王馨立

2010年8月2日，一架美國海軍直升機因迷航慢悠悠地闖入了美國首都上空高度戒備的禁飛區(qū)，該事件對華盛頓的黑根國際機場空中交通監(jiān)管人員來說，原先可作為一項日常的飛行記錄來處理，但令人極為不安的是機上沒有駕駛員，飛機上沒有玻璃窗，駕駛艙內(nèi)除了電子儀器外沒其他什么東西，這是一架無人飛機。

這架命名為MQ-8B的Fire Scout（火力偵察兵）無人飛機重1429公斤，9.7米長，當(dāng)時調(diào)查人員稱其發(fā)生了“軟件問題”，因而與地面操控人員的通訊鏈被中斷，這使得坐在馬里蘭州海洋航空站內(nèi)的操縱員茫然失措，因無人飛機沒有強制執(zhí)行飛回基地的指令，原先擔(dān)當(dāng)偵察的Fire Scout迷航進(jìn)入了安德魯斯空軍基地專供美國空軍一號起降的空域。在極度煩擾的半小時后，操縱員終于恢復(fù)通訊鏈，奪回對無人飛機的控制。

迷航事件顯示出無人飛機面臨著巨大的安全挑戰(zhàn)，美國聯(lián)邦航空署FAA估計，到2020年美國領(lǐng)空將有超過1萬架的無人飛機在飛翔，它主要用于搜索救援、對農(nóng)作物噴灑藥物、監(jiān)查電纜線、科學(xué)研究及執(zhí)行其他各種任務(wù)。無人飛機無須駕駛員，座艙內(nèi)也沒有乘務(wù)人員和旅客，因而費用大省，如果你雇傭有人駕駛飛機來監(jiān)查一組高空電纜線的租金可讓電力公司買下整套無人飛機系統(tǒng)，再用它來執(zhí)行好幾年同樣的作業(yè)。

無人飛機的魅力引起美國聯(lián)邦快遞公司的注意，快遞創(chuàng)辦人及首席執(zhí)行官F.W.史密斯表示，可用無人飛機來替代公司包裹傳送機隊，甚至連美國國會也確認(rèn)商用無人飛機時代已來臨。2012年2月，國會通過了FAA現(xiàn)代化和改革條例，在2015年前，要求他們規(guī)劃出一套綜合性方案，將民用無人飛機系統(tǒng)快速安全地融入美國領(lǐng)空，令人遺憾的是，負(fù)責(zé)管理無人飛機的部門表示很難完成準(zhǔn)備工作，特別是9·11事件后，安全問題尤為突出，依據(jù)目前的監(jiān)管裝備來面對龐大的無人機機群及復(fù)雜的安全系數(shù)是巨大的挑戰(zhàn)。

至關(guān)重要的通訊鏈

對于無人飛機來說最大最具威脅的挑戰(zhàn)是保護(hù)好無線電通訊鏈，無人飛機的上升、下降、側(cè)向或前進(jìn)需要三個主要通訊鏈：一是來自GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航信號，二是將自身無人飛機所處的方位告知其他飛機的訊號，三是地面操縱人員與無人飛機的雙向鏈，這三個鏈中如有一個被中斷，其后果將是災(zāi)難性的，但依據(jù)目前技術(shù)力量還難以全部排除這些缺陷。GPS是無人飛機導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)要件，它能與慣性的導(dǎo)航傳感器、地磁儀、高度計甚至攝像機相配合。加上GPS在任何氣候條件下都擁有極高的準(zhǔn)確性，它所起的作用不可小覷，但民用的GPS不像軍用的GPS，它不需要加密，免費對民眾開放，這對無人飛機的安全構(gòu)成威脅，只須發(fā)射某種欺騙訊號，就可用假信號輕而易舉取代真正的GPS訊號。

2012年6月，在新墨西哥州的白沙漠導(dǎo)彈試射場，實驗室人員展示了無人飛機脆弱的GPS如何被假的欺騙訊號中招，在離其半公里處，實驗人員利用欺騙裝置來控制一架8萬美元的無人飛機，當(dāng)時由該裝置來偽造衛(wèi)星訊號，傳送假坐標(biāo)給無人飛機，結(jié)果無人飛機選擇了較強的假訊號，被騙后，無人飛機還從欺騙裝置中攝取坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如果假訊號指示無人飛機正在垂直上升，機上的自動導(dǎo)航系統(tǒng)會非常盡責(zé)地維持原來的飛行高度，此時的無人飛機是通過假坐標(biāo)資料來調(diào)整位置，實際上機頭是在朝沙漠地面下降，只有到操作人員取消被騙的導(dǎo)航指令并起用手動控制才能保持平穩(wěn)飛行不致于墜毀。

