以完备的管理保证民用无人机的安全运行

  去年9月,国内媒体报导了顺丰快递公司的“无人机送货”计划。3个月后,美国电商亚马逊透露了无人机配送物流项目Prime Air。此后,物流巨头UPS、DHL、FedEx也陆续宣布无人机物流的试验或研发计划。民用无人机一时成为物流界热议的话题。2013年12月29日,首都机场以东空域闯入一架无人机,对正常飞行的运输航班造成严重安全威胁,4名涉案人因涉嫌以危险方法危害公共安全罪被刑事拘留。这一事件成为无人机在2013年最后的,也是最轰动的一则新闻。

  去年9月,国内媒体报导了顺丰快递公司的“无人机送货”计划。3个月后,美国电商亚马逊透露了无人机配送物流项目Prime Air。此后,物流巨头UPS、DHL、FedEx也陆续宣布无人机物流的试验或研发计划。民用无人机一时成为物流界热议的话题。2013年12月29日,首都机场以东空域闯入一架无人机,对正常飞行的运输航班造成严重安全威胁,4名涉案人因涉嫌以危险方法危害公共安全罪被刑事拘留。这一事件成为无人机在2013年最后的,也是最轰动的一则新闻。

  以上新闻事件反映出民用无人机的现状:应用市场巨大,安全问题突出。鉴于此,国内外民航管理机构高度关注,有关无人机的管理政策已陆续出台。2013年11月,美国联邦航空局(FAA)发布了《民用无人机融入美国国家空域系统的路线图》。同月,我国民航局也发布了咨询通告《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》。本文就民用无人机的现实问题进行了分析,对我国民用无人机管理提出了自己的看法与建议。

  应用市场巨大

  在过去的20年间,无人机的应用逐渐从军事领域向民用领域延伸,在气象监视、人工降雨、航空探矿、航空遥感、电力巡线、交通监控、新闻/赛事直播、追踪犯罪、边境巡逻、海洋监测、航空护林、野生动物保护等领域均出现了无人机的身影。

  目前世界上有30几个国家/地区研制了几百种型号的无人机。专业预测机构Teal Group预测,全世界在军、民用无人机系统方面的研发、测试费用将从2013年的66亿美元增长到2022年的114亿美元。未来10年,全世界在军、民用无人机系统上的总投资将达891亿美元。FAA预测,在民用/商业领域,小型无人机将会是最大的增长点,并预计如果能够在2018年前完成规章完善,将有7500架小型无人机投入商业使用。

  在我国,农药喷洒是目前无人机应用最广泛的业务。售价几万至二十万不等的植保无人机,能够给农民带来价廉、高效、安全等多项实惠。根据统计,使用人工喷洒农药的每亩成本为15-20元,每天仅能喷洒40亩左右;使用拖拉机喷洒的每亩成本为10元左右,每天能够喷洒400亩;使用R44直升机喷洒的每亩成本为8-10元,每小时约能喷洒1200亩;而使用植保无人机喷洒农药,每亩成本仅为2-5元,每天能够喷洒600-800亩。显然,无人机喷洒农药具有其他三种方式无法比拟的价格优势。虽然喷洒效率无法与有人直升机相比,但是植保无人机不需要机场或起降点,对作业天气要求低,比有人直升机具有更强的灵活性和更大的作业窗口。植保无人机的作业精细化程度更高,可以节省20%以上的农药。由于无人机驾驶员远离作业区操作,还可以降低人员中毒可能,作业安全性大大提高。目前国内的科研院所和生产企业纷纷看好无人机的应用前景,据预测,我国将在2033年形成一个460亿的无人机需求市场。

  安全问题突出

  虽然无人机的应用市场巨大,但安全问题是目前最大的发展障碍。在亚马逊透露其无人机配送计划后,FAA随即表示“目前不允许任何商用无人机飞行”,明确表明了对无人机限制使用的态度。我国和其他国家对民用无人机的使用也没有完全放开。

