王馨立

2010年8月2日，一架美國海軍直升機(jī)因迷航慢悠悠地闖入了美國首都上空高度戒備的禁飛區(qū)，該事件對華盛頓的黑根國際機(jī)場空中交通監(jiān)管人員來說，原先可作為一項日常的飛行記錄來處理，但令人極為不安的是機(jī)上沒有駕駛員，飛機(jī)上沒有玻璃窗，駕駛艙內(nèi)除了電子儀器外沒其他什么東西，這是一架無人飛機(jī)。

這架命名為MQ-8B的Fire Scout（火力偵察兵）無人飛機(jī)重1429公斤，9.7米長，當(dāng)時調(diào)查人員稱其發(fā)生了“軟件問題”，因而與地面操控人員的通訊鏈被中斷，這使得坐在馬里蘭州海洋航空站內(nèi)的操縱員茫然失措，因無人飛機(jī)沒有強(qiáng)制執(zhí)行飛回基地的指令，原先擔(dān)當(dāng)偵察的Fire Scout迷航進(jìn)入了安德魯斯空軍基地專供美國空軍一號起降的空域。在極度煩擾的半小時后，操縱員終于恢復(fù)通訊鏈，奪回對無人飛機(jī)的控制。

迷航事件顯示出無人飛機(jī)面臨著巨大的安全挑戰(zhàn)，美國聯(lián)邦航空署FAA估計，到2020年美國領(lǐng)空將有超過1萬架的無人飛機(jī)在飛翔，它主要用于搜索救援、對農(nóng)作物噴灑藥物、監(jiān)查電纜線、科學(xué)研究及執(zhí)行其他各種任務(wù)。無人飛機(jī)無須駕駛員，座艙內(nèi)也沒有乘務(wù)人員和旅客，因而費用大省，如果你雇傭有人駕駛飛機(jī)來監(jiān)查一組高空電纜線的租金可讓電力公司買下整套無人飛機(jī)系統(tǒng)，再用它來執(zhí)行好幾年同樣的作業(yè)。

無人飛機(jī)的魅力引起美國聯(lián)邦快遞公司的注意，快遞創(chuàng)辦人及首席執(zhí)行官F.W.史密斯表示，可用無人飛機(jī)來替代公司包裹傳送機(jī)隊，甚至連美國國會也確認(rèn)商用無人飛機(jī)時代已來臨。2012年2月，國會通過了FAA現(xiàn)代化和改革條例，在2015年前，要求他們規(guī)劃出一套綜合性方案，將民用無人飛機(jī)系統(tǒng)快速安全地融入美國領(lǐng)空，令人遺憾的是，負(fù)責(zé)管理無人飛機(jī)的部門表示很難完成準(zhǔn)備工作，特別是9·11事件后，安全問題尤為突出，依據(jù)目前的監(jiān)管裝備來面對龐大的無人機(jī)機(jī)群及復(fù)雜的安全系數(shù)是巨大的挑戰(zhàn)。

至關(guān)重要的通訊鏈

對于無人飛機(jī)來說最大最具威脅的挑戰(zhàn)是保護(hù)好無線電通訊鏈，無人飛機(jī)的上升、下降、側(cè)向或前進(jìn)需要三個主要通訊鏈：一是來自GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航信號，二是將自身無人飛機(jī)所處的方位告知其他飛機(jī)的訊號，三是地面操縱人員與無人飛機(jī)的雙向鏈，這三個鏈中如有一個被中斷，其后果將是災(zāi)難性的，但依據(jù)目前技術(shù)力量還難以全部排除這些缺陷。GPS是無人飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)要件，它能與慣性的導(dǎo)航傳感器、地磁儀、高度計甚至攝像機(jī)相配合。加上GPS在任何氣候條件下都擁有極高的準(zhǔn)確性，它所起的作用不可小覷，但民用的GPS不像軍用的GPS，它不需要加密，免費對民眾開放，這對無人飛機(jī)的安全構(gòu)成威脅，只須發(fā)射某種欺騙訊號，就可用假信號輕而易舉取代真正的GPS訊號。

2012年6月，在新墨西哥州的白沙漠導(dǎo)彈試射場，實驗室人員展示了無人飛機(jī)脆弱的GPS如何被假的欺騙訊號中招，在離其半公里處，實驗人員利用欺騙裝置來控制一架8萬美元的無人飛機(jī)，當(dāng)時由該裝置來偽造衛(wèi)星訊號，傳送假坐標(biāo)給無人飛機(jī)，結(jié)果無人飛機(jī)選擇了較強(qiáng)的假訊號，被騙后，無人飛機(jī)還從欺騙裝置中攝取坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如果假訊號指示無人飛機(jī)正在垂直上升，機(jī)上的自動導(dǎo)航系統(tǒng)會非常盡責(zé)地維持原來的飛行高度，此時的無人飛機(jī)是通過假坐標(biāo)資料來調(diào)整位置，實際上機(jī)頭是在朝沙漠地面下降，只有到操作人員取消被騙的導(dǎo)航指令并起用手動控制才能保持平穩(wěn)飛行不致于墜毀。

