登上一架无人驾驶飞机

发布时间：14年12月19日

编译姚人杰

这儿是机长在讲话：下方地面有雾，但愿三万英尺的高空是美丽的晴空……但是，如果在无人控制的情况下飞行，到底意味着什么？

　　2009年6月1日，法国航空447号班机从里约热内卢飞往巴黎，飞经大西洋时遭遇热带风暴。几分钟后，这架空客A330客机就飞入大海，机上228人无一幸免。

　　四年之后，在七月的一个阳光灿烂的上午，一架韩亚航空的班机飞抵旧金山机场，却撞上了跑道前方的海堤，机尾部分整体断裂，破裂的机身在跑道上侧翻。三人丧命，数十人受伤。

　　这些事故表面看来并无关联，然而它们有着悲剧性的相似之处：每架客机的飞行员都深信飞行控制系统会自动地防范飞机熄火，或避免飞机因飞行速度太慢而无法保持于空中。可是，这些飞行员弄错了。

　　结果表明，这类混淆是多起空难的主要原因。并且这种混淆势必会越来越严重。随着越来越多的设备变得自动化，飞行员们遇到严重故障时会思维混乱，忘记了自动驾驶仪的职责在哪儿结束，又在哪儿开始。后果极可能是场灾难。

　　因此，是时候让人类飞行员彻底消失吗？当然，许多行内人士是这么想的。他们争论说，对于航空公司来说，让飞机自动飞行，再在数千公里之外的办公室内远程监控飞行状态，这么做更有益处。至于安全方面，这么做似乎也更加安全――在所有造成伤亡的空难中，大约有一半都与驾驶人员犯下的差错有关。

机器全面接管

　　除了安全更有保障，无人驾驶客机能同时为航空公司与乘客们节省下可观的成本。航空公司假如不用雇佣人类飞行员的话，那么在薪水支出、模拟飞行培训、医疗保健、中途停留的酒店和退休福利上会花费更少的钱，位于北卡罗来纳州达勒姆的杜克大学自动飞行领域的研究者玛丽·卡明斯（Mary Cummings）如此说道。那应该能转变成更低的票价，而且自动飞行应该也能节省燃料，有助于进一步降低成本，减少温室气体的排放。并且随着飞机前端不再被机组人员占据，以后能向前排的乘客提供壮观、宽阔的视野――当然，只要他们肯多支付一点钱。只是，仍有一项关键问题：当你登上一架没有人类掌舵的飞机，你会有怎样的感觉？

　　这场变革的核心是一项简单的事实：计算机如今在飞机上承担了大量工作，飞行员们极少有接过控制权的缘由。自动飞行计算机能在飞机距离地面只有30米的时候接管控制权，保持机组人员输入飞行管理系统的速度、航向与高度。计算机很久以来已经能以跑道无线电信标为目标飞行，再控制飞行器自动着陆。

　　然而，自动化给飞行员们带来了全新的挑战。当自动飞行计算机经历到程序中未被编入的情况，它们就不知该如何处理――譬如飞机突然受到结构损伤，或者447号班机遇到的极端天气――计算机会突然把职责甩给人类飞行员。当出现严重故障时，那些飞行员也许会对于计算机移交给自己的控制水平感到困惑。另有一项事实是同样危险之处：驾驶舱计算机可能在紧要关头抛给飞行员一大堆警示、清单以及声音警报。比如说，2010年11月，澳洲航空32号班机的一台引擎爆炸，机上载有469人，爆炸切断了650根控制线。然而当飞行员理查德·克雷皮尼（Richard de Crespigny）试图在新加坡降落时，他与副驾驶被显示屏上闪烁的120份命令菜单弄得心神不宁。

　　美国联邦航空管理局承认，人类与计算机也许不是最安全的搭配组合。该局于2013年发布了一项为期七年的研究成果，揭示出人类与驾驶舱自动化设备搭档所造成的诸多危险。美国联邦航空管理局首席调查员凯茜·阿博特（Kathy Abbott）发现，飞行员出于习惯而“太过依赖”自动飞行系统，并且“不愿干预，甚至当他们怀疑系统没有正常运行的时候也是如此”。这份报告警告说，飞行员会继续对自动飞行系统的状态表示困惑。

　　短期来看，航空公司试图通过重新设计计算机系统、给予飞行员额外训练来降低这些风险。长久来看，在驾驶舱中降低自动化程度也许看来是个更合理的解决办法。然而，航空工业的许多人士在寻求另一条途径：进一步降低易犯错误的人类在驾驶舱中起的作用。

