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航空小知识

无人驾驶航班,你坐不坐

时间:2019年09月16日 10:06   来源:《大飞机》杂志
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  200961日,法航447航班在从巴西里约热内卢飞往法国巴黎途中,在大西洋中部遭遇了热带风暴。几分钟后,这架空客A330坠入大西洋,造成机上228人遇难。 

  4年后的7月,一个阳光明媚的早晨,一架韩亚航空的班机在飞临美国旧金山机场时,一头撞上了跑道尽头的防波堤,机尾整个断裂,破裂的机身在跑道上翻滚。事故造成3人死亡,数十人受伤。 

  表面上看,这两起事故之间并无关联,但是仔细考察,它们又有一个悲哀的共性:两架飞机的飞行员都认为,飞行操纵系统能自动防止飞机在半空熄火,或者防止飞机因为速度太慢而坠机。他们都错了。 

  研究发现,这类人机混合操作系统是许多空难的一个重要原因,而且这种混淆正变得日益严重。随着自动化部件越来越多,飞行员可能在飞机出现严重故障时感到困惑,弄不清自动驾驶何时结束,自己的职责又何时开始。结果就是,酿成空难。 

  那么,现在是不是到了彻底淘汰飞行员的时候呢?许多航空业者显然就是这么认为的。他们主张,与其让飞行员待在机舱内驾驶,远不如将他们调到数千千米之外的办公室远程监督,而让飞机自动飞行。以安全而论,这确实是一个合理的方案,因为在所有致命的飞行事故当中,有大约一半是由机组成员的失误造成的。 

  如果安全得到加强,无人驾驶客机就能大大降低航空公司和乘客的花销。在美国杜克大学研究自动飞行的玛丽·康明斯指出,没有了飞行员,航空公司就能大大节省工资、模拟器、培训、医保、酒店和退休金方面的开支,从而使机票更加便宜。此外,自动飞行应该更省燃料,这也会进一步降低成本,并减少温室气体排放。此外,机头部位没有了机组成员,前排乘客就能够饱览壮美的全景——当然,他们要支付一笔额外费用。剩下的关键问题只有一个:登上一架无人驾驶的飞机,你有何感想? 

  这场革命的核心是一个简单的事实:现代飞机上的大量工作都是由电脑完成的,客机飞行员已经没有多少驾驶机会了。在飞机刚刚离地30米之后,自动飞行电脑就会接过飞机的控制权,并按照驾驶员输入飞行管理系统的速度、航向和高度继续驾驶。而且,在很久之前,电脑就已经能够追踪跑道上的无线电信标,驾驶飞机自动降落了。 

  不过,自动化也给飞行员带来了新问题:当自动飞行电脑遇到了程序之外的状况,比如飞机结构发生破损,或者像法航447航班那样遭遇极端天气,它们就会冷不丁地将驾驶权扔回飞行员手里。在遭遇这些意外情况时,飞行员可能对突然到来的驾驶权手足无措。同样危险的是,机载电脑还会在危急关头向飞行员发出大量的警示信号,使飞行员应接不暇。例如,201011月,载着469人的澳大利亚航空32号航班发生引擎爆炸,650条控制电路因此被切断。然而,当机长理查德·德·克雷斯皮尼尝试紧急迫降时,他和副机长却被屏幕上闪出的120个指令菜单晃得眼花缭乱。 

  美国联邦航空管理局认识到,人和电脑的组合未必是最安全的。2013年,美国空管局公布了一份研究报告,连篇累牍地罗列了人类和机载电脑组合所面临的风险。美国空管局首席调查员凯西·阿伯特发现,飞行员往往会“过度依赖”自动飞行系统,“即便怀疑系统没有正常运行,也不愿出手干预。” 

  短期之内,航空公司可以通过优化电脑系统,对飞行员加强训练,以此来降低这些风险。长远来看,降低驾驶舱内的自动化水平似乎是一个不错的法子。不过,许多航空从业者追求的是另一条道路,那就是进一步减少容易出错的人类在驾驶舱内的作用。 

