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无人驾驶航是航空业未来发展的必然趋势
作者: 中飞俱乐部  浏览次数: 368  添加时间: 2016-06-13

 

       据flightglobal报道:无人驾驶或远程控制商业航班是航空业未来发展的必然趋势,这一点已经在业界达成了共识。如今业内人士争论的唯一焦点在于何时能够实现该目标,其中大多数专家认为还需要经过一代甚至几代人的努力才能使相关技术赢得社会的认可。
据近期的事故统计数据显示,由于对飞机驾驶舱自动化系统的过度依赖,飞行员的飞行技能正日渐降低,以致其在自动化系统出现故障或失效的情况下变得手足无措。这一现状已经在航空业引起了关注,进而引发了关于实现无人驾驶飞机商业运营宜早不宜迟的观点。而针对该现状有两种应对措施:一是改善飞行员的训练方式,但这一方法成本较高;二是进一步完善驾驶舱内计算机系统的功能,目前这一方法已经得以落实。
与英国皇家航空协会一起从事此类研究的航空顾问托尼·亨利(Tony Henley)指出:“有一个未说明的问题是,训练机组人员应对自动化系统故障的能力以及保证自动化系统的低故障率这两者究竟哪一个更有价值。这两种方法的成本都比较高,而且在应对一些在统计学上不太可能出现的故障时,即使机组人员已经经过了相关培训,但也仍然存在处理不当的可能性。相对而言,降低自动化系统的故障概率可能是一个较好的选择,虽然这样做可能会使系统变得更加复杂,而且机组人员进行手动干预的难度也会增加。然而,值得一提的是,系统虽然不会犯错误,但目前却很难应对一些意料之外的状况。”
       不过,无论关于这两种措施孰优孰劣的争论如何,现今航空业对于飞行员在业内的定位已默认为:从中期来看,机组人员将减少至只有一名飞行员;从长期来看,飞机上将不再需要配置机组人员。同时,空中交通管理(ATM)的发展也在一定程度上强化了这一定位。ATM规划人员预计,未来在交通密集的区域,飞行员将不再拥有手动干预的选择,因为这么做会扰乱自动化空中交通系统。届时,既然飞行员已经无法进行手动干预,似乎也就失去了在飞机上配置飞行员的必要性。
关键问题
       与此同时,欧盟正在资助一项名为“ACROSS”的跨国研究计划。该计划旨在开发出能够使汽车、航空航天和工业应用等领域实现智能自动化的软件。目前,亨利也属于该计划的一份子,且主要负责在其高度自动化的监管方面提供建议。他说:实现飞行员所有常规职能的自动化比较简单,但关键问题是:谁来负责某一部分出现故障的状况,以及系统如何应对如哈德逊河迫降事件等突发情况。
据悉,美国纽约当地时间2009年1月15日,合众国航空的一架空客A320客机因遭遇鸟击而致使飞机引擎出现故障,机长选择紧急迫降哈德逊河,并成功奏效。但值得深思的是,面对这种情况飞机的自动化系统会如何处理以及自动化系统所采取的措施是否也能保证机上人员的安全。
      此外,自动化系统不需要飞行员的整个问题已经引发了公众的颇多争议。多数持反对意见的人指出,长久以来一直都有诸多关于飞行员拯救飞机脱离灾难的事例,但这无数的成功案例却因为少数飞行员无效干预甚至加速事态恶化的事件而被大众所忽视。其中,除了哈德逊迫降事件以外,最常被提及的事件包括:2010年澳洲航空航班号为QF32的A380客机发生引擎爆炸、2008年英国航空一架波音777客机在伦敦希思罗机场降落时因燃油不足而紧急迫降,以及两起在飞机完全失去液压控制的情况下仅靠引擎推力完成降落的著名事件,即1989年的苏城空难和2003年的DHL货机巴格达遇袭事件。
小事件