電子欺騙手段的危險性人們熟知它已達(dá)10年以上，2001年美國交通部為此曾發(fā)表有關(guān)電子欺騙威脅的文件，但決策人員和GPS制造商始終忽視對其的警惕，加上可保護(hù)GPS訊號的密碼水印——即保證安全的數(shù)字法簽技術(shù)還須好幾年才能執(zhí)行，運(yùn)用其他可行技術(shù)還須論證。無人飛機(jī)除受發(fā)射的欺騙外，干擾導(dǎo)航訊號更是簡單且令人吃驚，靠近地球表面的導(dǎo)航訊號特別微弱，測量訊號強(qiáng)度的通量密度僅為2.2萬公里外一只50瓦特?zé)襞莸墓舛龋蓴_裝置只要在相同的無線電頻譜上產(chǎn)生雜訊，就能干擾GPS訊號，所有現(xiàn)代的電子裝置，包括便攜式電腦都可發(fā)出雜訊來干擾附近的GPS接收器。

懷有不良動機(jī)而制作的干擾裝置能很有效地迷惑無人飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)，2012年5月，一架重150公斤由舒貝爾公司制造的camcopter卡考帕特S-100失去控制的無人偵察機(jī)墜毀在韓國的地面控制站，結(jié)果一名工程師罹難及兩名無人飛機(jī)操控人員受傷，導(dǎo)致該事件的原因是受北朝鮮GPS干擾訊號，再加上韓國操作人員失誤而造成。這進(jìn)一步說明無人飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)能否抵抗欺騙訊號和干擾裝置成為其在空中安全飛行的重中之重。

更多的挑戰(zhàn)

無人飛機(jī)在空中與另一架飛機(jī)發(fā)生碰撞墜毀這又是一件復(fù)雜的事項。傳統(tǒng)的飛行員靠的是目視觀察再加上以雷達(dá)來監(jiān)測其他飛機(jī)來避免碰撞，但無人飛機(jī)想要得到提示或警戒防止與其他飛機(jī)或飛行物碰撞，在技術(shù)上還需很長時間。

防碰撞對小型無人機(jī)來講更是一大挑戰(zhàn)，如果安裝雷達(dá)的話因其體積大，價格貴再加上耗能，顯得不可取，現(xiàn)在可供選擇的是裝紅外線攝像機(jī)，但它又不能看穿表層。唯一解決辦法可使用自動監(jiān)視廣播系統(tǒng)（ADS-B）。它能每秒鐘廣播一次飛機(jī)的位置和速度，并從附近在飛飛機(jī)獲取類似報告，到2020年，所有有執(zhí)照的飛行器都需安裝ADS-B應(yīng)答機(jī)。

但ADS-B與GPS一樣，訊號可以加密并可偽裝，2012年美國俄亥俄州空軍技術(shù)學(xué)院的研究人員證實了這一點，美國聯(lián)邦航空署指望采用另一種技術(shù)即多邊定位方法來對付偽裝的ADS-B訊號，但目前尚存難題，另有一種方法是操縱人員使用控制無線電通訊鏈來操控?zé)o人機(jī)。但它也會遭受干擾，無論是蓄意的干擾或來自發(fā)生功能障礙，專家稱其為斷鏈，使通訊受阻失去聯(lián)系。另外指揮控制無線電的頻譜缺乏專用，無人飛機(jī)只好與其他無線電通訊共用來受保護(hù)的頻譜，而一些合法使用的電子系統(tǒng)也能對無人飛機(jī)產(chǎn)生不利影響。

與此同時，許多立法機(jī)構(gòu)人員及議員不太歡迎無人飛機(jī)，每天的晚間新聞都有關(guān)于無人飛機(jī)在海外執(zhí)行偵察和發(fā)射導(dǎo)彈攻擊的報道，太雷人。現(xiàn)在美國至少有42個州提出限制無人飛機(jī)使用的法案，得克薩斯州議會第912法案還規(guī)定不得擅自拍攝私人產(chǎn)業(yè)的圖像，在業(yè)主表示同意下才能許可拍攝。對于無人飛機(jī)所須規(guī)范的技術(shù)及安全飛行，立法人員及議員都表示憂慮，雖然它還存在未察覺的風(fēng)險，但給人類帶來的方便實惠卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過它的風(fēng)險，對此人們只好讓步，允許它在空中飛行。endprint