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航空小知識

無人駕駛航班,你坐不坐

時間:2019年09月16日   來源:《大飛機》雜志
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  200961日,法航447航班在從巴西里約熱內盧飛往法國巴黎途中,在大西洋中部遭遇了熱帶風暴。幾分鐘后,這架空客A330墜入大西洋,造成機上228人遇難。 

  4年后的7月,一個陽光明媚的早晨,一架韓亞航空的班機在飛臨美國舊金山機場時,一頭撞上了跑道盡頭的防波堤,機尾整個斷裂,破裂的機身在跑道上翻滾。事故造成3人死亡,數十人受傷。 

  表面上看,這兩起事故之間并無關聯,但是仔細考察,它們又有一個悲哀的共性:兩架飛機的飛行員都認為,飛行操縱系統能自動防止飛機在半空熄火,或者防止飛機因為速度太慢而墜機。他們都錯了。 

  研究發現,這類人機混合操作系統是許多空難的一個重要原因,而且這種混淆正變得日益嚴重。隨著自動化部件越來越多,飛行員可能在飛機出現嚴重故障時感到困惑,弄不清自動駕駛何時結束,自己的職責又何時開始。結果就是,釀成空難。 

  那么,現在是不是到了徹底淘汰飛行員的時候呢?許多航空業者顯然就是這么認為的。他們主張,與其讓飛行員待在機艙內駕駛,遠不如將他們調到數千千米之外的辦公室遠程監督,而讓飛機自動飛行。以安全而論,這確實是一個合理的方案,因為在所有致命的飛行事故當中,有大約一半是由機組成員的失誤造成的。 

  如果安全得到加強,無人駕駛客機就能大大降低航空公司和乘客的花銷。在美國杜克大學研究自動飛行的瑪麗·康明斯指出,沒有了飛行員,航空公司就能大大節省工資、模擬器、培訓、醫保、酒店和退休金方面的開支,從而使機票更加便宜。此外,自動飛行應該更省燃料,這也會進一步降低成本,并減少溫室氣體排放。此外,機頭部位沒有了機組成員,前排乘客就能夠飽覽壯美的全景——當然,他們要支付一筆額外費用。剩下的關鍵問題只有一個:登上一架無人駕駛的飛機,你有何感想? 

  這場革命的核心是一個簡單的事實:現代飛機上的大量工作都是由電腦完成的,客機飛行員已經沒有多少駕駛機會了。在飛機剛剛離地30米之后,自動飛行電腦就會接過飛機的控制權,并按照駕駛員輸入飛行管理系統的速度、航向和高度繼續駕駛。而且,在很久之前,電腦就已經能夠追蹤跑道上的無線電信標,駕駛飛機自動降落了。 

  不過,自動化也給飛行員帶來了新問題:當自動飛行電腦遇到了程序之外的狀況,比如飛機結構發生破損,或者像法航447航班那樣遭遇極端天氣,它們就會冷不丁地將駕駛權扔回飛行員手里。在遭遇這些意外情況時,飛行員可能對突然到來的駕駛權手足無措。同樣危險的是,機載電腦還會在危急關頭向飛行員發出大量的警示信號,使飛行員應接不暇。例如,201011月,載著469人的澳大利亞航空32號航班發生引擎爆炸,650條控制電路因此被切斷。然而,當機長理查德·德·克雷斯皮尼嘗試緊急迫降時,他和副機長卻被屏幕上閃出的120個指令菜單晃得眼花繚亂。 

  美國聯邦航空管理局認識到,人和電腦的組合未必是最安全的。2013年,美國空管局公布了一份研究報告,連篇累牘地羅列了人類和機載電腦組合所面臨的風險。美國空管局首席調查員凱西·阿伯特發現,飛行員往往會“過度依賴”自動飛行系統,“即便懷疑系統沒有正常運行,也不愿出手干預。” 

