛蝗、護(hù)林防火和播種造林等工作。1956年中國(guó)民用航空局設(shè)立專業(yè)航空機(jī)構(gòu),開展多種農(nóng)業(yè)航空業(yè)務(wù)。目前,已有6個(gè)機(jī)種400多架飛機(jī)在大面積的墾區(qū)和農(nóng)場(chǎng)從事農(nóng)業(yè)航空工作。主要機(jī)型包括“農(nóng)業(yè)5”、“Y5B”、“Y1l”、“海燕650B”等固定翼飛機(jī)。作為農(nóng)業(yè)用途的無(wú)人駕駛輕型直升飛機(jī)在國(guó)內(nèi)目前處于初級(jí)研究階段,參與研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)達(dá)40多家。通用輕型直升飛機(jī)代表機(jī)型主要有:江西蒼嵐輕型直升機(jī)有限公司生產(chǎn)的CLH的輕型直升機(jī),北京航空航天大學(xué)研制的蜜蜂16共軸式無(wú)人駕駛直升機(jī),中國(guó)人民解放軍總參第六十研究所開發(fā)的“Z-3”無(wú)人直升機(jī),鶴壁鶴翔航空技術(shù)有限公司開發(fā)的WDIO0型無(wú)人直升機(jī)等。青島天驕無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)有限公司開發(fā)了TJ-1型無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)。金泰航空工業(yè)公司專門開發(fā)、制造的農(nóng)用無(wú)人飛行器,在四川巴南投產(chǎn)。這種以電池組(件)為動(dòng)力的多軸無(wú)人機(jī),是目前國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的大型農(nóng)用無(wú)人飛行器。該產(chǎn)品性能穩(wěn)定,技術(shù)成熟,操控簡(jiǎn)單易學(xué),有效任務(wù)載荷達(dá)30kg,作業(yè)效率為國(guó)內(nèi)常用無(wú)人植保機(jī)的6倍。
(3)農(nóng)用飛行器的主要試用示范領(lǐng)域。2010年以來(lái),我國(guó)成功地進(jìn)行了多場(chǎng)次農(nóng)用飛行器展示和推介活動(dòng)。據(jù)2014年在北京全國(guó)農(nóng)業(yè)展覽館舉辦的第五屆中國(guó)國(guó)際現(xiàn)代農(nóng)業(yè)博覽會(huì)暨農(nóng)用航空技術(shù)裝備展覽會(huì)信息,包括中航工業(yè)集團(tuán)旗下荊門航空、西安飛行自動(dòng)化控制研究所、貴州飛機(jī)等40多家農(nóng)用飛機(jī)廠商聯(lián)合參展。除中航工業(yè)集團(tuán)旗下單位以外,安陽(yáng)全豐、無(wú)錫漢和、中航天宇、珠海銀通、山東新晨、高科新農(nóng)、韋德沃德、深圳高科新農(nóng)、天津中科遙感等知名農(nóng)用飛行器研發(fā)制造企業(yè)與通航作業(yè)公司也集體亮相。從農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域方面看,主要有三個(gè)方面。一是農(nóng)用低空遙控飛行植保。近幾年通過(guò)農(nóng)機(jī)部門的大力推動(dòng)與推廣,低空無(wú)人植保機(jī)得到了快速發(fā)展,水稻生產(chǎn)區(qū)的每個(gè)縣幾乎都在示范性推廣使用。二是人工增雨。飛機(jī)人工增雨是一個(gè)發(fā)展的重要方向,市場(chǎng)潛力大。隨著環(huán)境的變化,我國(guó)遭遇干旱天氣也越來(lái)越多,目前,國(guó)內(nèi)飛機(jī)人工增雨作業(yè)普遍使用的催化劑是碘化銀,把碘化銀溶解在丙酮里制成碘化銀丙酮溶液,利用丙酮見(jiàn)火易燃的特性,高溫燃燒碘化銀丙酮溶液生成碘化銀氣溶膠粒子。農(nóng)用飛機(jī)這是重要的播撒工具,成為農(nóng)用航空發(fā)展的一個(gè)方向。三是飛播牧草及草原鼠害控制。草原開發(fā)具有深遠(yuǎn)的意義,飛播牧草既能有效防治沙漠化,還能發(fā)展牧業(yè),造就良好生態(tài)環(huán)境等。草原鼠害破壞性很大,必須用航空作業(yè)予以控制和消滅。飛播草地的壽命約6~7年,此后需要重播,飛播造林的成本遠(yuǎn)低于人工種樹的成本。據(jù)測(cè)算,未來(lái)10年我國(guó)農(nóng)用飛機(jī)的需求量約8500架,加上無(wú)數(shù)的農(nóng)用低空飛行植保機(jī),潛在市場(chǎng)規(guī)模巨大。
