飛行器將會「漫天飛舞」 無人機交管系統也來了

5月20日消息，據科學美國人雜誌報道，亞馬遜(Amazon)、Uber以及其他科技巨頭都希望用小型無人機「佔領」空中，將乘客和包裹更快地送到目的地。為了實現這個目標，這些無人機需要專門的空中交通控制系統，以防止它們撞上建築物、人類駕駛的飛機或互相碰撞。

美國宇航局（NASA）正和其他幾個機構開發UAS交通管理(UTM)網路，他們計劃明年完成測試。尤其是Uber，UTM的成功將為其帶來巨大優勢。上周，這家網約車巨頭宣布了幾項計劃，以推廣其UberAIR空中計程車服務。然而，對於監控和管理系統能否以及何時能夠處理預期的大量無人機，依然有很多大問題存在。這些飛行器將會飛行很遠的距離，以運送從披薩到乘客的所有東西。

至少，Uber正與NASA展開合作。該公司於5月8日和9日在洛杉磯舉行的Elevate峰會上宣布，它已經與NASA簽署了一份協議，向後者提供其在達拉斯-沃斯堡首先推出的UberAIR服務細節和數據。作為回報，NASA將利用Uber的數據，在空中交通高峰時段，對在德克薩斯州大都市上空飛行的小型客貨飛機進行計算機模擬。

Uber將分析這些模擬，以幫助其在已經十分擁擠的達拉斯、洛杉磯和迪拜空域管理空中計程車。在2020年，很多城市有望開始使用UberAIR服務。Uber網站上的文件顯示，其UberAIR服務目標是在擁有超過200萬人口的城市地區，以及人口密度超過「每平方英里2000人」的地區推出。

此外，這些城市還必須有龐大而分散的布局，允許空中計程車「以每小時240至320公里的速度提供能顯著節省時間的服務」。該公司還指出，其無人機將以「節點到節點」的方式運行，而不是「點到點」模式，這意味著它們將會有具體的取貨和投遞點，而不是隨機起降。

在不久前舉行的Elevate峰會上，網約車巨頭Uber公布了其電動飛機的設計規範，它將成為該公司城市航空乘車網路UberAIR服務的「空中計程車」。Uber希望uberAIR服務能在2023年全面啟動。Uber預計其空中計程車可垂直起降，能在300米左右的巡航高度以320公里的速度飛行。Uber計劃建設大量「空中港口」(skyports)平台，飛行計程車可以在上面起飛或降落，儘可能接近客戶的最終目的地。

這些無人機每次充滿電後需要能夠飛行100公里，並配備了四組專門用於起飛和降落的電動螺旋槳。當飛行器在空中飛行時，尾部的第五個推進器將為向前運動提供推力。該公司計劃在將來某個時刻推出自動駕駛計程車，但這項服務最初將由人類飛行員操控。

NASA在2015年開始研究UTM，以識別技術和程序，幫助無人機在最高120米的空中高度安全飛行，這是美國聯邦航空管理局(FAA)通常不會監控的高度。

NASA正在研究空域設計(如創建線路或航線)以及地理圍欄軟體，該軟體使用GPS或無線電信號來防止無人機飛越某些區域。今年，NASA正在測試一項技術，該技術能保證這些飛機在人口密集區飛行時互相之間保持安全間距。明年的最後階段測試將集中於在高人口密度城市地區的運行，執行類似新聞採集和包裹遞送等任務。FAA目前不允許無人機在人群上空飛行。一旦測試完成，NASA將把UTM交給FAA，與現有的載人飛行器接受同樣的空中交通管制。

Embry-Riddle航空大學全球航空學院副教授戴維·伊森（David Ison）說：「自動化的UAS空中交通管制在準備投入日常使用前，還有很長的路要走。」有些感測和通信技術將部署在地面上，而其他設備將安裝在飛機上，用於廣播坐標、圖像、海拔高度以及其他數據，幫助無人機與周圍環境保持安全距離。伊森表示：「問題在於，如果我們同時有大量無人機在空中飛行，我們如何讓這些系統不被壓垮？」

NASA空中運輸系統高級技術專家、UTM項目首席調查員帕里馬爾·科帕德卡爾（Parimal Kopardekar）說，即使在UTM全面測試之後，FAA也可能需要數年時間才能部署足夠強大的系統，以適應美國商用無人機遞送服務的預期需求。他還說，目前的每時每刻，都有多達6000架無人機飛越美國領空。而當FAA向無人機商業開放空域後，這一數字可能會增加100倍。

這種情況已經初現端倪，美國運輸部上周宣布阿拉斯加州、北卡羅來納州和俄克拉荷馬州的10個地方作為試點，允許在這些地方進行更大範圍的無人機測試。這是無人機集成項目的一部分，它的測試比FAA通常允許的更廣泛，包括夜間飛行無人機、在人群上空飛行以及在操作員視線之外飛行等。

