文 | 張姮 中國(guó)人民解放軍61135部隊(duì) 蔡琰 吳強(qiáng) 中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外的空中物流行業(yè)已經(jīng)開(kāi)展了一系列的試驗(yàn)和產(chǎn)品研發(fā)，如瑞士等國(guó)開(kāi)展了空中物流等無(wú)人機(jī)定期飛行試驗(yàn)。但是這些活動(dòng)仍然屬于試驗(yàn)性的飛行，并且基本上都是在偏僻、地面人畜車(chē)輛等較少的偏遠(yuǎn)環(huán)境開(kāi)展。
以空中物流為代表的民用無(wú)人機(jī)的使用瓶頸在于：
（1）承擔(dān)物流載體的無(wú)人機(jī)的防墜毀設(shè)計(jì)和墜毀時(shí)對(duì)地面減災(zāi)設(shè)計(jì)尚未得到根本性的突破；（2）缺乏一個(gè)國(guó)家或行業(yè)認(rèn)可的公共試驗(yàn)與測(cè)試環(huán)境。
對(duì)無(wú)人機(jī)生產(chǎn)商而言，公共試驗(yàn)和測(cè)試環(huán)境將用來(lái)對(duì)計(jì)劃進(jìn)入市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的物流無(wú)人機(jī)進(jìn)行全方位的試驗(yàn)和測(cè)試；對(duì)于無(wú)人機(jī)管理者而言，則可用來(lái)對(duì)物流無(wú)人機(jī)的運(yùn)行模式和監(jiān)管模式進(jìn)行考評(píng)。因此，我國(guó)應(yīng)當(dāng)盡快建立物流無(wú)人機(jī)試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)基地。
國(guó)外物流無(wú)人機(jī)試驗(yàn)與測(cè)試進(jìn)展
2015年2月，多家媒體報(bào)道了小型無(wú)人機(jī)“空中快遞”的新聞。消息稱(chēng)，美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）于2月15日在世界上首次發(fā)表了關(guān)于小型無(wú)人機(jī)“空中快遞”的技術(shù)性以及飛行條件等方面的準(zhǔn)則。
該準(zhǔn)則規(guī)定：快遞物品重量為25千克以下；飛行可能的時(shí)間段為公共機(jī)關(guān)所規(guī)定的黎明到日落；最高飛行速度為160千米\時(shí)；最高飛行高度約152米；飛行中，飛行的管理者能夠目視。
2013年12月，亞馬遜公司首度在視頻中公開(kāi)了小型無(wú)人機(jī)“空中快遞”服務(wù)，用以小型貨物的配送利用。另一方面，谷歌公司于同年4月宣布收購(gòu)小型無(wú)人機(jī)送貨的開(kāi)發(fā)企業(yè)泰坦航宇公司，8月公開(kāi)了固定翼小型無(wú)人機(jī)送貨項(xiàng)目的“項(xiàng)目·翅膀”的試驗(yàn)驗(yàn)證視頻。
2015年3月19日，F(xiàn)AA批準(zhǔn)了亞馬遜的“空中快遞”的飛行試驗(yàn)。進(jìn)一步，4天后關(guān)于飛行器的相關(guān)法規(guī)333部以無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（UAS）作為特例，將UAS的飛行范圍嵌入于以塔臺(tái)控制的機(jī)場(chǎng)為中心的約9.26千米范圍內(nèi)等項(xiàng)目之中。
2015年4月，F(xiàn)AA決定向亞馬遜和谷歌公司發(fā)放進(jìn)行小型無(wú)人機(jī)“空中快遞”的飛行試驗(yàn)許可，表明政府支持小型無(wú)人機(jī)“空中快遞”業(yè)務(wù)的發(fā)展。由此可見(jiàn)，2015年成為小型無(wú)人機(jī)“空中快遞”的元年。
今后，小型無(wú)人機(jī)的“空中快遞”與自動(dòng)駕駛汽車(chē)，包括由DARPA所推進(jìn)的人型機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域?qū)?duì)美國(guó)乃至世界行業(yè)發(fā)展所帶來(lái)極大影響。
物流無(wú)人機(jī)主要需要解決兩方面的問(wèn)題：
（1）無(wú)人機(jī)自身的安全性，包括自身可靠性和墜地時(shí)對(duì)地面減災(zāi)；
（2）運(yùn)營(yíng)模式，偏重于管理和運(yùn)行過(guò)程。
一旦滿足兩方面的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)，將會(huì)快速占領(lǐng)市場(chǎng)。物流，只是空中貨運(yùn)無(wú)人機(jī)的一個(gè)使用子類(lèi)，廣義的物流（包括人員運(yùn)輸）將是無(wú)限的。