(1)農(nóng)用航空發(fā)展存在的制約因素。從技術(shù)和體制層面看:一是大中型專用農(nóng)用飛行器少。以改裝型居多,在作業(yè)中都存在一定的缺陷;小微型農(nóng)用飛行器研發(fā)和生產(chǎn)一哄而上,沒(méi)有國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)急功近利,亂象叢生;使用缺乏培訓(xùn),存在大量的安全隱患。二是投入不足。國(guó)家的研發(fā)投入幾乎是空白,沒(méi)有專業(yè)的農(nóng)業(yè)航空技術(shù)研究機(jī)構(gòu),致使農(nóng)業(yè)飛行設(shè)備落后,不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)作業(yè)要求。農(nóng)用飛行基礎(chǔ)設(shè)施落后,固定翼農(nóng)用飛機(jī)沒(méi)有專用、兼用或臨時(shí)機(jī)場(chǎng),農(nóng)用航空企業(yè)飛機(jī)陳舊,不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的需求。農(nóng)業(yè)航空企業(yè)規(guī)模小,不能適應(yīng)市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)的需求,難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?;l(fā)展。三是機(jī)制不順。大部分農(nóng)業(yè)航空機(jī)構(gòu)內(nèi)部管理帶有濃厚的官商作風(fēng),企業(yè)缺少活力。農(nóng)業(yè)航空作業(yè)活動(dòng)沒(méi)有完全市場(chǎng)化,企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)力弱,經(jīng)濟(jì)效益不明顯,投資環(huán)境差,制約了企業(yè)的發(fā)展,也影響了新資本的注入。四是農(nóng)業(yè)飛行作業(yè)申報(bào)審批手續(xù)復(fù)雜。作業(yè)申報(bào)審批手續(xù)復(fù)雜,提高了農(nóng)業(yè)飛行作業(yè)成本,還延誤了最佳作業(yè)時(shí)機(jī),甚至導(dǎo)致作業(yè)失敗。
(2)農(nóng)用飛行器性能有待提高。目前我國(guó)農(nóng)用飛行器的配套動(dòng)力有燃油動(dòng)力機(jī)、電池動(dòng)力機(jī)和油電混合動(dòng)力機(jī)三種。從驅(qū)動(dòng)形式上分,有單旋翼和多旋翼兩種。大中型農(nóng)用航空器以單旋翼機(jī)為主,小微型農(nóng)用飛行器以多旋翼機(jī)為主。燃油動(dòng)力機(jī)噪音大,維護(hù)保養(yǎng)成本高,維修較為復(fù)雜,對(duì)操作人員素質(zhì)要求較高;電池動(dòng)力機(jī)作業(yè)能力小,抗風(fēng)能力差,續(xù)航時(shí)間短,電池價(jià)格高且壽命短,電池充電時(shí)間長(zhǎng),電池使用成本高。油電混合動(dòng)力機(jī)質(zhì)量不高,性能低下,導(dǎo)致使用成本高。由于目前農(nóng)用航空器處于快速發(fā)展期,售后服務(wù)跟不上,對(duì)推廣應(yīng)用產(chǎn)生了負(fù)面影響。
(3)專業(yè)研發(fā)及協(xié)作攻關(guān)不強(qiáng)。一是要優(yōu)化農(nóng)用飛行器設(shè)計(jì),防止低水平重復(fù),提高自身性能和可靠性,使之便于操控;通過(guò)應(yīng)用GPS或北斗導(dǎo)航系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”操作,降低操作復(fù)雜性。二是對(duì)農(nóng)用航空作業(yè)進(jìn)行專門研究,針對(duì)不同作業(yè)項(xiàng)目特點(diǎn)研制專用作業(yè)器具。