  近年来,波音、空客、BAE和达索这几家企业,已经斥资数千万美元,准备共同研发一套协助飞行员应对紧急状况的计算机辅助系统(ACROSS)。该系统能够降低飞行员工作负荷中的危险峰值,以避免在危急时刻造成混乱。这个系统的目的在于,使机长或副机长能够在对方失去行动能力的时候单独应付危机。不过,它的功能还不止于此。设计者希望打造出一个能够完全取代副机长的自动飞行系统,使得客机从起飞到落地只需要一名飞行员。 

  不过,就算高度智慧的机器真能充当合格的副机长,如果唯一的飞行员也失去了行动能力,结果又会如何?在康明斯看来,要让电脑副机长和人类一同驾驶,它就必须能够在机长身体不适的时候单独控制一架飞机,自行完成起飞、巡航和着陆任务。 

  然而,如果电脑完全能胜任这些工作,那还需要人类做什么?去掉了人类,就肯定能减少人机配合中的那种混乱局面了。 

                                                

  多余的人类 

  2013年,美国航空航天局艾姆斯研究中心的一项研究成果表明,安装在新一代单人驾驶轻型喷气式飞机中的自动飞行系统,同样会增加飞行员的负担,使飞行员“在导航和飞行控制时犯错”。 

  康明斯说:“大多数研究者认为,飞行员从两人减少到一人只是一个中间步骤,最终的目标是没有飞行员。” 

  不仅如此,康明斯还相信全自动飞行时代迟早会到来。她在担任美国海军飞行员的时候明白了一点,那就是战斗机的自动飞行系统根本不需要她的参与,它驾驶飞机降落在航空母舰上的技术远高于人类。她说:“在调整方向、空速和高度方面,它都要比我迅速得多。” 

  电脑在极短时间内的操作的确优于人类,因为人眼和人脑之间的沟通速度比不上传感器和处理器之间的传输。从你看到一个需要行动的信号,到实际采取行动,中间至少要经过半秒钟的耽搁。相比之下,一台电脑从接收信号到采取行动,只需要几毫秒的时间,这是人类绝对跟不上的。 

  美军无人机的实验也证明了这一点——随着自动化程度的提高,它们的坠机率也大大下降。以往,无人机在起飞和降落过程中常有事故发生,而将这两种操作交给电脑之后,情况明显改善。康明斯指出:“降落和起飞是飞行员任务最重的时候,几乎有一半致命空难发生在这两个阶段。” 

  那么,无人驾驶客机离我们还有多远?实际上,它已经出现了:在一次试验中,BAE系统公司的一架无人驾驶客机安全飞行了800千米。此次试验旨在测试无人驾驶飞机与其他飞机以及空管员的互动情况。不过,当时飞机上还是配了一名飞行员,为防万一。 

  这架无人驾驶客机配备了未来的无人机都需要的初步机器智能——那是一个名叫“空域整合处理器”(简称AIP)的智能飞行管理系统。AIP用无线电、雷达和摄像传感器来防止碰撞,通过卫星与一位地面飞行员保持通讯。BAE的飞行工程师罗德·布坎南介绍说,AIP在接到目的地坐标之后就会制定一条航路,危险的气象情况和空中交通管制都会考虑在内。 

  虽然有了种种进步,但航空公司不太可能首先使用无人驾驶飞机。康明斯估计,联邦快递和UPS这样的货运公司会率先将飞行员的人数从两个减少到一个。这相当于是在与航空公司同样型号的飞机上试验这项技术,只是机上没有乘客。她指出,如果试验成功,这些货运公司有可能在2035年前后彻底抛弃飞行员。公司只要保留一名飞行员,让他在地面借助卫星监测不同的货运飞机。 