       不过,这都是一些举世瞩目的成功案例。实际上在日常飞行的过程中,机组人员也需要应对一些相对较小的故障或者威胁。这些小问题如果不能及时得以解决,就有可能引发一连串的事件,进而产生实际的危险。但由于缺少基于庞大的数据量而汇成的受认可类别,航空业还没有真正考虑过在没有飞行员处理这些日常技术或运行小事件的情况下会产生什么等级的风险。
目前,ACROSS计划正着眼于开发一种可以降低机组人员工作负担、减少机组人员数量并能在机组人员无法手动干预的情况下代替飞行员职能的自动化系统。同时,单人驾驶大型商业运输飞机的发展前景也已隐约显现。
此外,现已出现了大量针对非军用半自动或全自动无人机(UAV)的研制工作,但是国际民航组织(ICAO)坚称,以当今的技术水平,航空器在飞行过程中必须有一名远程飞行员提供手动干预,否则便不允许该航空器在公用空域中飞行。另外,无论是自动驾驶还是远程控制,无人机的高损耗率都是公众最关心的主题之一。对于无人机而言,30%的损耗率也只是保守估计值。
       同时,无人机的商业化运营能否实现在一定程度上取决于未来空中交通管理系统的性能。现今,虽然无人机已经在军事上得到了广泛应用,但在战区或受特别限制的空域以外却不允许运营。这主要是因为无人机与其它交通工具之间的间隔无法得到保障,而且其机载防撞安全系统还不够完善,不足以在非受控空域内保障无人机之间的间隔。然而,据英国空中导航服务供应商NATS公司的首席执行官理查德·戴肯(Richard Deakin)称,未来的ATM系统将使管制员能够对无人机进行与有人驾驶飞机相同的安全间隔保障控制。不过,他也表示,要想实现该目标,必须在管制员与无人机远程飞行员之间建立起完全安全的通信连接,但这一点极难保障,而且建立远程飞行员与无人机之间的通信连接也是如此。欧洲航空安全局(EASA)官员菲利普·托马塞罗(Filippo Tomasello)也认为,向无人机提供航路上的间隔保障并不需要尖端的设备,而且除了通过飞机挡风玻璃获得的视觉感知外,远程飞行员能够使用机上飞行员所用到的全部传感器设备,以感知其它飞机并实现避撞。他还指出,无人机与远程飞行员之间的数据链路是整个自动化系统中最薄弱和最易受损的部分。
      另外,空中交通间隔不由或不完全由地面管制中心决定是空中交通管制未来的发展前景之一。预计到了2030年,借助于来自地面自动化ATM系统的4维交通信息(第4维是时间),无论是有人驾驶还是无人驾驶的飞机都将能够自主保障安全间隔。再加上高级的机载交通告警和防撞系统,飞机便能够在交通繁忙期间保障飞行安全,并选择最经济的路线到达目的地。远程控制当上述等级的性能得以实现时,在正常的情况下将不允许飞行员对飞机进行手动操作。集成的飞行轨迹管理信号以及来自地面ATM系统的交通信息将通过数据链传输给飞机的飞行管理系统,进而由该系统指导飞行过程。即使有飞行员在飞机上,他们充其量也不过是这一自动化过程的观察者。
不过,戴肯质疑的是,当出现不可预见的干扰事件时,飞机的自动化系统将如何应对。他还引用了近期因波音787客机起火而造成希思罗机场关闭的事件予以说明。当时的消防和救援服务几乎全都忙于控制火势,该机场无暇应对其它事件,因而决定暂时关闭机场。在这种情况下,如果有一架无人机已经准备着陆,那么该飞机及其整个系统都必须能够适应多个复飞以及随后的改航要求。
       简而言之,戴肯提出的这一假设性问题凸显了大多数业内人士对于引进无人机的一项担忧,即无人机及其自动化系统是否能够合理地应对不可预见的状况。
“B计划”
      戴肯表示,如果事发突然,即使是一些可预见的干扰事件都会对飞机及其自动化系统提出极高的要求。同时,他还以一个罕见情况为例予以了说明,即飞机正处于最后进近阶段时突然有雷雨云飘过大型机场上空。在此类情况下,飞机必须放弃进近,转而执行“B计划”。而与飞机自动化系统相比,经过适当训练的人具有较强的适应能力,尽管人也存在一定的局限性。
