徐陳磊，劉博

95894部隊(duì)

無(wú)人機(jī)飛行需要多方面的綜合保障，氣象保障是無(wú)人機(jī)安全飛行的先決條件之一。本文聚焦無(wú)人機(jī)飛行氣象保障研究，分析無(wú)人機(jī)氣象保障的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比無(wú)人機(jī)與有人機(jī)氣象保障的差異，提出有效可行的氣象保障方法，從而提高無(wú)人機(jī)使用效能，為無(wú)人機(jī)安全飛行奠定基礎(chǔ)。

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)在軍用和民用領(lǐng)域表現(xiàn)卓越，引起世界各國(guó)高度重視。無(wú)人機(jī)憑借多樣化任務(wù)載荷、低成本、高機(jī)動(dòng)性等特點(diǎn)，可在航拍、測(cè)繪、物流、農(nóng)林種植、偵察監(jiān)視、邊境巡邏等多個(gè)領(lǐng)域執(zhí)行各種任務(wù)。然而，如果天氣不能滿足無(wú)人機(jī)飛行的最低氣象要求，將會(huì)給飛行安全造成威脅。無(wú)人機(jī)飛行需要多方面綜合保障，氣象保障是無(wú)人機(jī)安全飛行的先決條件之一，探索無(wú)人機(jī)飛行氣象保障特點(diǎn)，研究氣象保障方法和措施，能有效提升無(wú)人機(jī)使用效能，保證飛行安全。

無(wú)人機(jī)飛行最低氣象條件

無(wú)人機(jī)飛行最低氣象條件是無(wú)人機(jī)安全起降、飛行的天氣標(biāo)準(zhǔn)，是為保證無(wú)人機(jī)起降和執(zhí)行任務(wù)而規(guī)定的最低限度天氣條件。

無(wú)人機(jī)飛行氣象條件可分為起降場(chǎng)天氣條件和航線天氣條件。一般小型近程無(wú)人機(jī)如多旋翼無(wú)人機(jī)，由于續(xù)航時(shí)間小和航程短，僅在起降場(chǎng)附近使用，所以只需要根據(jù)起降場(chǎng)天氣條件實(shí)施飛行氣象保障，天氣要素包括云、能見(jiàn)度、風(fēng)等；很多大型遠(yuǎn)程長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)如軍用戰(zhàn)略無(wú)人機(jī)，由于使用半徑大，航程可達(dá)幾百或上千千米，必須在起降場(chǎng)天氣條件基礎(chǔ)上，結(jié)合航線天氣條件加以保障，周全考慮空中風(fēng)、雷暴、無(wú)人機(jī)積冰、無(wú)人機(jī)顛簸等要素。

無(wú)人機(jī)氣象保障特點(diǎn)

最低氣象條件要求苛刻

無(wú)人機(jī)起降過(guò)程中，對(duì)風(fēng)速的要求較為苛刻。可能滿足大型飛機(jī)起降的風(fēng)速，卻不能滿足無(wú)人機(jī)起降要求，因此需要更準(zhǔn)確地掌握風(fēng)速變化。

在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，操控人員和保障人員要把握云、無(wú)人機(jī)積冰、無(wú)人機(jī)顛簸和空中風(fēng)等情況。很多無(wú)人機(jī)搭載了較多精密電子設(shè)備，對(duì)空氣濕度要求很高，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間在云中飛行，因此層積云、層云、高積云等都對(duì)無(wú)人機(jī)飛行產(chǎn)生較大影響，無(wú)人機(jī)只能短暫地穿過(guò)較薄的云層。有些無(wú)人機(jī)沒(méi)有配備除冰裝置，且航速較慢，因此積冰會(huì)嚴(yán)重影響它們的飛行安全。無(wú)人機(jī)與地面控制站之間通過(guò)視距和超視距衛(wèi)通等鏈路傳輸遙控和遙測(cè)信息，一旦空中發(fā)生顛簸，會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)不穩(wěn)定，很容易影響鏈路信號(hào)傳輸，所以對(duì)空中氣流的預(yù)判也很重要。

預(yù)報(bào)精度要求高，協(xié)調(diào)難度大

圖1 起降場(chǎng)自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)獲取氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。

大型無(wú)人機(jī)通常跨區(qū)域跨晝夜飛行，其飛行空域更廣、續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)、精度更高，對(duì)氣象保障的預(yù)報(bào)精度要求更高。而且，不同區(qū)域的氣象保障，涉及保障部門(mén)多，各部門(mén)之間組織協(xié)調(diào)、資源共享、信息傳遞等需要建立良好的協(xié)調(diào)溝通機(jī)制，確保完成飛行保障任務(wù)。

