無人駕駛飛機：你準備好登機了嗎

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科技文摘

無人駕駛飛機：你準備好登機了嗎（附照片）

姚人杰 編譯

2009年6月1日，法國航空447號班機從里約熱內(nèi)盧飛往巴黎，飛經(jīng)大西洋時遭遇熱帶風暴。幾分鐘后，這架空客A330客機就墜入大海，機上228人無一幸免。

4年之后的7月，一個陽光燦爛的上午，一架韓亞航空的班機飛抵舊金山機場，卻撞上了跑道前方的海堤，機尾部分整體斷裂，破裂的機身在跑道上側(cè)翻……

這些事故表面看來并無關(guān)聯(lián)，卻有著悲劇性的相似之處：隨著越來越多的機上設(shè)備趨于自動化，飛行員們遇到嚴重故障時會思維混亂，慌亂之中忘記了自動駕駛儀的職責在哪兒結(jié)束，又在哪兒開始。而后果極有可能是一場災難。

人機飛行組合或許最不安全

如今，計算機在飛機上承擔了大量工作，飛行員們極少有接過控制權(quán)的緣由。自動飛行計算機能在飛機距離地面只有30米的時候接管控制權(quán)，保持機組人員輸入飛行管理系統(tǒng)的速度、航向與高度。計算機很久以來已經(jīng)能以跑道無線電信標為目標而飛行，再控制飛行器自動著陸。

然而，自動化給飛行員們帶來了全新的挑戰(zhàn)。當自動飛行計算機碰到程序中未被編入的情況，它們就不知該如何處理—譬如飛機突然受到結(jié)構(gòu)損傷，或 者447號班機遇到的極端天氣—計算機會突然把職責甩給人類飛行員。當出現(xiàn)嚴重故障時，那些飛行員也許會對于計算機移交給自己的控制水平感到困惑。同樣危 險的是：駕駛艙計算機可能在緊要關(guān)頭拋給飛行員一大堆警示、清單以及聲音警報。一個悲劇的例子是2010年11月，澳洲航空32號航班的一臺引擎爆炸，機 上載有469人，爆炸切斷了650根控制線。當時，飛行員理查德·德·克雷皮尼試圖在新加坡迫降，他和副駕駛被顯示屏上閃爍的120份命令菜單弄得都分心 了。

那么，是時候讓人類飛行員徹底消失嗎？當然，許多行內(nèi)人士是這么想的，因為在所有造成傷亡的空難中，大約有一半都與操作失誤有關(guān)。

美國聯(lián)邦航空管理局承認，人類與計算機也許不是最安全的搭配組合。該局于去年發(fā)布了一項為期7年的研究的成果，揭示出人類與駕駛艙自動化設(shè)備 搭檔所造成的諸多危險。美國聯(lián)邦航空管理局的首席調(diào)查員凱茜·艾博特發(fā)現(xiàn)，飛行員出于習慣而“太過依賴”自動飛行系統(tǒng)，并且“不愿干預，甚至當他們懷疑系 統(tǒng)沒有正常運行的時候也是如此”。這份報告警告說，飛行員會繼續(xù)對自動飛行系統(tǒng)的狀態(tài)表示困惑。

短期來看，航空公司試圖通過重新設(shè)計計算機系統(tǒng)、給予飛行員額外訓練來降低這些風險。長久來看，在駕駛艙中降低自動化程度也許看來是個更合理的解決辦法。然而，航空工業(yè)的許多人士在尋求另一條途徑：進一步降低易犯錯誤的人類在駕駛艙中起的作用。

由包括波音、空中客車、英國宇航系統(tǒng)公司、達索航空在內(nèi)的飛機制造商們組成的聯(lián)合體已經(jīng)啟動了一項投資3000萬歐元、為期4年的研究項目， 旨在為遭遇緊急狀況下的飛行員提供計算機協(xié)助。這項研究項目被稱為“減少壓力及工作量的先進駕駛艙項目（ACROSS）”，目的是用計算機來幫助減少危險 的工作量峰值，后者會在危機發(fā)生時引發(fā)飛行員的思維混亂。自動化的理念是在一名飛行員喪失行動能力時，允許正駕駛或副駕駛獨自操作。然而ACROSS會更 進一步。由于有一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)的存在，才需要創(chuàng)造出自動飛行系統(tǒng)。該項目的一項目標是確定那些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，讓自動飛行系統(tǒng)徹底代替副駕駛，也就是說，從起飛開 始就允許單個飛行員進行操作。