為了研發(fā)滿足安全性、運(yùn)營(yíng)模式要求的無(wú)人機(jī)，美國(guó)共建立了6個(gè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)場(chǎng)，分布于北達(dá)科塔州、紐約州、內(nèi)華達(dá)州、弗吉尼亞州、阿拉斯加州和德克薩斯州，研究領(lǐng)域覆蓋了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的耐飛性、數(shù)據(jù)傳輸鏈路、將無(wú)人機(jī)融入空域的實(shí)施、空中交通管制、失效模式檢驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)的制定等等，基本覆蓋了無(wú)人機(jī)試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境研究的各個(gè)方面。在這個(gè)領(lǐng)域，美國(guó)已經(jīng)做了很多扎實(shí)的工作，將為美國(guó)的無(wú)人機(jī)行業(yè)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和強(qiáng)大的助力。相比之下，我國(guó)在該領(lǐng)域尚處于起步階段，與美國(guó)相比差距非常明顯。
物流無(wú)人機(jī)試驗(yàn)與測(cè)試研究必要性
與軍用飛機(jī)、無(wú)人機(jī)不同，民用無(wú)人機(jī)在使用時(shí)，不能要求地面做避讓、防護(hù)等行為。因此，民用無(wú)人機(jī)的飛行可靠性和一旦墜地時(shí)對(duì)地面的傷害減災(zāi)技術(shù)，就成為必須考慮的問(wèn)題，這類(lèi)似于民航客機(jī)首先要考慮可靠性，再考慮經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題。
尤其是空中物流用無(wú)人機(jī)，飛行、投遞、接物，都是在城市上空使用，首先必須考慮的就是飛行可靠性、不僅僅是正常飛行能力，還必須在嚴(yán)酷的各種自然環(huán)境和人為環(huán)境、甚至是人為威脅和打擊的情況下、保持繼續(xù)飛行的能力。此外，一旦因自身、外界環(huán)境或事件，導(dǎo)致不能正常飛行，必須有下降時(shí)對(duì)地面人員及物品的危害減災(zāi)能力。
那么未來(lái)運(yùn)行時(shí)，物流無(wú)人機(jī)將會(huì)在什么樣的環(huán)境中運(yùn)行？將會(huì)受到什么樣的威脅？將會(huì)產(chǎn)生什么樣的威脅呢？
歸根到底，物流無(wú)人機(jī)要有以下能力：
（1）規(guī)避能力：規(guī)避固定障礙物和迎面的、側(cè)擊的、尾隨的各種飛行物。
（2）定位能力：各種衛(wèi)星定位、慣性定位和手機(jī)基站定位。
（3）抗地磁干擾能力：高壓線、鋼鐵制構(gòu)架、手機(jī)基站等引起的地磁指南針紊亂。
（4）抗打擊能力：意外的各種重量、速度的飛行物撞擊，如彈弓等。
（5）抗電磁干擾能力：地面電火花、各種遙控裝置、無(wú)線電臺(tái)、手機(jī)基站等等。
（6）抗各種氣象能力：風(fēng)/陣風(fēng)/持續(xù)風(fēng)/、雷電、雨、雹。霾、霧，反映抗風(fēng)、抗沖擊電流、抗?jié)竦取?br />
（7）墜毀時(shí)對(duì)地面的災(zāi)害足夠小的能力：預(yù)知墜毀、預(yù)知何時(shí)開(kāi)啟墜毀安全減災(zāi)裝置。
（8）足夠飛行的能力：結(jié)構(gòu)緊實(shí)、足夠的飛行航程和足夠的載重。
只有滿足了應(yīng)對(duì)這些威脅因素的能力要求，物流無(wú)人機(jī)才有可能在城市上空，在各種自然、人為的干擾下安全地使用。為此，無(wú)人機(jī)經(jīng)得住上述各種情況的考驗(yàn)，這需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。
一般而言，在設(shè)計(jì)有人機(jī)時(shí)，通常要經(jīng)過(guò)強(qiáng)度使用、風(fēng)洞試驗(yàn)、電磁兼容試驗(yàn)、雷電RCS試驗(yàn)等等，然后是飛行試驗(yàn)、武器打靶試驗(yàn)，艦載機(jī)還有著艦試驗(yàn)。這些試驗(yàn)，無(wú)不是為了驗(yàn)證飛行的作戰(zhàn)性能。那么，作為物流無(wú)人機(jī)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，就必須能夠創(chuàng)造出這些威脅因素，來(lái)模擬實(shí)際運(yùn)行中的各種可能不利的環(huán)境，物流無(wú)人機(jī)必須通過(guò)這類(lèi)試驗(yàn)的認(rèn)證，才能放心地投入市場(chǎng)運(yùn)行。
除了驗(yàn)證無(wú)人機(jī)的安全飛行能力和墜地減災(zāi)能力，無(wú)人機(jī)的飛行管理和規(guī)則驗(yàn)證也是需要特定的試驗(yàn)環(huán)境，不能要求在無(wú)人機(jī)不成熟、沒(méi)有安全把握的情況下，到真實(shí)的城市環(huán)境來(lái)驗(yàn)證規(guī)則。因此，需要這個(gè)環(huán)境開(kāi)展管理規(guī)定、空域監(jiān)管方面的試驗(yàn)。
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