  从目前的软硬件技术来说,军用无人机的先进性和可靠性都比民用无人机高,但是美国、德国、俄罗斯、以色列等国都曾发生过数起军用无人机坠毁事故。据美国军方统计,1997—2012年,美国空军有85架“捕食者”损毁,坠毁率是F-16的2倍多。由于目前各国都还没有出台民用无人机的制造生产标准,大多数民用无人机都由多轴旋翼机或大型航模改造而成,在气动外形、动力装置、控制方法、通信技术等方面都与军用无人机存在一定差距,坠机、伤人等事件在研制、试验、使用中时有发生。无人机在感知和避让方面的技术也尚未成熟,对于诸如鸟击的突发状况无法快速反应,2011年巴基斯坦就曾发生过无人机与飞鸟相撞后坠毁在炼油厂的严重事故。为此,FAA规定无人机飞行时在其视距范围内必须有地面观察者或者伴飞的“影子飞机”。

  除了无人机自身的技术问题外,民用无人机的监管手段和技术目前也存在问题。民用无人机大多体积较小,飞行高度低,飞行速度慢,又无须在机场起降,行踪难以控制。现有的低空监视手段在发现和跟踪此类“低、慢、小”的飞行目标方面还存在一定的技术障碍。

  民用无人机的另一安全问题是使用人的问题。首都机场无人机闯入空域事件,是该问题的典型反映。目前无人机使用人多为研制单位或企业的科研人员,无人机作业操作员或航空爱好者。其中大部分人将无人机等同于传统的航模,但事实上现在的无人机比航模飞得更高、更远、更久,使用人必须具备一定的民航专业知识,懂得民航法律法规,了解民航运行程序,具有安全风险意识,才能保证无人机的安全操纵。

  此外,民用无人机还存在被恶意使用的可能。2011年,美国的“哨兵”无人机被伊朗重构GPS坐标后引导降落在其境内,被伊朗方面完整“捕获”。类似地,民用无人机也存在通信链路被侵入后临时修改飞行路径和目的地的可能,恐怖袭击和恶意破坏可能仅需要一台电脑和无线电设备就能完成。

  美国的管理经验

  作为航空大国,美国在无人机的技术,应用和管理都领先于世界其他国家。FAA在1990年就允许无人机在国家空域系统(NAS)中运行。由于早期民用无人机的运行频率非常低,大部分又都在偏远地区或者特殊用途空域进行,对NAS没有构成安全威胁。尽管此后FAA对无人机的使用采取了谨慎开放的态度,但是在20多年间美国的无人机数量仍然增加迅速,对无人机进行安全有效的管理成为一种迫切的需求。

  2009年,FAA成立了无人航空器计划办公室(UAPO),负责研究将无人机安全有效地融入NAS的路径和方法,以及针对无人机系统来调整完善FAA的规章体系,涉及生产标准、适航认证、感知和避让系统程序、指令控制协议和通信协议等各个方面。2010年10月,UAPO发布了一份民用/政务无人机系统路线图,明确了UAS在NAS中的认证和运行路径。2013年11月,FAA正式发布了首份《民用无人机系统融入美国国家空域系统的路线图》。该路线图就民用无人机融入NAS提出了融通、整合和演化三个阶段远景,分别对无人机标准、规章制度、适航认证、程序和空域、培训(无人机的地面控制人员、机务人员和管制人员)、技术研究与开发进行了规划设计。

  2013年12月30日,经过10个月严格的审查筛选,在考虑地理、气象、地面设施、研究需求、空域、安全风险等综合因素后,FAA从24个州的25份申请中选择了6个无人机运行研究试点,分别为阿拉斯加大学、内华达州、纽约州格里菲斯国际机场、北达科他商务部、德州农工大学柯柏斯克里斯提学院和弗吉尼亚理工学院暨州立大学。这6个不同类型的试点将在未来几年内完成无人机系统安全和数据收集、航空器认证、指令和控制链路设定、控制站布局和认证、地面和空中感知避让、环境影响等研究内容,以帮助FAA厘清无人机安全融入NAS所必须的认证和运行要求,进一步推进了路线图的执行。