相比于有人機(jī)，很多無(wú)人機(jī)無(wú)法實(shí)施備降場(chǎng)備降。因此，大大增加了氣象保障難度。無(wú)人機(jī)起飛后，一定要精確預(yù)報(bào)返航時(shí)間段的天氣，確保其安全降落。

協(xié)同溝通難度大

有人機(jī)飛行過(guò)程中，當(dāng)航線上有濃積云或積雨云時(shí)，飛行員可以通過(guò)機(jī)載雷達(dá)或者加強(qiáng)觀察，及時(shí)繞過(guò)濃積云和積雨云。但無(wú)人機(jī)操控員難以像飛行員一樣，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確觀察和判斷航線中的天氣，特別是無(wú)人機(jī)空中顛簸、氣流等情況，很難有直觀感受。而且無(wú)人機(jī)繞過(guò)濃積云和積雨云的能力較弱。此外，若天氣影響到無(wú)人機(jī)飛行安全，需要重新調(diào)整航線、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)處理等一系列過(guò)程，臨機(jī)處置會(huì)有延遲，可能會(huì)錯(cuò)過(guò)最佳調(diào)整時(shí)機(jī)。

因此，實(shí)施氣象保障時(shí)要加強(qiáng)對(duì)無(wú)人機(jī)任務(wù)區(qū)及航線天氣的掌握，盡可能不在復(fù)雜天氣的區(qū)域飛行。

任務(wù)區(qū)氣象站點(diǎn)少，氣象資料獲取少

無(wú)人機(jī)經(jīng)常在人員稀少、交通不暢的高原、戈壁、草原等地區(qū)執(zhí)行邊境巡邏、管線檢查等任務(wù)，這些地區(qū)幾乎無(wú)氣象站點(diǎn)，氣象觀探測(cè)數(shù)據(jù)非常少，很難獲取飛行空域的氣象資料，對(duì)任務(wù)區(qū)氣象要素的監(jiān)測(cè)缺乏有效手段，保障中只能依靠衛(wèi)星云圖、天氣圖、雷達(dá)回波圖等資料進(jìn)行判斷。

新裝備要求高，保障經(jīng)驗(yàn)少

無(wú)人機(jī)攜帶的精密儀器多，對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求高，同時(shí)很多新型無(wú)人機(jī)剛投入使用，故障率較高。然而很多無(wú)人機(jī)操控員或保障人員掌握的氣象理論知識(shí)比較匱乏，對(duì)氣象保障了解較少，在實(shí)際飛行中很容易錯(cuò)失飛行窗口期，影響了飛行計(jì)劃，或者忽視天氣復(fù)雜性，盲目蠻干危及無(wú)人機(jī)飛行安全。

無(wú)人機(jī)氣象保障措施

掌握無(wú)人機(jī)性能，深入研究氣候特點(diǎn)

氣象保障人員及無(wú)人機(jī)操控人員需全面掌握無(wú)人機(jī)性能，充分了解最低天氣條件，根據(jù)任務(wù)要求，收集、整理任務(wù)區(qū)域歷史氣象資料，對(duì)季節(jié)性氣候特點(diǎn)進(jìn)行分析，深入研究任務(wù)區(qū)氣象要素特點(diǎn)，準(zhǔn)確把握任務(wù)區(qū)天氣變化規(guī)律。

充分掌握起降場(chǎng)及航線天氣

無(wú)人機(jī)飛行可以由操控員操控飛行，也可以按照預(yù)設(shè)航線自主飛行，無(wú)論哪種飛行，操控人員和保障人員都要提前掌握飛行任務(wù)、航線、高度等情況，明確各航點(diǎn)方位、高度及與起降場(chǎng)的距離，無(wú)人機(jī)到各航點(diǎn)所需的時(shí)間，做好起降場(chǎng)及航線天氣預(yù)報(bào)，并結(jié)合最低天氣條件和任務(wù)具體要求，嚴(yán)格把好飛行天氣條件關(guān)。

實(shí)時(shí)監(jiān)視天氣情況，提出氣象保障建議

任務(wù)臨近和實(shí)施飛行時(shí)，應(yīng)充分利用實(shí)時(shí)觀探測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波圖等氣象信息，進(jìn)行要素特點(diǎn)分析和規(guī)律總結(jié)，嚴(yán)密監(jiān)視重點(diǎn)地域的天氣變化。隨時(shí)了解無(wú)人機(jī)方位和無(wú)人機(jī)回傳的視頻影像，借助實(shí)時(shí)視頻影像掌握周?chē)频那闆r，適時(shí)規(guī)避不利天氣的影響。