  短期之內,航空公司可以通過優化電腦系統,對飛行員加強訓練,以此來降低這些風險。長遠來看,降低駕駛艙內的自動化水平似乎是一個不錯的法子。不過,許多航空從業者追求的是另一條道路,那就是進一步減少容易出錯的人類在駕駛艙內的作用。 

  近年來,波音、空客、BAE和達索這幾家企業,已經斥資數千萬美元,準備共同研發一套協助飛行員應對緊急狀況的計算機輔助系統(ACROSS)。該系統能夠降低飛行員工作負荷中的危險峰值,以避免在危急時刻造成混亂。這個系統的目的在于,使機長或副機長能夠在對方失去行動能力的時候單獨應付危機。不過,它的功能還不止于此。設計者希望打造出一個能夠完全取代副機長的自動飛行系統,使得客機從起飛到落地只需要一名飛行員。 

  不過,就算高度智慧的機器真能充當合格的副機長,如果唯一的飛行員也失去了行動能力,結果又會如何?在康明斯看來,要讓電腦副機長和人類一同駕駛,它就必須能夠在機長身體不適的時候單獨控制一架飛機,自行完成起飛、巡航和著陸任務。 

  然而,如果電腦完全能勝任這些工作,那還需要人類做什么?去掉了人類,就肯定能減少人機配合中的那種混亂局面了。 

                                                

  多余的人類 

  2013年,美國航空航天局艾姆斯研究中心的一項研究成果表明,安裝在新一代單人駕駛輕型噴氣式飛機中的自動飛行系統,同樣會增加飛行員的負擔,使飛行員“在導航和飛行控制時犯錯”。 

  康明斯說:“大多數研究者認為,飛行員從兩人減少到一人只是一個中間步驟,最終的目標是沒有飛行員。” 

  不僅如此,康明斯還相信全自動飛行時代遲早會到來。她在擔任美國海軍飛行員的時候明白了一點,那就是戰斗機的自動飛行系統根本不需要她的參與,它駕駛飛機降落在航空母艦上的技術遠高于人類。她說:“在調整方向、空速和高度方面,它都要比我迅速得多。” 

  電腦在極短時間內的操作的確優于人類,因為人眼和人腦之間的溝通速度比不上傳感器和處理器之間的傳輸。從你看到一個需要行動的信號,到實際采取行動,中間至少要經過半秒鐘的耽擱。相比之下,一臺電腦從接收信號到采取行動,只需要幾毫秒的時間,這是人類絕對跟不上的。 

  美軍無人機的實驗也證明了這一點——隨著自動化程度的提高,它們的墜機率也大大下降。以往,無人機在起飛和降落過程中常有事故發生,而將這兩種操作交給電腦之后,情況明顯改善。康明斯指出:“降落和起飛是飛行員任務最重的時候,幾乎有一半致命空難發生在這兩個階段。” 

  那么,無人駕駛客機離我們還有多遠?實際上,它已經出現了:在一次試驗中,BAE系統公司的一架無人駕駛客機安全飛行了800千米。此次試驗旨在測試無人駕駛飛機與其他飛機以及空管員的互動情況。不過,當時飛機上還是配了一名飛行員,為防萬一。 

  這架無人駕駛客機配備了未來的無人機都需要的初步機器智能——那是一個名叫“空域整合處理器”(簡稱AIP)的智能飛行管理系統。AIP用無線電、雷達和攝像傳感器來防止碰撞,通過衛星與一位地面飛行員保持通訊。BAE的飛行工程師羅德·布坎南介紹說,AIP在接到目的地坐標之后就會制定一條航路,危險的氣象情況和空中交通管制都會考慮在內。 

  雖然有了種種進步,但航空公司不太可能首先使用無人駕駛飛機。康明斯估計,聯邦快遞和UPS這樣的貨運公司會率先將飛行員的人數從兩個減少到一個。這相當于是在與航空公司同樣型號的飛機上試驗這項技術,只是機上沒有乘客。她指出,如果試驗成功,這些貨運公司有可能在2035年前后徹底拋棄飛行員。公司只要保留一名飛行員,讓他在地面借助衛星監測不同的貨運飛機。 

