（原標(biāo)題：如何減少無(wú)人機(jī)炸機(jī)的概率）

目前，有關(guān)“共享空域”的計(jì)劃正在成為很多人的夢(mèng)想。“下一代空域?qū)⒅塾诶眯l(wèi)星使得航管員、飛行員、乘客、無(wú)人飛行器以及其他與此相關(guān)者能夠?qū)崟r(shí)地共享空域。”該計(jì)劃一旦完成，無(wú)人機(jī)就可以和有人駕駛飛機(jī)共享一片空域，一起自由翱翔了。但是，在想象這一美好時(shí)代來(lái)臨的時(shí)候，總有一些揮之不去的問(wèn)題困擾著我們：無(wú)人機(jī)到底安不安全？從技術(shù)角度上來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)到底要做到怎樣的程度才能得到更多人的認(rèn)可，人們才能放心地將其釋放到藍(lán)天白云之間呢？

主動(dòng)避障、電子圍欄、自動(dòng)應(yīng)答、空中管制、自主起降、應(yīng)急備降，這些圍繞無(wú)人機(jī)飛行安全的技術(shù)和管理上的舉措層出不窮。當(dāng)我們對(duì)其進(jìn)行歸納總結(jié)之后便會(huì)發(fā)現(xiàn)，提高無(wú)人機(jī)的安全性和可靠性的技術(shù)手段主要包括兩個(gè)方面：

上篇文章提到了如何防止無(wú)人機(jī)與有人駕駛飛機(jī)或其他無(wú)人機(jī)在空中相撞；

本篇?jiǎng)t重點(diǎn)分析如何減少無(wú)人機(jī)因故障墜落的概率。

怎樣降低墜落概率

目前，無(wú)人機(jī)的故障率和墜落概率仍遠(yuǎn)高于有人駕駛飛機(jī)。提高無(wú)人機(jī)的可靠性已成為一個(gè)老生常談的問(wèn)題。但是，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的提高和加工工藝的進(jìn)步等方面的話題仍未觸及無(wú)人機(jī)安全性的另一重要論題：當(dāng)無(wú)人機(jī)在空中出現(xiàn)故障的時(shí)候，該怎樣防止它墜向地面。

與飛行員可以通過(guò)自身感官和對(duì)儀表的判讀來(lái)對(duì)飛行器的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)和直觀的判斷不同，無(wú)人機(jī)操控員在地面上無(wú)法感知到飛行器的振動(dòng)，難以聽(tīng)到遠(yuǎn)距離飛行的無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音，而依賴數(shù)據(jù)鏈回傳的儀表數(shù)據(jù)則會(huì)有一定程度的延遲。因此，無(wú)人機(jī)需要較高的自主性來(lái)應(yīng)對(duì)突發(fā)的各種故障。重要的參數(shù)需要使用多種數(shù)據(jù)來(lái)源和多個(gè)傳感器進(jìn)行冗余備份。比如，氣壓高度表、無(wú)線電高度表、GPS高度解算和慣性導(dǎo)航單元的組合便可形成一個(gè)對(duì)高度信號(hào)的冗余探測(cè)系統(tǒng)。結(jié)合久經(jīng)考驗(yàn)的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法或者BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)便可使得在單個(gè)傳感器或者單種數(shù)據(jù)源在遇到故障的時(shí)候，無(wú)人機(jī)的重要飛行參數(shù)不會(huì)受到太大影響。

無(wú)人機(jī)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)和舵面代償機(jī)理的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)重要技術(shù)手段。當(dāng)單個(gè)舵面的作動(dòng)器因故障無(wú)法正常工作的時(shí)候，無(wú)人機(jī)的控制系統(tǒng)可以將制導(dǎo)控制指令重新分配給其他能夠正常工作的舵面。當(dāng)無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)外形因意外碰撞發(fā)生突變或無(wú)人機(jī)因部分載荷脫落而使全機(jī)重心發(fā)生突變的時(shí)候，控制系統(tǒng)可以通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)的方法重新認(rèn)識(shí)無(wú)人機(jī)本身，獲得新的控制模型，計(jì)算出新的優(yōu)化控制參數(shù)，重新獲得無(wú)人機(jī)的最優(yōu)控制律。無(wú)論是舵面指令重新分配技術(shù)還是控制算法重構(gòu)技術(shù)或者是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)補(bǔ)償器技術(shù)，都會(huì)使出現(xiàn)故障的無(wú)人機(jī)的剩余控制能力得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，激發(fā)無(wú)人機(jī)的潛能提高其抗損性和安全性。