  现在看来,自动飞行技术的成功还可能大大提前。得益于电推进技术和智能飞行控制系统的快速发展,研究者相信,飞行轿车或“私人空中车辆”(PAV)的时代或许很快就会到来。当然,它们在商业上的成败取决于能否彻底实现自动化。工程师迈克·江普指出:“让地面交通工具飞到空中,我们不可能再采用手动控制的方式。”江普就职于英国利物浦大学,他参加了“我的直升机”项目(MyCopter project),为垂直起飞的PAV编写自动软件。他预测,飞行轿车将在2025年左右升空。 

  自动化无疑会吸引航空公司的经营者们——除了燃料,人工是这个行业的最大成本。以美国为例,资深飞行员每年的工资超过24万美元,公司还常常需要对他们进行培训。此外,飞行员的工作时间也受到了严格限制。英国考文垂大学的航空顾问多诺·威尔逊指出:“机组人员有生理需求和严格的工作周期,这些都会限制飞行时间。” 

  康明斯指出,自动化也有利于节省燃料——自动驾驶系统不会偏离最优路线,因此不会额外浪费燃料。而对航空公司和环境有利的技术也对乘客有利,因为它们能够降低票价。飞机设计者甚至还可以更改机舱内的布局。威尔逊指出:“既然飞行员不必再坐在前面,设计师就不用再遵循传统的设计。”取消了驾驶舱,乘客就能观赏到以往只有飞行员才能看到的风景了。 

  

 

  当然,自动驾驶也有一大隐患:如果系统发生故障,飞机上又没有机组成员,那该怎么办?20091月,切斯利·萨伦伯格驾驶的飞机在纽约上空出现引擎故障。在他的精心操控下,飞机在哈德逊河上成功迫降,机上无人伤亡,而一个人工智能“机长”是不可能有这样高明的决策的。 

  在美国南加利福尼亚大学哥伦比亚分校研究风险和技术的布兰特·史密斯表示,电脑或许不能做到这一点,但是航空公司可能已经对这类特殊事件有所准备了。他说:“如果自动化能够降低坠机和伤亡的数量及程度,那么就算制造出的飞机更容易坠毁,它们的实际风险也未必会更高。” 

  不过,飞行员当然不可能心甘情愿地被新技术淘汰。比如,德·克雷斯皮尼就指出:“只有将人类的意识、知觉和预测能力都复制到一台机器中,我们才能制造出可靠的无人驾驶飞机。在此之前,拯救乘客的希望只会落在飞行员身上。” 

  英国飞行员协会发言人理查德·图默也同意这个说法:“乘客希望将自己的性命托付在两个经过充分训练、充分休息的飞行员手里,这一点不会马上改变。” 

  康明斯承认,无人驾驶飞机目前会受到大多数人的排斥。“飞行员从两个减到一个容易,从一个减到没有就难了,”她说,“这个技术难题会受到监管的阻力,还有文化的阻力。” 

  英国心理学家罗伯特·波尔指出,这种文化阻力具有深厚的根源。波尔的研究领域是航空心理学,他指出:“这种阻力源于对事物失去掌控的原始恐惧。”乘客喜欢看见一个能干的人掌控飞机,一个在发生意外的时候和他们一样置身险境的人。虽然飞行员坦言自己只是在监测自动系统,但是波尔认为,乘客仍然将他们看作是“身着制服、处变不惊的专业人士”。康明斯也认可这一观点。她说:“想在舰桥上看见柯克船长的需求是强烈的。” 

  波尔表示,航空业需要证明,无人机的安全性和有人驾驶的飞机相同,甚至更胜一筹。那么,波尔自己会乘坐一架由机器驾驶的飞机吗?“我需要大量的实验来清楚地证明它的确安全,”他说,“要是明天就有人告诉我说飞行员都到地面上工作了,我也一样会觉得担心的。我认为要人们接受这一点,并不容易。” 

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