密切協(xié)同配合，擴(kuò)大信息來(lái)源

圖2 衛(wèi)星云圖。

圖3 空中風(fēng)場(chǎng)數(shù)值預(yù)報(bào)截圖。

圖4 便攜式氣象儀。

無(wú)人機(jī)經(jīng)常在偏遠(yuǎn)地區(qū)開(kāi)展工作，任務(wù)保障前，可以從各類(lèi)氣象APP、中央氣象臺(tái)官網(wǎng)等渠道獲取強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)、降水量預(yù)報(bào)等氣象信息；也可以與當(dāng)?shù)貧庀笳竞秃骄€區(qū)域的氣象站建立廣泛的溝通聯(lián)絡(luò)機(jī)制，充分利用現(xiàn)有資源，確保飛行全域氣象保障無(wú)縫銜接，提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，為航線設(shè)置、任務(wù)規(guī)劃、飛行操控提供可靠依據(jù)。

深入研究難點(diǎn)，準(zhǔn)確把握飛行窗口期和區(qū)域

由于無(wú)人機(jī)起降對(duì)風(fēng)速要求非常嚴(yán)格，保障時(shí)可以在起降區(qū)域架設(shè)便攜式氣象儀，實(shí)時(shí)掌握風(fēng)向風(fēng)速情況，避開(kāi)大風(fēng)時(shí)間段起降；利用中央氣象臺(tái)發(fā)布的衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波圖等信息分析航線天氣，選擇可以飛行的區(qū)域，規(guī)避強(qiáng)對(duì)流、云量較多的區(qū)域。

對(duì)于航速慢且沒(méi)有除冰裝置的無(wú)人機(jī)，在北方秋冬季飛行時(shí)，其積冰問(wèn)題比較突出，所以要提前了解零度層高度以及空中各云層濕度。在保障過(guò)程中要重點(diǎn)研究鋒區(qū)、空中槽、切變線、低渦附近地區(qū)的溫濕度分布，掌握飛行高度的云層溫度，特別要注意氣溫在0 ～-10℃的云層，結(jié)合濕度判斷是否有積冰風(fēng)險(xiǎn)的云層。

制定嚴(yán)密預(yù)案，加強(qiáng)預(yù)防及特情處置

針對(duì)無(wú)人機(jī)對(duì)天氣條件要求高的特點(diǎn)，氣象保障要有針對(duì)性地制定切實(shí)可行的特情處置預(yù)案。如果無(wú)人機(jī)按預(yù)設(shè)航線飛行，為防止突發(fā)情況發(fā)生，需時(shí)刻掌握無(wú)人機(jī)所處的航線點(diǎn)，并做好安全區(qū)待機(jī)、返航、復(fù)飛及終止任務(wù)的準(zhǔn)備。

針對(duì)飛行中可能出現(xiàn)的、危及飛行安全的天氣，應(yīng)確定需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的氣象要素及其方位和持續(xù)時(shí)間，一旦出現(xiàn)復(fù)雜天氣或極端天氣，及時(shí)進(jìn)行處置。比如，無(wú)人機(jī)不能在強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)中飛行，而本身又無(wú)法快速改變航線規(guī)避強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)。因此需要借助雷達(dá)回波圖，重點(diǎn)關(guān)注航線上是否有正在以及將要發(fā)展的強(qiáng)對(duì)流區(qū)域。

總結(jié)

圖5 雷達(dá)回波圖。

總體而言，無(wú)人機(jī)氣象保障面臨以下難點(diǎn)。

一是機(jī)體尺寸小、最大起飛重量輕、巡航速度慢的無(wú)人機(jī)，易受大風(fēng)、空中顛簸等因素影響；

二是部分大型無(wú)人機(jī)航程遠(yuǎn)、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)用升限不高，易受天氣影響；

三是一些無(wú)人機(jī)使用半徑長(zhǎng)、指令響應(yīng)慢、機(jī)動(dòng)性差，規(guī)避危險(xiǎn)天氣的能力有限；

四是一些無(wú)人機(jī)續(xù)航速度慢，無(wú)除冰裝置，不抗積冰，不能長(zhǎng)時(shí)間在云中飛行；

五是在一些特殊情況下，操控人員無(wú)法及時(shí)感知、識(shí)別和判斷外界天氣變化，應(yīng)急處置能力較弱。

因此，保障飛行時(shí)，要加強(qiáng)預(yù)想、預(yù)判和特情處置，準(zhǔn)確掌握起降地及航線的各個(gè)氣象要素，時(shí)刻做好天氣監(jiān)視，充分利用可以飛行時(shí)段，促使飛行計(jì)劃順利實(shí)施，確保飛行安全。■