然而，即便有一臺超級聰明的智能機器無可挑剔地擔任副駕駛，假如那名孤獨的人類飛行員變得失去行動能力時，會發(fā)生怎樣的情況？杜克大學自動飛 行領(lǐng)域的研究者瑪麗·卡明斯認為，任何能夠與單獨一名人類飛行員合作的計算機副駕駛，必須能承擔完全控制的職責，假如飛行員病倒了的話，要能光靠自己之力 駕駛飛機起飛、飛行及降落。因此，為何再要去為人類飛行員頗費心思呢？

零飛行員意味著什么

支持這一推論的，是美國國家航空航天局位于加州的艾姆斯研究中心的一支團隊在2013年所做的一項研究。該研究發(fā)現(xiàn)，為新一代單飛行員超輕型噴氣式飛機開發(fā)的自動飛行系統(tǒng)仍然會導致高額工作量，令飛行員身心俱疲，“到某個程度后，就發(fā)生導航和飛行控制方面的差錯。”

“所有航空研究者都認識到，從兩名飛行員變成一名飛行員是一個過渡，它最終會允許我們由一名飛行員變成零飛行員。”卡明斯說。

卡明斯確實相信完全自動化飛機的時代是必然會到來的。她的上一份工作是美國海軍的飛行員，當時她意識到自己駕駛的戰(zhàn)斗機的自動飛行系統(tǒng)令自己 變得一無是處，簡直就是冗余而已。這個系統(tǒng)能讓飛機在航空母艦的甲板上降落，干得遠遠比人類出色。她說：“它會調(diào)整航向、空速和飛行高度，干得比我快多 了。”

計算機在那些分秒必爭的操作上占有優(yōu)勢，因為眼睛到大腦的聯(lián)絡比傳感器到處理器的傳輸來得慢。“從你見到需要做出反應的刺激物那一刻，再到你 真正行動的時刻，最好的情況下也要半秒鐘。”她說道。與此同時，計算機只需幾毫秒就能偵測到傳感器發(fā)出的信號，再做出反應，“人類跟不上計算機的速度。” 控制美國軍用無人機的經(jīng)歷也確證了這一點—隨著無人機變得越來越自主化，墜機概率有顯著下降。“起飛與降落差不多是最高工作量的飛行經(jīng)歷。”卡明斯說道。 在所有造成傷亡的空難事故中，差不多有一半發(fā)生在起飛與降落這兩個飛行階段。

毫無疑問，自動化對于航空運營商充滿吸引力。

自動化意味著更佳的燃油經(jīng)濟性：自動飛行系統(tǒng)不會偏離最佳航線，因而也就不需要用額外的燃料回到正常航線上來。而且自動飛行應該也能節(jié)省燃料，有助于進一步降低成本，減少溫室氣體的排放。

繼燃油成本之后，員工是航空業(yè)的又一項主要開支。資深飛行員的年薪超過24萬美元，需要定期培訓和進修課程，此外還有醫(yī)療保健與養(yǎng)老金等福 利。航空公司假如不用雇傭人類飛行員的話，那么在薪水支出、模擬飛行培訓、醫(yī)療保健、中途停留的酒店和退休福利上會花費遠遠更少的錢，這也有助于調(diào)低機票 的價格，能讓乘客獲益。而且隨著飛機前端不再被機組人員占據(jù)，以后能向前排的乘客提供壯觀、寬闊的視野—當然，只要他們肯多支付一點錢。

只是，仍有一個最為關(guān)鍵問題困擾著我們：當你登上一架沒有人類掌舵的飛機，會有怎樣的感覺？

對于完全自動化最大的憂慮是：假如系統(tǒng)出了故障，機上又沒有飛行員來操控飛機的話，會發(fā)生什么事？人工智能“飛行員”不太可能做出2009年 1月切斯利·薩倫伯格在哈德遜河上迫降那樣古怪但卻絕妙的決定，當時薩倫伯格的飛機在紐約上空引擎出了故障，而他的決定避免了傷亡。

英國航空飛行員協(xié)會的發(fā)言人理查德·圖默贊同道：“乘客們想要知道他們的命運掌握在兩名受過良好培訓、休息良好的飛行員手中。人們不希望看見這種情況在日后任何時候有所改變。”

那么，無人駕駛的客機距離我們還有多遠呢？呃，其實，一架這樣的飛機早已存在，或者勉強算是吧。英國宇航系統(tǒng)公司運行的一架無人駕駛“噴氣 流”客機已經(jīng)飛行過800公里的行程，為的是觀察它如何與其他飛機及航空交通管制員互動—然而，這架飛機上仍然載有機組人員，只為以防萬一。