電子欺騙手段的危險性人們熟知它已達(dá)10年以上，2001年美國交通部為此曾發(fā)表有關(guān)電子欺騙威脅的文件，但決策人員和GPS制造商始終忽視對其的警惕，加上可保護(hù)GPS訊號的密碼水印——即保證安全的數(shù)字法簽技術(shù)還須好幾年才能執(zhí)行，運用其他可行技術(shù)還須論證。無人飛機除受發(fā)射的欺騙外，干擾導(dǎo)航訊號更是簡單且令人吃驚，靠近地球表面的導(dǎo)航訊號特別微弱，測量訊號強度的通量密度僅為2.2萬公里外一只50瓦特?zé)襞莸墓舛?，干擾裝置只要在相同的無線電頻譜上產(chǎn)生雜訊，就能干擾GPS訊號，所有現(xiàn)代的電子裝置，包括便攜式電腦都可發(fā)出雜訊來干擾附近的GPS接收器。

懷有不良動機而制作的干擾裝置能很有效地迷惑無人飛機的導(dǎo)航系統(tǒng)，2012年5月，一架重150公斤由舒貝爾公司制造的camcopter卡考帕特S-100失去控制的無人偵察機墜毀在韓國的地面控制站，結(jié)果一名工程師罹難及兩名無人飛機操控人員受傷，導(dǎo)致該事件的原因是受北朝鮮GPS干擾訊號，再加上韓國操作人員失誤而造成。這進(jìn)一步說明無人飛機的導(dǎo)航系統(tǒng)能否抵抗欺騙訊號和干擾裝置成為其在空中安全飛行的重中之重。

更多的挑戰(zhàn)

無人飛機在空中與另一架飛機發(fā)生碰撞墜毀這又是一件復(fù)雜的事項。傳統(tǒng)的飛行員靠的是目視觀察再加上以雷達(dá)來監(jiān)測其他飛機來避免碰撞，但無人飛機想要得到提示或警戒防止與其他飛機或飛行物碰撞，在技術(shù)上還需很長時間。

防碰撞對小型無人機來講更是一大挑戰(zhàn)，如果安裝雷達(dá)的話因其體積大，價格貴再加上耗能，顯得不可取，現(xiàn)在可供選擇的是裝紅外線攝像機，但它又不能看穿表層。唯一解決辦法可使用自動監(jiān)視廣播系統(tǒng)（ADS-B）。它能每秒鐘廣播一次飛機的位置和速度，并從附近在飛飛機獲取類似報告，到2020年，所有有執(zhí)照的飛行器都需安裝ADS-B應(yīng)答機。

但ADS-B與GPS一樣，訊號可以加密并可偽裝，2012年美國俄亥俄州空軍技術(shù)學(xué)院的研究人員證實了這一點，美國聯(lián)邦航空署指望采用另一種技術(shù)即多邊定位方法來對付偽裝的ADS-B訊號，但目前尚存難題，另有一種方法是操縱人員使用控制無線電通訊鏈來操控?zé)o人機。但它也會遭受干擾，無論是蓄意的干擾或來自發(fā)生功能障礙，專家稱其為斷鏈，使通訊受阻失去聯(lián)系。另外指揮控制無線電的頻譜缺乏專用，無人飛機只好與其他無線電通訊共用來受保護(hù)的頻譜，而一些合法使用的電子系統(tǒng)也能對無人飛機產(chǎn)生不利影響。

與此同時，許多立法機構(gòu)人員及議員不太歡迎無人飛機，每天的晚間新聞都有關(guān)于無人飛機在海外執(zhí)行偵察和發(fā)射導(dǎo)彈攻擊的報道，太雷人?，F(xiàn)在美國至少有42個州提出限制無人飛機使用的法案，得克薩斯州議會第912法案還規(guī)定不得擅自拍攝私人產(chǎn)業(yè)的圖像，在業(yè)主表示同意下才能許可拍攝。對于無人飛機所須規(guī)范的技術(shù)及安全飛行，立法人員及議員都表示憂慮，雖然它還存在未察覺的風(fēng)險，但給人類帶來的方便實惠卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過它的風(fēng)險，對此人們只好讓步，允許它在空中飛行。endprint