以完备的管理保证民用无人机的安全运行
FAA选取的6个无人机运行研究试点。

  我国现状的思考与建议

  据调查,目前我国约有150多家民用无人机生产单位,初步估计已生产了15000余架无人机。民用无人机的应用,特别是在农业作业方面的扩散也非常迅速。但是,对于这种“新生”航空器的管理,我国目前基本处于空白状态。这种管理与发展的脱节既不利于无人机产业的有序发展,更对载人航空的正常运行构成安全威胁。国外的发展状况告诉我们,虽然对民用无人机的安全要求应该与载人航空器一致,但是对于民用无人机的管理“宜疏不宜堵”。

  完善无人机规章及管理体系。在民用无人机方面,目前仅有空管方面的《民用无人机空中交通管理办法》(MD-TM-2009-002),适航方面的《关于民用无人机的管理有关问题的暂行规定》(ALD2009022),飞行标准方面的《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》(AC-61-FS-2013-20),对于民用无人机的要求基本沿用载人航空器要求,在适航认证、运行标准、可用空域、空管规则、责任和监管主体等方面缺少具体的操作细则,未形成完整的针对民用无人机的规章及管理体系。另一方面,我国的民用无人机在农业等领域已经形成一定使用规模,亟待无人机本身及其使用人提出规范要求,解决可能存在的航空安全隐患。民用无人机管理需要提高监管力度。FAA有专门的无人机管理机构UAPO,这种专职管理部门的设置,能够更高效地跟踪无人机的研制技术水平,掌握无人机的生产状况,了解无人机的市场现状和需求趋势,对民用无人机的“人、机、环”三个方面提出要求。我国目前还没有专门的民用无人机监管部门,而是由传统的行业和技术监管部门来负责监管,缺少针对性法规规章作为依据,也缺乏有效的监管手段。因此在民用无人机监管力度加强方面,除了设置专门监管部门外,还需要提高监管技术。例如,在美国,有专门的地面流动监视车,采用光学技术对民用无人机进行一定范围内的监视,值得我国借鉴。

  规范不同应用领域民用无人机的适航和运行要求。我国的民用无人机目前最主要的应用领域为农药喷洒,航拍航摄和航空测绘三大领域。由于作业要求不同,这三类无人机具有较明显的特征差异。农药喷洒的植保无人机多为旋翼机,装备内燃机,载重相对较大,飞行速度慢、高度低;航拍航摄的无人机多为多轴旋翼机,电动驱动,飞行平稳,飞行高度较高;航空测绘的无人机则多为固定翼无人机,航程长,飞行速度快、高度高。

  植保无人机一般都在非人口密集的郊区农田作业,采用视距内遥控飞行,飞得低且慢,对于正常载人航空的影响较小,因此可以将此类无人机作为试点,适当开放适航、运行和空域等方面的限制。对无人机本身,可以提出类似超轻型航空器的适航要求,对其重量、动力提出具体限制;对驾驶员和运营者,提出民航部门的登记备案要求;对于空域,划设专门的隔离空域,实行备案制,既给予飞行的自由又提出范围限制。通过这种试点的摸索,形成一套民用无人机在农业领域的管理体系,为其他作业领域的无人机管理提供借鉴。对于航拍航摄、航空测绘这类需要在人口密集区上空飞行,或者飞得“高、快、远”的无人机,由于风险较大,应提出更为严格的适航和运行要求,使用应加以限制,以确保安全。

  (原文发表于《国际航空》2014年第4期,本文略有修改)

(本文仅代表作者观点,中国民用航空网保持中立。)

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