欧洲无人驾驶系统中心(EuroUSC)的主管安德烈·克洛蒂尔(André Clothilde)已经就此问题为英国皇家航空协会进行过研究,并指出之前曾出现过类似的问题。他说:“在80年代末90年代初期间,我们注意到管制员技能水平的退化和飞行功能的自动化逐渐加深,机载系统与地面系统之间的连接逐渐加强,相关人员的职能也有所减少,只需要实时监控或处理紧急情况。此外,由于管制中心(ATC)拥有在高密度交通环境下更好的态势感知能力以及关乎多个航班安全导航的全部交通流控制信息,所以飞机的飞行实际上将由管制员进行指导,而不是机上的飞行员。”
另外,克洛蒂尔认为,阻挠该目标实现的关键因素不在于技术,而在于公众、监管部门以及ATC官员和飞行员的接受程度。
      那么,如今ATM系统的有关决策者是否预见了无人机未来将得到广泛应用呢?欧洲空管组织(Eurocontrol)的ATM系统主管布·里德伯恩(Bo Redeborn)表示:“毫无疑问,这在技术上具有一定程度的可行性,甚至还具有一些优势。”但他认为2030年这一时间预估略显不切实际,因为欧洲现行的ATM系统改进计划尚未达到预期的进度,并且也没有加速的迹象。
     据里德伯恩称,ATM系统未来的计划将使远程驾驶飞机(而不是完全的自动化)成为可能且具有可行性。同时,完好性充足的数据链系统以及成熟的集中式4D轨迹管理和控制将成为衡量ATM系统性能的两个必要指标。他强调,目前该系统正朝着这个方向自然发展。他还透露道,欧洲空管组织已经在为实现大型运输机的单人驾驶做准备。
此外,里德伯恩预计,飞机自主保障安全间隔的首次授权应用将出现在海洋或沙漠地区。届时,下一代机载防撞系统(ACAS-X)与广播式自动相关监视技术(ADS-B)的结合将能够为飞机的飞行管理系统以及机上或远程飞行员提供精确的交通间隔实时和预测信息。而且该系统在低流量地区的成功应用也将为其最终应用于高流量地区奠定坚实的基础。里德伯恩还表示,随着ATM系统性能的逐渐增强,空中交通管制对飞行轨迹的干预也将日益减少,直至最终完全没有人为干预。到那时飞行员实质上已无法手动干预飞行过程,因此也就没有在飞机上配置飞行员的必要。里德伯恩指出:“这势必会发生,但在此之前还需要一段漫长的过渡过程。”
        EASA的托马塞罗称,作为一名监管人员,他负责的是设备性能规范的制定以及设备故障时法律责任分工的规范化,而不是设备的设计。他预计,随着自动化的逐步加深,原由运营商承担的一些法律责任将转移到设备制造商和软件开发商的身上,而远程飞行员的职责将与机上机长相一致。无论是机上还是远程驾驶飞机,飞行员保障飞机安全的责任是相同的,这就要求飞行员尽一切努力确保飞行的安全。
       人为参与托马塞罗指出,ICAO已经在考虑无人机的大范围应用,但完全自动化的飞机尚不处于其考虑之列,并且目前ICAO所有的想法都假定了远程飞行员是系统的一部分。他还表示,远程驾驶飞机并不一定意味着每架飞机甚至每个航班对应一个飞行员。他提出,可以由一名远程飞行员负责飞机的起飞、初期爬升和着陆过程,而航路上的飞行过程则交给机上飞行员或机组人员。此外,他建议远程飞行由机上和远程机组人员轮流负责,远程机组人员可以在飞机巡航时掌控飞行,而在此期间机上机组人员可以休息,这样一来还能避免增加远程飞行机组人员的需要。
在托马塞罗看来,与机上飞行员相比,客舱机组人员的角色不太容易替代。他认为,在处理紧急疏散等状况时自动化系统的表现逊色于客舱机组人员,尤其是在预防旅客出现恐慌和维护机舱良好秩序等方面。
       总体来说,托马塞罗认为无人机的商业化进程将非常缓慢,而且较技术上的进步而言更多的是取决于社会的接受程度。他还称这一目标的实现可能会在50年以后,但他对此也不太确定。

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