无人机如何(以及不)威胁客机

四轴飞行器分别与直升机和飞机相撞——这是美国和加拿大的首次此类事件,表明此类碰撞不再是假设

今年秋天的一个温暖夜晚,两架美国陆军 UH-60M 黑鹰直升机在纽约市史泰登岛低空巡逻,为在附近的曼哈顿举行的联合国大会年度会议提供安全保障。日落后不久,一个鞋盒大小的飞行物体与其中一架直升机相撞,损坏了它的主旋翼叶片、窗框和传动系统。在附近的机场进行的检查显示,发生了以前从未发生过的事情——一架民用无人机撞上了美国领空内的一架载人飞行器。这导致陆军、国家运输安全委员会和其他政府机构争先恐后地调查此事发生的原因和经过。

这些问题虽然重要,但对航空研究人员来说,不如确定越来越常见的无人机(如史泰登岛事件中的1.4公斤四轴飞行器)可能对直升机和小型低空飞行器造成的潜在损害程度更重要。关于轻型无人机对航空安全造成的风险的数据很少,即使消费级和商用无人机的销量正在猛增。美国联邦航空管理局 (FAA) 预计,到 2020 年,美国可能会售出近 700 万架无人机。

飞行员已经非常重视无人机碰撞的可能性,有时甚至会因为担心发生此类撞击而暂停可能拯救生命的飞行任务。8 月,消防员在蒙大拿州莱斯岭扑灭一场大火时,由于附近的天空中发现了一架未经授权的无人机,暂时停止了直升机作业。次月,政府机构发布严厉警告,要求平民让他们的无人机远离用于在休斯顿定位和疏散哈维飓风受害者的低空飞行器。然而,目前尚不清楚无人机碰撞的风险是否足以超过这些飞行器执行任务的必要性。


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英国克兰菲尔德大学和国防学院的装甲系统教授伊恩·霍斯福尔表示,进行搜救行动等低空飞行的直升机可能面临最严重的碰撞风险,因为它们通常与多旋翼消费级和商用无人机占据相同的空域。“不仅存在控制不当的无人机出现在错误地点的威胁,而且直升机的飞行特性是,[即使]一架获得许可并由飞行员驾驶的无人机也可能被一架误入其空域的直升机撞击,反之亦然,”霍斯福尔说。史泰登岛上空的陆军黑鹰直升机在被撞击时飞行高度约为 150 米。业余无人机在纽约市的大部分地区都是被禁止的,但在某些地点是被允许的,包括史泰登岛的拉图雷特公园,只要它们保持在约 120 米以下。

固定翼飞机在四轴飞行器可到达的空域中飞行的时间可能不如直升机那么长,但它们可能会因碰撞而遭受严重损坏。在史泰登岛事件发生后不到一个月,一架无人机撞上了一架在魁北克市附近的双引擎螺旋桨飞机。这架比奇空中国王 A100 飞机在接近让·勒萨热国际机场的跑道时,其左翼在 450 米以上的高度与无人机相撞。随后的地面检查仅发现轻微损伤:机翼顶面有划痕,除冰系统上有刮擦痕迹。但是,加拿大交通部长马克·加诺在事件发生后的新闻发布会上表示,如果无人机撞穿驾驶舱挡风玻璃或损坏发动机,这次碰撞可能会造成“灾难性”的后果。

事实上,低空飞行器最危险的一些情况包括无人机撞碎挡风玻璃或撞坏主发动机。纽约州立大学布法罗分校航空航天结构和混合材料的耐撞性 (CRASH) 实验室创始人兼主任贾维德·巴扬多表示,危险程度取决于所涉及的无人机和载人飞机的类型。巴扬多及其同事此前在弗吉尼亚理工学院和州立大学工作,他们花费多年时间整理了 150 多种无人机模型的数据,并使用计算机模拟来研究对飞机的潜在威胁。“我们不仅对无人机进行分类,并找出它们在多种飞机类型和发动机的不同位置的损伤足迹,”巴扬多说。“我们还在研究可能的损害缓解方法。”

英国交通部军事航空管理局在 2016 年的一项研究中得出结论,无人机碰撞可能比软体鸟类的撞击要糟糕得多。为英国研究进行的测试包括向直升机和大型飞机挡风玻璃射击不同尺寸的定制无人机,结果发现一架 1.5 公斤的无人机有时可能会突破挡风玻璃。

消费级无人机对高空飞行的商用飞机造成的威胁要小得多;喷气式客机仅在起飞和降落期间才处于无人机空域,并且对于四轴飞行器来说是一个非常快速移动的目标。最大的风险可能是无人机被吸入其涡轮机之一。巴扬多的 CRASH 实验室曾经制作过一段视频,展示了无人机如何在喷气发动机内部被撕成碎片。他说:“这些碎片可能会在发动机内四处飞射,有时速度非常高,并可能继续扩大损害。”

研究人员表示,无人机与任何类型飞机碰撞的总体几率实际上仍然相对较低。由于没有太多关于无人机碰撞甚至险些碰撞的数据,乔治梅森大学的梅卡图斯中心在 2016 年 3 月的一份报告中,将鸟击作为四轴飞行器的替代物进行了研究 (pdf)。研究人员发现,尽管美国空域中估计有 100 亿只鸟类,但每年仅发生数百起鸟击事件。“与庞大的鸟类数量相比,造成破坏的鸟击事件很少见,”该报告得出结论,认为重量不超过 2 公斤的无人机对空域造成的风险很小。

斯坦福大学航空工程师兼斯坦福智能系统实验室主任米克尔·科申德费尔说:“直到现在才发生无人机碰撞事件,而且考虑到航班的数量,我认为这证实了我怀疑的那样,并非像有时媒体让我们担心的那样,存在飞机经常坠毁的疯狂风险。”尽管如此,他还是将最近在美国和加拿大发生的事件描述为“对无人机操作员关于其对航空安全潜在影响的警钟”。

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