飞行器将会"漫天飞舞" 无人机交管系统也来了

据科学美国人杂志报道，亚马逊(Amazon)、Uber以及其他科技巨头都希望用小型无人机“占领”空中，将乘客和包裹更快地送到目的地。为了实现这个目标，这些无人机需要专门的空中交通控制系统，以防止它们撞上建筑物、人类驾驶的飞机或互相碰撞。

▲图：在不久前举行的Elevate峰会上，网约车巨头Uber公布了其电动飞机的设计规范，它将成为该公司城市航空乘车网络UberAIR服务的“空中出租车”

美国宇航局（NASA）正和其他几个机构开发UAS交通管理(UTM)网络，他们计划明年完成测试。尤其是Uber，UTM的成功将为其带来巨大优势。上周，这家网约车巨头宣布了几项计划，以推广其UberAIR空中出租车服务。然而，对于监控和管理系统能否以及何时能够处理预期的大量无人机，依然有很多大问题存在。这些飞行器将会飞行很远的距离，以运送从披萨到乘客的所有东西。

至少，Uber正与NASA展开合作。该公司于5月8日和9日在洛杉矶举行的Elevate峰会上宣布，它已经与NASA签署了一份协议，向后者提供其在达拉斯-沃斯堡首先推出的UberAIR服务细节和数据。作为回报，NASA将利用Uber的数据，在空中交通高峰时段，对在德克萨斯州大都市上空飞行的小型客货飞机进行计算机模拟。

Uber将分析这些模拟，以帮助其在已经十分拥挤的达拉斯、洛杉矶和迪拜空域管理空中出租车。在2020年，很多城市有望开始使用UberAIR服务。Uber网站上的文件显示，其UberAIR服务目标是在拥有超过200万人口的城市地区，以及人口密度超过“每平方英里2000人”的地区推出。

此外，这些城市还必须有庞大而分散的布局，允许空中出租车“以每小时240至320公里的速度提供能显著节省时间的服务”。该公司还指出，其无人机将以“节点到节点”的方式运行，而不是“点到点”模式，这意味着它们将会有具体的取货和投递点，而不是随机起降。

在不久前举行的Elevate峰会上，网约车巨头Uber公布了其电动飞机的设计规范，它将成为该公司城市航空乘车网络UberAIR服务的“空中出租车”。Uber希望uberAIR服务能在2023年全面启动。Uber预计其空中出租车可垂直起降，能在300米左右的巡航高度以320公里的速度飞行。Uber计划建设大量“空中港口”(skyports)平台，飞行出租车可以在上面起飞或降落，尽可能接近客户的最终目的地。

这些无人机每次充满电后需要能够飞行100公里，并配备了四组专门用于起飞和降落的电动螺旋桨。当飞行器在空中飞行时，尾部的第五个推进器将为向前运动提供推力。该公司计划在将来某个时刻推出自动驾驶出租车，但这项服务最初将由人类飞行员操控。

NASA在2015年开始研究UTM，以识别技术和程序，帮助无人机在最高120米的空中高度安全飞行，这是美国联邦航空管理局(FAA)通常不会监控的高度。

NASA正在研究空域设计(如创建线路或航线)以及地理围栏软件，该软件使用GPS或无线电信号来防止无人机飞越某些区域。今年，NASA正在测试一项技术，该技术能保证这些飞机在人口密集区飞行时互相之间保持安全间距。明年的最后阶段测试将集中于在高人口密度城市地区的运行，执行类似新闻采集和包裹递送等任务。FAA目前不允许无人机在人群上空飞行。一旦测试完成，NASA将把UTM交给FAA，与现有的载人飞行器接受同样的空中交通管制。

Embry-Riddle航空大学全球航空学院副教授戴维·伊森（David Ison）说：“自动化的UAS空中交通管制在准备投入日常使用前，还有很长的路要走。”有些传感和通信技术将部署在地面上，而其他设备将安装在飞机上，用于广播坐标、图像、海拔高度以及其他数据，帮助无人机与周围环境保持安全距离。伊森表示：“问题在于，如果我们同时有大量无人机在空中飞行，我们如何让这些系统不被压垮？”

NASA空中运输系统高级技术专家、UTM项目首席调查员帕里马尔·科帕德卡尔（Parimal Kopardekar）说，即使在UTM全面测试之后，FAA也可能需要数年时间才能部署足够强大的系统，以适应美国商用无人机递送服务的预期需求。他还说，目前的每时每刻，都有多达6000架无人机飞越美国领空。而当FAA向无人机商业开放空域后，这一数字可能会增加100倍。