如植保作業(yè),應(yīng)對(duì)農(nóng)藥?kù)F滴的沉積和飄逸規(guī)律進(jìn)行研究,對(duì)不同旋翼直徑的機(jī)型進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),從而優(yōu)化作業(yè)高度、作業(yè)幅寬和農(nóng)藥?kù)F滴直徑。三是加大高效低毒農(nóng)藥在農(nóng)用航空作業(yè)中的應(yīng)用研究,提高農(nóng)藥應(yīng)用效率。要注重農(nóng)藥劑型在農(nóng)用航空作業(yè)中的應(yīng)用研究,對(duì)油劑、水劑、乳劑的應(yīng)用效果作定量研究。四是建立飛機(jī)噴霧的霧滴分布仿真數(shù)學(xué)模型,通過(guò)模型分析霧滴沉降規(guī)律,研究噴施高度、風(fēng)速、不同機(jī)型對(duì)霧滴粒徑及霧滴漂移的影響。
(4)產(chǎn)品的適用性須進(jìn)一步改善。目前電動(dòng)無(wú)人機(jī)續(xù)航能力僅有10分鐘左右,需要多組電池交替使用,嚴(yán)重影響到其作業(yè)效率;油動(dòng)力小型機(jī)續(xù)航能力僅有10~30分鐘,油電混合動(dòng)力機(jī)續(xù)航能力超過(guò)60分鐘。國(guó)內(nèi)農(nóng)用低空遙控飛行植保機(jī)一般來(lái)說(shuō)載重能力為5~30kg,油電混合動(dòng)力機(jī)可達(dá)20~40kg。就目前使用來(lái)看,電池動(dòng)力機(jī)大幅度提高載重量比較困難,油動(dòng)力機(jī)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)則要容易些,但須進(jìn)行飛控升級(jí),增加智能化模塊和程序化設(shè)置,用以彌補(bǔ)人工操作之不足。
(1)建立適應(yīng)市場(chǎng)化的管理運(yùn)行機(jī)制。一是農(nóng)用航空站建設(shè)以方便適用為標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)農(nóng)用特點(diǎn),應(yīng)購(gòu)買適宜超低空噴灑、適應(yīng)服務(wù)當(dāng)?shù)氐匦蔚貕K特點(diǎn)的飛機(jī)。農(nóng)用航空站投入資金有限,主要進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù),不應(yīng)盲目追求高精尖,防止無(wú)效投入。應(yīng)以方便農(nóng)用飛機(jī)起降、維護(hù)修理、儲(chǔ)存物品、對(duì)外聯(lián)絡(luò)等適用為標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)要因地制宜,在考慮自身盈利的同時(shí)合理建立航空站。二是農(nóng)機(jī)部門要嚴(yán)格農(nóng)用飛行作業(yè)安全監(jiān)管。航空機(jī)保企業(yè)要配匹化學(xué)產(chǎn)品專業(yè)技術(shù)人才,認(rèn)真執(zhí)行規(guī)章制度和操作規(guī)程,加強(qiáng)農(nóng)用飛行器超低空飛行安全管理,嚴(yán)格化學(xué)藥劑監(jiān)控,防止造成損害后果。三是建立農(nóng)用飛行管理法規(guī)。建議給予農(nóng)用飛機(jī)低空飛行空域的自由度,方便使用;簡(jiǎn)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),以降低籌資壓力,降低農(nóng)用航空建設(shè)與使用成本;規(guī)范農(nóng)用飛機(jī)超低空飛行安全程序、標(biāo)準(zhǔn)、要求。加強(qiáng)操作人員培訓(xùn),提高安全使用和經(jīng)營(yíng)水平。