“噴氣流”飛機上包括了一套聰敏的飛行管理系統(tǒng)“空域融合處理器”（AIP），它或許是無人駕駛飛機會需要的機器智能的開端。AIP采用無線 電、雷達和基于攝像頭的傳感器來避免相撞，通過衛(wèi)星與地面飛行員進行聯(lián)絡。給定目的地坐標后，AIP能計劃好沿途?？奎c，設(shè)計好路線，并且會考慮到危險的 天氣與空中交通的限制，英國宇航系統(tǒng)公司的飛行工程師羅德·布坎南如此說道。

面臨規(guī)章及文化阻力

縱然有這些進展，也不太可能有客運航空公司會率先引進無人駕駛飛機。卡明斯期望聯(lián)邦快遞、UPS這些貨運公司會成為第一批將兩名飛行員減少為 一名飛行員的飛機運營商。客運航空公司與這些貨運公司使用相同的飛機，只不過那些飛機上沒有載客。這樣就允許相關(guān)技術(shù)在那些飛機上得到測試。“假如那種做 法證明是安全的，我們能期待見到貨運航空公司到2035年左右完全舍棄機組人員。”布坎南提議道。作為替代措施，以航空公司總部為基地的飛行員會通過衛(wèi)星 監(jiān)視一支貨運飛機機隊，準備在出現(xiàn)任何故障時承擔控制任務。

但飛行自動化技術(shù)能提前獲得成功。研究者相信，由于電推進及智能飛行控制領(lǐng)域的快速發(fā)展，飛行汽車或者“個人飛行器（PAVs）”出現(xiàn)的時間 也許最終會很近，商業(yè)成功的關(guān)鍵會是完全自動化。畢竟，學習駕駛飛機要花費幾千英鎊，假如我們中有眾多人要安全地駕駛個人飛行器在擁擠的天空中飛翔，我們 會需要有臺計算機來掌舵。“你沒法一方面讓空中出現(xiàn)如今的道路交通量，一方面卻仍然手工進行飛行控制。”英國利物浦大學的工程師麥克·強普說道，他參與了 MyCopter項目，該項目在為一種垂直起飛的個人飛行器構(gòu)建自動化軟件。他預測飛行汽車在2025年能垂直起飛。

但飛行員們不太可能未經(jīng)抗爭就讓自己被自動化技術(shù)所取代。“我們將只會建造彈力無人駕駛飛機，同時我們能復制人類的知覺、意識、預測能力到機器里，”德·克雷皮尼，“在那之前，唯一有機會拯救人類的是飛行員而已。”

然而隨著無人駕駛的汽車預計不久后就會駛上公路，人們也許會對完全自動化的交通工具這個想法覺得越來越舒服—卡明斯說她在一項近期的調(diào)查中見 到一些證據(jù)。不過她也承認許多人會不情愿接受無人駕駛飛機。“從兩名飛行員變成一名飛行員會比由一名變成零名容易。”她說，這是一項同時會面對規(guī)章阻力與 文化阻力的技術(shù)挑戰(zhàn)。

那種文化阻力的根源很深，倫敦皇家自由醫(yī)院的臨床心理學家羅伯特·博爾說道，他的專長是航空心理學。“歸根結(jié)底，是一種對沒有掌控局面的原始 恐懼。”乘客們想要見到一名有能力的人掌管飛機—假如出了故障，這個人失去的會與乘客們一樣多。盡管飛行員們承認自己常常只是監(jiān)視著自動化系統(tǒng)，博爾爭辯 說乘客們?nèi)匀粚w行員視為“在壓力下保持冷靜、身著制服的人，為了我們的利益努力控制好飛機，與機遇搏斗。”卡明斯贊同這種說法，“在艦橋上見到一名詹姆 斯·T·柯克（《星際旅行》中的主角）式人物的需要是很強烈的。”

博爾說，一切都會取決于航空工業(yè)展示無人駕駛飛機擁有比普通飛機同樣或者更好的安全水平。那么，他會乘坐由機器駕駛的飛機嗎？“我會需要從廣泛的實驗中獲得清楚的證據(jù)，表明它是安全的，”博爾說，“但如果別人告訴我明天只有一名不上機的飛行員，我會憂心忡忡。”

你瞧，不用手操作！—無人駕駛飛行大事記

一個多世紀以來，工程師一直在測試設(shè)計成能夠自動飛行的飛行器。

1913年12月

奧維爾·萊特演示了簡陋的、采用擺錘的“自動飛行”系統(tǒng)。

1914年6月

勞倫斯·斯佩里在一場航空安全比賽中爬上雙翼飛機的機翼，展示陀螺自動駕駛儀。