　　由包括波音、空中客车、英国宇航系统公司、达索航空在内的飞机制造商们组成的联合体已经启动了一项投资3 000万欧元、为期四年的研究项目，旨在为遭遇紧急状况下的飞行员提供计算机协助。这项研究项目被称为“减少压力及工作量的先进驾驶舱项目（ACROSS）”，目的是用计算机来帮助减少危险的工作量峰值，后者在危机发生时会引发飞行员的思维混乱。自动化的理念是在一名飞行员丧失行动能力时，允许正驾驶或副驾驶独自操作。然而ACROSS会更进一步。由于有一些关键挑战的存在，才需要创造出自动飞行系统。该项目的一个目标是确定那些关键挑战，让自动飞行系统彻底代替副驾驶，也就是说，从起飞开始就允许单个飞行员进行操作。

　　然而，即便有一台超级聪明的机器智能无可挑剔地担任副驾驶，假如那名孤独的人类飞行员变得失去行动能力时，会发生怎样的情况？根据卡明斯所述，任何能够与单单一名人类飞行员合作的计算机副驾驶必须能承担完全控制的职责，假如飞行员病倒了的话，要能光靠自己之力驾驶飞机起飞、飞行及降落。因此，为何要为人类飞行员费心思呢？这么做肯定会降低思维混乱带来的风险。

飞行员彻底消失

　　支持这一推论的，是美国宇航局位于加州的艾姆斯研究中心的一支团队在2013年所做的一项研究。该研究发现，为新一代单飞行员超轻型喷气式飞机开发的自动飞行系统仍然会导致高额工作量，令飞行员身心俱疲，“到某个程度后，就发生导航和飞行控制方面的差错。”

　　“所有航空研究者都认识到，从两名飞行员变成一名飞行员是居间的一步，它会允许我们由一名飞行员变成零飞行员。”卡明斯说。

　　卡明斯确实相信完全自动化飞机的时代是必然会到来的。她的上一份工作是美国海军飞行员，当时她意识到自己驾驶的战斗机的自动飞行系统令自己变得一无是处，就是冗余而已。这个系统能让飞机在航空母舰的甲板上降落，干得远远比人类出色。她说：“它会调整航向、空速和飞行高度，干得比我快多了。”

　　计算机在那些分秒必争的操作上占有优势，因为眼睛到大脑的联络比传感器到处理器的传输来得慢。“从你见到需要做出反应的刺激物那一刻，再到你真正行动的时刻，最好的情况下也要半秒钟。”她说道。与此同时，计算机只需几毫秒就能侦测到传感器发出的信号，再做出行动，“人类跟不上计算机的速度。”

　　控制美国军用无人机的经历确证了这一点――随着无人机变得越来越自主化，坠机概率有显著下降。尤其是在坠机事故频繁发生时，靠着防止人类飞行员控制无人机起飞与降落这一招，实现情况的改善。“起飞与降落差不多是最高工作量的飞行经历。”卡明斯说道。在所有造成伤亡的空难事故中，差不多有一半发生在起飞与降落这两个飞行阶段。

　　那么，无人驾驶的客机距离我们还有多远呢？呃，一架这样的飞机早已存在，或者勉强算是吧。英国宇航系统公司运行的一架无人驾驶“喷气流”客机已经飞行过800公里的行程，为的是观察它如何与其他飞机及航空交通管制员互动――然而，这架飞机上仍然载有机组人员，只为以防万一。

　　“喷气流”飞机上包括了一套聪敏的飞行管理系统“空域融合处理器”（AIP），它或许是无人驾驶飞机会需要的机器智能的开端。AIP采用无线电、雷达和基于摄像头的传感器来避免相撞，通过卫星与地面飞行员进行联络。给定目的地坐标后，AIP能计划好沿途停靠点，设计好路线，并且会考虑到危险的天气与空中交通的限制，英国宇航系统公司的飞行工程师罗德·布坎南（Rod Buchanan）如此说道。

客运仍有待时日

　　纵然有这些进展，也不太可能有客运航空公司会率先引进无人驾驶飞机。卡明斯期望联邦快递、UPS这些货运公司会成为第一批将两名飞行员减少为一名飞行员的飞机运营商。客运航空公司与这些货运公司使用相同的飞机，只不过那些飞机上没有载客。这样就允许相关技术在那些飞机上得到测试。假如那种做法证明是安全的，我们能期待见到货运航空公司到2035年左右完全舍弃机组人员，她提议道。作为替代措施，以航空公司总部为基地的飞行员会通过卫星监视一支货运飞机机队，准备在出现任何故障时承担控制任务。

　　但飞行自动化技术能提前获得成功。研究者相信，由于电推进及智能飞行控制领域的快速发展，飞行汽车或者“个人飞行器（PAVs）”出现的时间也许最终会很近，商业成功的关键会是完全自动化。毕竟，学习驾驶飞机要花费几千英镑，假如我们中有众多人要安全地驾驶个人飞行器在拥挤的天空中飞翔，我们会需要有台计算机来掌舵。“你没法一方面让空中出现如今的道路交通量，一方面却仍然手工进行飞行控制。”英国利物浦大学的工程师麦克·江普（Mike Jump）说道，他参与了MyCopter项目，该项目在为一种垂直起飞的个人飞行器构建自动化软件。他预测飞行汽车在2025年能垂直起飞。