(2)制定發(fā)展規(guī)劃及行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)機(jī)主管部門應(yīng)聯(lián)合相關(guān)部門制定我國(guó)農(nóng)用飛行器的制造標(biāo)準(zhǔn)、鑒定標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),深入開展農(nóng)用飛機(jī)技術(shù)的宣傳和試驗(yàn)示范及推廣工作。為使這一新興行業(yè)健康發(fā)展,建議對(duì)農(nóng)用飛行器進(jìn)行分類管理。借鑒其它農(nóng)業(yè)機(jī)械分類方法,可以從農(nóng)用飛行器班作業(yè)能力入手,將其分為大、中、小型機(jī):有人駕駛的固定翼飛機(jī)以及班作業(yè)能力為1333.3~2000hm2的,定為大型農(nóng)用飛行器———農(nóng)用飛機(jī);班作業(yè)能力在333.3~1333hm2(5000~19999畝)的,定為中型農(nóng)用飛行器;班作業(yè)能力在333.3hm2以下的定為小微型農(nóng)用飛行器———農(nóng)用低空遙控飛行植保機(jī)。從發(fā)展布局看,東北、西北、華北及其廣大平原地區(qū)和國(guó)有大型農(nóng)牧場(chǎng),以發(fā)展大型機(jī)為主,中部及丘陵區(qū)以中型機(jī)為主,南部及山區(qū)以發(fā)展?。ㄎⅲC(jī)為主。
(3)實(shí)施政策傾斜和資金扶持。國(guó)家應(yīng)對(duì)農(nóng)用飛機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)給予政策和資金扶持;將農(nóng)用飛行器正式納入國(guó)家農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼,同時(shí)對(duì)農(nóng)用飛行作業(yè)實(shí)施作業(yè)補(bǔ)貼??山梃b河南等省發(fā)展農(nóng)用航空的做法,農(nóng)民或農(nóng)民專業(yè)合作組織購(gòu)置農(nóng)用低空遙控植保機(jī),享受國(guó)家農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼1/3、同時(shí)省財(cái)政專項(xiàng)資金累加補(bǔ)貼1/3、購(gòu)機(jī)者自籌1/3。
(4)加強(qiáng)研發(fā)和推廣應(yīng)用。一是加大農(nóng)用飛行器研發(fā)力度,由推廣應(yīng)用部門根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要提出農(nóng)用飛行器研發(fā)思路和架構(gòu),引進(jìn)相應(yīng)的國(guó)際先進(jìn)飛行器,進(jìn)行消化、吸收、創(chuàng)新、提高,通過(guò)再創(chuàng)新過(guò)程,逐步形成適合我國(guó)國(guó)情的農(nóng)用飛行器系列產(chǎn)品。在研發(fā)環(huán)節(jié),應(yīng)由龍頭企業(yè)牽頭,國(guó)家給予適當(dāng)?shù)馁Y金支持,力爭(zhēng)在基礎(chǔ)性、共性、關(guān)鍵性部件和典型樣機(jī)研發(fā)上取得突破,形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),避免受制于人。二是加強(qiáng)相關(guān)配套技術(shù)研究,在農(nóng)用飛行器各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域逐步突破,指導(dǎo)推廣應(yīng)用工作。三是探索農(nóng)用飛行器發(fā)展模式。隨著農(nóng)用飛行器的發(fā)展,客觀上要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?;虼藨?yīng)積極推動(dòng)新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體和國(guó)有農(nóng)牧場(chǎng)率先推廣應(yīng)用,發(fā)揮示范作用。各級(jí)農(nóng)機(jī)部門應(yīng)加強(qiáng)調(diào)研和引導(dǎo),根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求,加大政策扶持力度,以機(jī)械化家庭農(nóng)場(chǎng)、種植大戶、農(nóng)機(jī)合作社、農(nóng)機(jī)服務(wù)組織(公司)為載體,統(tǒng)一規(guī)劃和組織,建設(shè)區(qū)域性農(nóng)用飛行植保服務(wù)實(shí)體,統(tǒng)一管理、統(tǒng)一作業(yè)、獨(dú)立核算、自負(fù)盈虧,力促其健康發(fā)展。
觀察思考