这种情况已经初现端倪，美国运输部上周宣布阿拉斯加州、北卡罗来纳州和俄克拉荷马州的10个地方作为试点，允许在这些地方进行更大范围的无人机测试。这是无人机集成项目的一部分，它的测试比FAA通常允许的更广泛，包括夜间飞行无人机、在人群上空飞行以及在操作员视线之外飞行等。

科帕德卡尔说，在空中几十米的高度容纳大量无人机飞行是很困难的，但是空中自动驾驶出租车会带来几个“有趣的挑战”。其中包括对空中出租车的安全认证，确保这些无人机发出的噪音不会影响到他们所服务的社区；安装网络安全措施以防范黑客袭击，并将通勤交通与现有飞机和直升机业务整合起来。在美国领空登记飞行的无人机数量已经是载人飞机的10倍，而在城市地区，物流变得更加复杂。

科帕德卡尔指出：“我们通过飞行测试来学习，如果测试的地方风或上升气流影响很大，你的飞行器可以上下调整飞行高度，最多可调整30米。我们还了解了高空对无人机性能的影响，因为高空中空气稀薄而寒冷，这意味着电池续航时间将会缩短。”他补充说，除了这些考虑因素外，运营商还必须制定一个计划，以防在发生故障或紧急情况下安全着陆。

FAA将分阶段推出UTM，首先是低海拔授权和通知能力(LAANC)系统，该系统将在全国范围内提供无人机空域授权请求的实时处理。航空系统制造商Thales Air Traffic Management U.S公司战略和业务发展总监弗兰克·马图斯（Frank Matus）表示：“有了LAANC，审批流程所需时间将从90天降至90秒。”这家公司正与NASA、锡拉丘兹大学以及其他机构在FAA下属纽约州Griffiss国际机场的测试站帮助开发UTM，包括LAANC。

FAA去年11月开始测试LAANC原型系统，并计划在今年将其推广到近300个空中交通设施，覆盖大约500个机场。对于亚马逊首席执行官杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）来说，NASA的UTM是个值得欢迎的项目。贝索斯2013年12月份首次提及亚马逊的无人机送货服务，并在随后接受采访中给出更多细节。由于不愿等待美国监管机构赶上该公司的计划，亚马逊于2016年12月首次成功推出了8旋翼小型无人机，用于向英国剑桥郡用户递送亚马逊Fire TV流媒体播放器(重约280克)和一袋爆米花。航运公司UPS和DHL也在测试类似的服务。

其他公司也与Uber在空中出租车领域展开激烈竞争。今年3月份，由谷歌联合创始人、Alphabet首席执行官拉里·佩奇(Larry page)创办的Kitty hawk公司推出了Cora空中出租车，该公司计划在新西兰率先推出这款出租车，不过目前还没有发布的正式时间表。

1月31日，空中客车公司的单人电动垂直起降飞机Vahana在俄勒冈州比德尔顿(Pendleton)的测试地点上空飞行了大约5米。这架5.8米长、726公斤重的Vahana首航只持续了不到一分钟。

大约一周后，中国无人机制造商Ehang发布了其Ehang 184的飞行测试视频。该公司声称已经进行了超过1000次的飞行测试，飞行高度达300米，最远可达15公里，时速可达130公里，有时载重量超过230公斤。

去年9月份，迪拜的道路与交通管理局利用德国无人机制造商Volocopter的一款18旋翼电动原型机，完成了该国首架公共空中出租车的飞行。

尽管取得了这些成功，但Embry-Riddle航空大学全球航空学院副教授伊森还是对空中出租车持怀疑态度。他说：“人们拥有或乘坐无人机的想法就像每个人都能拥有飞行汽车的梦想。尽管线已经有了很多无人机原型，但从实际的角度出发，仍有很多问题需要解决。即使是递送无人机，也要等到足够的安全措施到位后才能大规模投入使用。我仍然认为，如果亚马逊够幸运的话，希望10年之后其递送无人机依然不会撞到飞机，也不会杀人。”

就连NASA空中运输系统高级技术专家、UTM项目首席调查员科帕德卡尔也承认，未来几年实现无人机交付的前景仍悬而未决。他说：“投机不是一项很好的运动。有些人认为，在某些地方有可能实现‘点对点’的空中出租车，尽管不是所有地方都有。但这符合经济学规律吗？这是无人机公司必须解决的问题。”