　　毫无疑问，自动化对于航空运营商充满吸引力：继燃油之后，员工是航空业的又一项主要开支。资深飞行员的年薪超过24万美元，需要定期培训和进修课程，此外还有医疗保健与养老金等福利。他们可以在空中度过的时间也受到严格管控。“机组人员有物质需求，严格的工作周期和有限的飞行时间。”英国考文垂大学的航空顾问多诺·威尔逊（Donough Wilson）说道。

　　自动化意味着更佳的燃油经济性，卡明斯说道――自动飞行系统不会偏离最佳航线，也就不会需要用额外燃料回到正常航线上。对于航空公司的盈亏一览结算线有利，对环境有利，也有助于调低机票价格，能让乘客获益。并且，假如无人驾驶飞机能有助于降低航班之间的周转时间，或许也对减少航班延误略有助益。飞机制造商甚至可以重新考虑布局。“无需把飞行员安置在机头上方，也就无需遵从目前的飞机设计方案。”威尔逊说道。取消驾驶舱能够向乘客提供通常只有飞行员才能享受到的视野。

　　当然，对于完全自动化最大的忧虑是假如系统出了故障，机上又没有飞行员来操控飞机的话，会发生什么事。比如说，人工智能“飞行员”不太可能做出2009年1月切斯利·萨伦伯格（Chesley Sullenberger）在哈德逊河上迫降那样古怪但却绝妙的决定，当时萨伦伯格的飞机在纽约上空引擎出了故障，而他的决定避免了伤亡。布莱恩特·沃克·史密斯（Bryant Walker Smith）的说法是大概不会，但航空公司也许准备好接受这种奇特事故的风险了。史密斯是一名在南卡罗来纳大学哥伦比亚分校研究风险与技术的律师。“假如自动化最终成功地减少了空难与受伤人数的数量与严重程度，那么就算制造商要给更多份额的空难负责，实际风险暴露兴许也不会更高。”他说道。

　　但飞行员不太可能会未经抗争就让自己被技术取代。“我们将会只能建造弹力无人驾驶飞机，同时我们能复制人类的知觉、意识、预测能力到机器里，”德·克雷皮尼，“在那之前，唯一有机会拯救人类的是飞行员而已。”

　　英国航空飞行员协会的发言人理查德·图默（Richard Toomer）赞同道：“乘客们想要知道他们的命运掌握在两名受过良好培训、休息良好的飞行员手中。我们不容看见这种情况在日后任何时候有所改变。”

　　然而随着无人驾驶的汽车预计不久后就会驶上公路，人们也许会对完全自动化的交通工具这个想法觉得越来越舒服――卡明斯说她在一项近期的调查中见到一些证据。不过她也承认许多人会不情愿接受无人驾驶飞机。“从两名飞行员变成一名飞行员会比由一名变成零名容易。”她说道。这是一项同时会面对规章阻力与文化阻力的技术挑战。

　　那种文化阻力的根源很深，伦敦皇家自由医院的临床心理学家罗伯特·博尔（Robert Bor）说道，他的专长是航空心理学。“归根结底，是一种没有掌控局面的原始恐惧。”乘客们想要见到一名有能力的人掌管飞机――假如出了故障，这个人失去的会与乘客们一样多。尽管飞行员们承认自己常常只是监视着自动化系统，博尔争辩说乘客们仍然将飞行员视为“在压力下保持冷静、身着制服的人，为了我们的利益努力控制好飞机，与机遇搏斗。”卡明斯赞同这种说法，“在舰桥上见到一名詹姆斯·T.柯克（《星际旅行》中的主角）式人物的需要是很强烈的。”

　　博尔说，一切都会取决于航空工业展示无人驾驶飞机拥有比普通飞机同样或者更好的安全水平。那么，他会乘坐由机器驾驶的飞机吗？“我会需要从广泛的实验中获得清楚的证据，表明它是安全的，”博尔说，“但如果别人告诉我明天只有一名人在地面上的飞行员，我会忧心忡忡吧。我会觉得这是强行推销。”

资料来源New Scientist

责任编辑彦隐

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本文作者保罗·马科斯（Paul Marks），《新科学家》杂志的资深技术领域撰稿人。

无人驾驶飞机进化史

一个多世纪以来，工程师一直在测试设计成能够自动飞行的飞行器。

1913年12月，奥维尔·莱特演示了简陋的、采用摆锤的“自动飞行”系统。

1914年6月，劳伦斯·斯佩里在一场航空安全比赛中爬上双翼飞机的机翼，展示陀螺自动驾驶仪。

1917年5月，斯佩里委托建造六枚可编程的飞弹。

1931年12月，美国商务部为客运飞行中自动飞行装置的使用颁发许可令。

1944年6月，同盟国空军启动“阿佛洛狄忒”计划，准备用B-17无人驾驶轰炸机袭击德国境内的目标。