  現在看來,自動飛行技術的成功還可能大大提前。得益于電推進技術和智能飛行控制系統的快速發展,研究者相信,飛行轎車或“私人空中車輛”(PAV)的時代或許很快就會到來。當然,它們在商業上的成敗取決于能否徹底實現自動化。工程師邁克·江普指出:“讓地面交通工具飛到空中,我們不可能再采用手動控制的方式。”江普就職于英國利物浦大學,他參加了“我的直升機”項目(MyCopter project),為垂直起飛的PAV編寫自動軟件。他預測,飛行轎車將在2025年左右升空。 

  自動化無疑會吸引航空公司的經營者們——除了燃料,人工是這個行業的最大成本。以美國為例,資深飛行員每年的工資超過24萬美元,公司還常常需要對他們進行培訓。此外,飛行員的工作時間也受到了嚴格限制。英國考文垂大學的航空顧問多諾·威爾遜指出:“機組人員有生理需求和嚴格的工作周期,這些都會限制飛行時間。” 

  康明斯指出,自動化也有利于節省燃料——自動駕駛系統不會偏離最優路線,因此不會額外浪費燃料。而對航空公司和環境有利的技術也對乘客有利,因為它們能夠降低票價。飛機設計者甚至還可以更改機艙內的布局。威爾遜指出:“既然飛行員不必再坐在前面,設計師就不用再遵循傳統的設計。”取消了駕駛艙,乘客就能觀賞到以往只有飛行員才能看到的風景了。 

  

 

  當然,自動駕駛也有一大隱患:如果系統發生故障,飛機上又沒有機組成員,那該怎么辦?20091月,切斯利·薩倫伯格駕駛的飛機在紐約上空出現引擎故障。在他的精心操控下,飛機在哈德遜河上成功迫降,機上無人傷亡,而一個人工智能“機長”是不可能有這樣高明的決策的。 

  在美國南加利福尼亞大學哥倫比亞分校研究風險和技術的布蘭特·史密斯表示,電腦或許不能做到這一點,但是航空公司可能已經對這類特殊事件有所準備了。他說:“如果自動化能夠降低墜機和傷亡的數量及程度,那么就算制造出的飛機更容易墜毀,它們的實際風險也未必會更高。” 

  不過,飛行員當然不可能心甘情愿地被新技術淘汰。比如,德·克雷斯皮尼就指出:“只有將人類的意識、知覺和預測能力都復制到一臺機器中,我們才能制造出可靠的無人駕駛飛機。在此之前,拯救乘客的希望只會落在飛行員身上。” 

  英國飛行員協會發言人理查德·圖默也同意這個說法:“乘客希望將自己的性命托付在兩個經過充分訓練、充分休息的飛行員手里,這一點不會馬上改變。” 

  康明斯承認,無人駕駛飛機目前會受到大多數人的排斥。“飛行員從兩個減到一個容易,從一個減到沒有就難了,”她說,“這個技術難題會受到監管的阻力,還有文化的阻力。” 

  英國心理學家羅伯特·波爾指出,這種文化阻力具有深厚的根源。波爾的研究領域是航空心理學,他指出:“這種阻力源于對事物失去掌控的原始恐懼。”乘客喜歡看見一個能干的人掌控飛機,一個在發生意外的時候和他們一樣置身險境的人。雖然飛行員坦言自己只是在監測自動系統,但是波爾認為,乘客仍然將他們看作是“身著制服、處變不驚的專業人士”。康明斯也認可這一觀點。她說:“想在艦橋上看見柯克船長的需求是強烈的。” 

  波爾表示,航空業需要證明,無人機的安全性和有人駕駛的飛機相同,甚至更勝一籌。那么,波爾自己會乘坐一架由機器駕駛的飛機嗎?“我需要大量的實驗來清楚地證明它的確安全,”他說,“要是明天就有人告訴我說飛行員都到地面上工作了,我也一樣會覺得擔心的。我認為要人們接受這一點,并不容易。” 

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