當(dāng)無(wú)人機(jī)的代償機(jī)制無(wú)法使出現(xiàn)故障的無(wú)人機(jī)繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間飛行的時(shí)候，就應(yīng)當(dāng)開(kāi)始選擇迫降場(chǎng)地進(jìn)行緊急降落了。這雖是無(wú)奈之舉，但也是防止無(wú)人機(jī)墜入人口稠密地區(qū)的一項(xiàng)重要舉措。美國(guó)聯(lián)邦航空委員會(huì)認(rèn)為，今后的無(wú)人機(jī)不僅要能夠確保自身安全飛行，還應(yīng)該在突發(fā)事件發(fā)生的時(shí)候擁有與所在空域的多種飛行器進(jìn)行安全互動(dòng)的能力。這樣的規(guī)定還是默認(rèn)了無(wú)人機(jī)在突發(fā)事件中仍保持了空地雙向鏈路通信的能力。實(shí)際上，在一些比較嚴(yán)重的故障發(fā)生的時(shí)候，無(wú)人機(jī)會(huì)徹底失去和地面之間的聯(lián)系，這時(shí)，無(wú)人機(jī)的自主規(guī)劃航路、自主搜尋著陸地點(diǎn)和自主著陸的能力就成了挽救自身的最后一種手段。

借助光學(xué)設(shè)備和圖像識(shí)別技術(shù)，無(wú)人機(jī)能夠做到對(duì)著陸區(qū)的自主識(shí)別。而自動(dòng)返航和自主航路規(guī)劃甚至已經(jīng)成了很多無(wú)人機(jī)的標(biāo)配。但是，固定翼無(wú)人機(jī)的自主著陸技術(shù)因?yàn)樯婕暗蕉喾N傳感器和算法的切換使用而有著較高的技術(shù)含量。目前，“全球鷹”無(wú)人機(jī)在經(jīng)過(guò)多年的探索之后，已經(jīng)擁有了在數(shù)據(jù)鏈完全斷開(kāi)的情況下仍能自主著陸的能力。

在準(zhǔn)備自主著陸之前，“全球鷹”無(wú)人機(jī)會(huì)掃描并分析適合降落的地點(diǎn)，并對(duì)初始著陸點(diǎn)進(jìn)行自主標(biāo)定。然后，它會(huì)針對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行自主航路規(guī)劃，當(dāng)計(jì)算出合適的下滑路徑時(shí)，自動(dòng)切換為縱向模態(tài)控制方式，開(kāi)始以恰當(dāng)?shù)慕嵌冗M(jìn)入著陸場(chǎng)。當(dāng)它認(rèn)為著陸航線正確并已到達(dá)著陸場(chǎng)上空時(shí)，它會(huì)把高度傳感器的信號(hào)源由氣壓高度表切換為無(wú)線電高度表，以便提高無(wú)人機(jī)的測(cè)高精度。隨著無(wú)人機(jī)的繼續(xù)下降，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)高度變化率和無(wú)人機(jī)質(zhì)量等信息進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，并隨時(shí)調(diào)整無(wú)人機(jī)的俯仰姿態(tài)。在快要接觸地面的時(shí)候，無(wú)人機(jī)對(duì)側(cè)滑角和滾轉(zhuǎn)角進(jìn)行精確辨識(shí)，以此來(lái)感知當(dāng)前的風(fēng)場(chǎng)，并隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)突發(fā)的側(cè)風(fēng)干擾。當(dāng)無(wú)人機(jī)成功觸地并開(kāi)始滑跑的時(shí)候，它會(huì)切換到地面運(yùn)行狀態(tài)，使其能夠沿著跑道的中心線向前滑行。如果剎車系統(tǒng)還能正常工作的話，“全球鷹”無(wú)人機(jī)會(huì)把自己停在跑道上，準(zhǔn)備接受工作人員的迎接。

能夠以較好的策略選擇迫降機(jī)場(chǎng)并平安著陸，會(huì)在很大程度上減少發(fā)生故障的無(wú)人機(jī)對(duì)地面人員的傷害。而先進(jìn)的代償機(jī)制和未雨綢繆的冗余設(shè)計(jì)則會(huì)盡量避免無(wú)人機(jī)獨(dú)自面對(duì)緊急迫降的險(xiǎn)境。借助雷達(dá)、光學(xué)等探測(cè)設(shè)備，無(wú)人機(jī)的自主感知能力將會(huì)得到極大地提高，在地面操控人員發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)之前就先行實(shí)施躲避的設(shè)想已經(jīng)在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性的防撞算法會(huì)在無(wú)人機(jī)實(shí)施防撞躲避機(jī)動(dòng)之后，自動(dòng)重新規(guī)劃航路，繼續(xù)完成作業(yè)任務(wù)（該技術(shù)在植保無(wú)人機(jī)的斷點(diǎn)續(xù)噴、巡線無(wú)人機(jī)的自主識(shí)別上已經(jīng)初見(jiàn)端倪）。

今后，無(wú)人機(jī)會(huì)更加安全，更加高效。但愿技術(shù)的突破能夠幫助無(wú)人機(jī)闖出一條路，讓政策和相關(guān)法規(guī)向著有助于無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)的方向發(fā)展。