飞机遇上无人机
2018-06-26 16:31
当前，作为一种大数据采集器，无人机已经渗透进人们工作生活的各个领域。不论是农业、运输、救援、测绘，还是新闻报道、电力巡检、影视拍摄，随处都可以看到无人机的身影。
同时，伴随着人工智能技术的迅猛发展以及硬件成本的不断下降，无人机制造业也迎来了新的发展机遇，产业规模进一步扩大。
然而，无人机市场保有量的增加却也带来了一些不可避免的麻烦，比如乱飞的无人机是否会对航空安全造成威胁？分别发生在美国与加拿大两国的无人机撞击飞机事件，让人们的担心变成了现实。
无人机惹祸了
据美国联邦航空管理局（FAA）估计，到2020年，美国无人机销售量预计将突破700万架。
这一数字令人震惊，可即便无人机的产量和销量急速增长，人们对于轻型无人机会为航空安全带来多大影响依然知之甚少——因为此前这种情况实在不多。但如今，这样的案例却真实地发生在了人们眼前。
这是2017年秋天一个普通的傍晚。美国陆军的两架UH-60M黑鹰直升机正在纽约史坦顿岛上空执行巡逻任务，为在曼哈顿召开的联合国大会年会保驾护航。然而就在日落之后，一架鞋盒大小的无人机突然一头撞上了其中一架黑鹰直升机，造成后者主旋翼、窗框和传动系统的小范围损坏。
这起撞击事件成为了美国航空史上无人机与军用飞机的首次“亲密接触”。事件发生后，美国军方、美国国家运输安全委员会以及其他政府机构严阵以待，立刻着手调查撞击事件发生的原因和过程。
实际上，飞行员们早已意识到了无人机可能带来的潜在威胁，甚至有过为规避撞击风险而暂缓救援任务的先例。2017年夏天，在美国蒙大拿一场大火的救灾工作中，由于在附近空中发现了未经授权的无人机，消防员不得不暂时中断了直升机的救援工作。
而在之后的一个月，美国政府向公民发出通知，警告他们让自己的飞行器远离那些正在休斯顿地区帮助遭受哈维飓风袭击的灾民撤离的飞机。不过，到目前为止，还没有可靠的数据能够表明无人机与有人驾驶飞机相撞的风险超出了这些飞机本身所执行任务的需要。
通常来说，执行搜索和救援任务的低空飞行的直升机与无人机相撞的风险最大，因为两者使用同一片空域，英国克兰菲尔德大学教授Ian Horsfall介绍道。“无人机带来的威胁不仅仅在于它们出现在错误的地方，考虑到直升机的特性，即便是有适当授权和有人操控的无人机，同样也容易撞上直升机。”
上述提及的黑鹰直升机就是在约150米的高空中被撞到的。实际上，在纽约的大部分地区，消费级无人机都是被禁止飞行的，只有在如史坦顿岛的LaTourette 公园等少数地区，才准许无人机在低于120米的空中飞行。
与旋翼直升机相比，有人驾驶的固定翼飞机虽然不像前者那样长时间与无人机共处同一空域，但它们一旦遭受撞击，后果就可能相当严重。就在纽约史坦顿岛撞击事件发生的一个月后，在加拿大魁北克市附近，无人机又撞上了一架双引擎飞机。
当时，这架比奇“空中王国”A100公务机正准备降落在Jean Lesage 国际机场，一架无人机在约450米的高空撞上了它的左翼。后续的地面检查显示公务机只受到轻微伤害：机翼和融冰系统表面有一些刮痕。但加拿大运输部在事件发生后的新闻发布会上表示，一旦无人机撞上飞机的驾驶舱窗户或损坏发动机，那么就可能造成灾难性的后果。
影响众说纷纭
事实上，对于无人机究竟会给航空安全带来多大的影响，目前全球还没有定论：有人认为必须对此保持高度警惕，也有人表示这其实是在杞人忧天。
对于低空飞行的有人驾驶的飞机来说，最危险的状况莫过于被无人机撞到挡风玻璃或发动机。根据纽约州立大学布法罗分校航空航天结构与混合物碰撞实验室（CRASH）创始人及主任Javid Bayandor介绍，无人机和飞机相撞产生的影响会因两者的类型不同而有所差异。
此前，Bayandor和同事在弗吉尼亚理工大学花费数年时间，汇总了超过150种无人机模型的数据，然后利用计算机模拟分析它们对飞机造成的潜在威胁。“我们不仅对无人机进行了分类，并且试图找出它们对不同类型飞机的不同位置可能造成的损害，同时我们也努力找到可行的减损方法。”
根据英国交通部和军事航空管理局2016年的一项研究，无人机撞击飞机产生的影响要远远小于身体柔软的鸟类对飞机的伤害。对此，一项来自英国的研究测试了不同尺寸的无人机对直升机和大型飞机挡风玻璃的撞击影响，发现当无人机的重量达到1.5千克时，就有可能穿透挡风玻璃。
通常来说，消费级无人机对高空飞行的商用飞机的威胁较低，喷气式飞机也仅仅在起飞和降落过程中与无人机处于同一空域。因此，最大的危险可能就是无人机被卷入飞机的涡轮发动机之中。
Bayandor的实验室曾制作了一个视频，向人们展示了模拟情景下无人机是如何在喷气飞机发动机内部被“撕成”碎片的。“这些碎片可能四散至发动机各处，伴随着极高的速度，就可能使破坏继续蔓延。”Bayandor表示。
但研究人员同时也指出，总的来说，无人机撞上任何类型的飞机的实际概率都比较低。鉴于无人机与飞机相撞的可用数据十分稀少，美国乔治梅森大学Mercatus中心在2016年3月的一份报告中，以鸟类代替无人机，研究了其撞击对飞机的影响。
研究人员发现，虽然美国上空的鸟类总数估计达到100亿只，但实际上每年发生的鸟类撞击飞机事件也只有几百起。对此，报告认为，相较于鸟类如此庞大的数量撞击事件仍非常少，因此重达2千克以上的无人机引发撞机事件的可能性可以说微乎其微。
“想想航班的数量，无人机撞击飞机事件迄今为止仍非常稀少，这也印证了一个怀疑，即是媒体引发了公众的这种担忧。”美国斯坦福大学智能系统实验室主任、航空工程师Mykel Kochenderfer表示。但对于发生在美国和加拿大的两起无人机撞击飞机事件，他认为虽不至于过分担忧，但这也为“无人机操作者敲响了警钟”——无人机确实可能会对民航航空安全构成潜在的威胁。
政策制定者们显然也已经认识到了这一点。去年年底，美国联邦航空管理局就曾希望通过一项法律来恢复对小型无人机的用户登记。虽然当时一些科技公司对该法律表示了支持，但是一些无人机个人用户却表达了强烈不满：他们认为用于娱乐的小型无人机不应该被纳入监管范畴。最终，这项法律不了了之。
近日，在无人机业界以及监管机构的大力推动与促成下，美国国会开始重新考虑将小型无人机纳入美国联邦航空管理局的监管范围，即私人或临时无人机用户避开监管的漏洞将被填补。
此举一出，立刻得到了商业无人机联盟的大力支持。另外，包括亚马逊和福特等在内的众多企业巨头也纷纷表示将认真执行新的法规。我们有理由相信，随着无人机越来越普遍，与之相应的法律也定会日趋完善。届时，人们将得以踏实放心地享受无人机带来的乐趣。■
《科学新闻》 (科学新闻2018年5月刊 航天)