科帕德卡爾說，在空中幾十米的高度容納大量無人機飛行是很困難的，但是空中自動駕駛計程車會帶來幾個「有趣的挑戰」。其中包括對空中計程車的安全認證，確保這些無人機發出的噪音不會影響到他們所服務的社區；安裝網路安全措施以防範黑客襲擊，並將通勤交通與現有飛機和直升機業務整合起來。在美國領空登記飛行的無人機數量已經是載人飛機的10倍，而在城市地區，物流變得更加複雜。

科帕德卡爾指出：「我們通過飛行測試來學習，如果測試的地方風或上升氣流影響很大，你的飛行器可以上下調整飛行高度，最多可調整30米。我們還了解了高空對無人機性能的影響，因為高空中空氣稀薄而寒冷，這意味著電池續航時間將會縮短。」他補充說，除了這些考慮因素外，運營商還必須制定一個計劃，以防在發生故障或緊急情況下安全著陸。

FAA將分階段推出UTM，首先是低海拔授權和通知能力(LAANC)系統，該系統將在全國範圍內提供無人機空域授權請求的實時處理。航空系統製造商Thales Air Traffic Management U.S公司戰略和業務發展總監弗蘭克·馬圖斯（Frank Matus）表示：「有了LAANC，審批流程所需時間將從90天降至90秒。」這家公司正與NASA、錫拉丘茲大學以及其他機構在FAA下屬紐約州Griffiss國際機場的測試站幫助開發UTM，包括LAANC。

FAA去年11月開始測試LAANC原型系統，並計劃在今年將其推廣到近300個空中交通設施，覆蓋大約500個機場。對於亞馬遜首席執行官傑夫·貝索斯（Jeff Bezos）來說，NASA的UTM是個值得歡迎的項目。貝索斯2013年12月份首次提及亞馬遜的無人機送貨服務，並在隨後接受採訪中給出更多細節。由於不願等待美國監管機構趕上該公司的計劃，亞馬遜於2016年12月首次成功推出了8旋翼小型無人機，用於向英國劍橋郡用戶遞送亞馬遜Fire TV流媒體播放器(重約280克)和一袋爆米花。航運公司UPS和DHL也在測試類似的服務。

其他公司也與Uber在空中計程車領域展開激烈競爭。今年3月份，由谷歌聯合創始人、Alphabet首席執行官拉里·佩奇(Larry page)創辦的Kitty hawk公司推出了Cora空中計程車，該公司計劃在紐西蘭率先推出這款計程車，不過目前還沒有發布的正式時間表。

1月31日，空中客車公司的單人電動垂直起降飛機Vahana在俄勒岡州比德爾頓(Pendleton)的測試地點上空飛行了大約5米。這架5.8米長、726公斤重的Vahana首航只持續了不到一分鐘。

大約一周後，中國無人機製造商Ehang發布了其Ehang 184的飛行測試視頻。該公司聲稱已經進行了超過1000次的飛行測試，飛行高度達300米，最遠可達15公里，時速可達130公里，有時載重量超過230公斤。

去年9月份，迪拜的道路與交通管理局利用德國無人機製造商Volocopter的一款18旋翼電動原型機，完成了該國首架公共空中計程車的飛行。

儘管取得了這些成功，但Embry-Riddle航空大學全球航空學院副教授伊森還是對空中計程車持懷疑態度。他說：「人們擁有或乘坐無人機的想法就像每個人都能擁有飛行汽車的夢想。儘管線已經有了很多無人機原型，但從實際的角度出發，仍有很多問題需要解決。即使是遞送無人機，也要等到足夠的安全措施到位後才能大規模投入使用。我仍然認為，如果亞馬遜夠幸運的話，希望10年之後其遞送無人機依然不會撞到飛機，也不會殺人。」

就連NASA空中運輸系統高級技術專家、UTM項目首席調查員科帕德卡爾也承認，未來幾年實現無人機交付的前景仍懸而未決。他說：「投機不是一項很好的運動。有些人認為，在某些地方有可能實現『點對點』的空中計程車，儘管不是所有地方都有。但這符合經濟學規律嗎？這是無人機公司必須解決的問題。」

Science科學創建者shkoh chao：國家計算機高級工程師，業餘天文學家和科普工作者。新浪微博認證博主，今日頭條認證科普作者，頭條問答簽約作者，騰訊企鵝科普達人，UC頭條認證科普作者，鳳凰新聞科技頻道科普作者。每天多篇前沿科學科技資訊讓你掌握一手科學信息。多篇科學探索文章，擴充你的腦容量，讓你成為大神般的十萬個為什麼的解密者。

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