文 | 張姮 中國人民解放軍61135部隊 蔡琰 吳強 中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心
當(dāng)前，國內(nèi)外的空中物流行業(yè)已經(jīng)開展了一系列的試驗和產(chǎn)品研發(fā)，如瑞士等國開展了空中物流等無人機定期飛行試驗。但是這些活動仍然屬于試驗性的飛行，并且基本上都是在偏僻、地面人畜車輛等較少的偏遠環(huán)境開展。
以空中物流為代表的民用無人機的使用瓶頸在于：
（1）承擔(dān)物流載體的無人機的防墜毀設(shè)計和墜毀時對地面減災(zāi)設(shè)計尚未得到根本性的突破；（2）缺乏一個國家或行業(yè)認(rèn)可的公共試驗與測試環(huán)境。
對無人機生產(chǎn)商而言，公共試驗和測試環(huán)境將用來對計劃進入市場運營的物流無人機進行全方位的試驗和測試；對于無人機管理者而言，則可用來對物流無人機的運行模式和監(jiān)管模式進行考評。因此，我國應(yīng)當(dāng)盡快建立物流無人機試驗與實驗基地。
國外物流無人機試驗與測試進展
2015年2月，多家媒體報道了小型無人機“空中快遞”的新聞。消息稱，美國聯(lián)邦航空局（FAA）于2月15日在世界上首次發(fā)表了關(guān)于小型無人機“空中快遞”的技術(shù)性以及飛行條件等方面的準(zhǔn)則。
該準(zhǔn)則規(guī)定：快遞物品重量為25千克以下；飛行可能的時間段為公共機關(guān)所規(guī)定的黎明到日落；最高飛行速度為160千米\時；最高飛行高度約152米；飛行中，飛行的管理者能夠目視。
2013年12月，亞馬遜公司首度在視頻中公開了小型無人機“空中快遞”服務(wù)，用以小型貨物的配送利用。另一方面，谷歌公司于同年4月宣布收購小型無人機送貨的開發(fā)企業(yè)泰坦航宇公司，8月公開了固定翼小型無人機送貨項目的“項目·翅膀”的試驗驗證視頻。
2015年3月19日，F(xiàn)AA批準(zhǔn)了亞馬遜的“空中快遞”的飛行試驗。進一步，4天后關(guān)于飛行器的相關(guān)法規(guī)333部以無人機系統(tǒng)（UAS）作為特例，將UAS的飛行范圍嵌入于以塔臺控制的機場為中心的約9.26千米范圍內(nèi)等項目之中。
2015年4月，F(xiàn)AA決定向亞馬遜和谷歌公司發(fā)放進行小型無人機“空中快遞”的飛行試驗許可，表明政府支持小型無人機“空中快遞”業(yè)務(wù)的發(fā)展。由此可見，2015年成為小型無人機“空中快遞”的元年。
今后，小型無人機的“空中快遞”與自動駕駛汽車，包括由DARPA所推進的人型機器人技術(shù)領(lǐng)域?qū)γ绹酥潦澜缧袠I(yè)發(fā)展所帶來極大影響。
物流無人機主要需要解決兩方面的問題：
（1）無人機自身的安全性，包括自身可靠性和墜地時對地面減災(zāi)；
（2）運營模式，偏重于管理和運行過程。
一旦滿足兩方面的無人機出現(xiàn)，將會快速占領(lǐng)市場。物流，只是空中貨運無人機的一個使用子類，廣義的物流（包括人員運輸）將是無限的。
為了研發(fā)滿足安全性、運營模式要求的無人機，美國共建立了6個無人機系統(tǒng)試驗場，分布于北達科塔州、紐約州、內(nèi)華達州、弗吉尼亞州、阿拉斯加州和德克薩斯州，研究領(lǐng)域覆蓋了無人機系統(tǒng)的耐飛性、數(shù)據(jù)傳輸鏈路、將無人機融入空域的實施、空中交通管制、失效模式檢驗、標(biāo)準(zhǔn)的制定等等，基本覆蓋了無人機試驗與實驗環(huán)境研究的各個方面。在這個領(lǐng)域，美國已經(jīng)做了很多扎實的工作，將為美國的無人機行業(yè)的發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)和強大的助力。相比之下，我國在該領(lǐng)域尚處于起步階段，與美國相比差距非常明顯。
物流無人機試驗與測試研究必要性
與軍用飛機、無人機不同，民用無人機在使用時，不能要求地面做避讓、防護等行為。因此，民用無人機的飛行可靠性和一旦墜地時對地面的傷害減災(zāi)技術(shù)，就成為必須考慮的問題，這類似于民航客機首先要考慮可靠性，再考慮經(jīng)濟性的問題。
尤其是空中物流用無人機，飛行、投遞、接物，都是在城市上空使用，首先必須考慮的就是飛行可靠性、不僅僅是正常飛行能力，還必須在嚴(yán)酷的各種自然環(huán)境和人為環(huán)境、甚至是人為威脅和打擊的情況下、保持繼續(xù)飛行的能力。此外，一旦因自身、外界環(huán)境或事件，導(dǎo)致不能正常飛行，必須有下降時對地面人員及物品的危害減災(zāi)能力。
那么未來運行時，物流無人機將會在什么樣的環(huán)境中運行？將會受到什么樣的威脅？將會產(chǎn)生什么樣的威脅呢？
歸根到底，物流無人機要有以下能力：
（1）規(guī)避能力：規(guī)避固定障礙物和迎面的、側(cè)擊的、尾隨的各種飛行物。
（2）定位能力：各種衛(wèi)星定位、慣性定位和手機基站定位。
（3）抗地磁干擾能力：高壓線、鋼鐵制構(gòu)架、手機基站等引起的地磁指南針紊亂。
（4）抗打擊能力：意外的各種重量、速度的飛行物撞擊，如彈弓等。
（5）抗電磁干擾能力：地面電火花、各種遙控裝置、無線電臺、手機基站等等。
（6）抗各種氣象能力：風(fēng)/陣風(fēng)/持續(xù)風(fēng)/、雷電、雨、雹。霾、霧，反映抗風(fēng)、抗沖擊電流、抗?jié)竦取?br />
（7）墜毀時對地面的災(zāi)害足夠小的能力：預(yù)知墜毀、預(yù)知何時開啟墜毀安全減災(zāi)裝置。
（8）足夠飛行的能力：結(jié)構(gòu)緊實、足夠的飛行航程和足夠的載重。
只有滿足了應(yīng)對這些威脅因素的能力要求，物流無人機才有可能在城市上空，在各種自然、人為的干擾下安全地使用。為此，無人機經(jīng)得住上述各種情況的考驗，這需要通過試驗來驗證。
一般而言，在設(shè)計有人機時，通常要經(jīng)過強度使用、風(fēng)洞試驗、電磁兼容試驗、雷電RCS試驗等等，然后是飛行試驗、武器打靶試驗，艦載機還有著艦試驗。這些試驗，無不是為了驗證飛行的作戰(zhàn)性能。那么，作為物流無人機的實驗環(huán)境，就必須能夠創(chuàng)造出這些威脅因素，來模擬實際運行中的各種可能不利的環(huán)境，物流無人機必須通過這類試驗的認(rèn)證，才能放心地投入市場運行。
除了驗證無人機的安全飛行能力和墜地減災(zāi)能力，無人機的飛行管理和規(guī)則驗證也是需要特定的試驗環(huán)境，不能要求在無人機不成熟、沒有安全把握的情況下，到真實的城市環(huán)境來驗證規(guī)則。因此，需要這個環(huán)境開展管理規(guī)定、空域監(jiān)管方面的試驗。
?