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近段时间,无人机这个概念又被推上了风口浪尖。众所周知,日常生活中的小型无人机是一种装有自动驾驶器(飞控系统)的航模(可以是固定翼飞行器,也可以是直升机和最常见的多旋翼),这种飞行器可以借助图像传输系统飞行到较高较远的空中进行航拍等活动。但是航拍就势必会造成诸如隐私侵犯,军事情报泄露;飞行器本身则成为了公共安全的一大隐患。所以,有关部门对不恰当的飞行和拍摄行为进行规范是必须的。
可是,有些企业和社会团体看中了这一点,想从无人机监管上切入,从而为自己牟取私利。这些盼星星盼月亮一样期待着严格的无人机管制规定的企业和社会团体,最喜欢用的一个词语叫做“黑飞”,指的是没有报备和登记的“无证”飞手操作无人机进行拍摄等活动。究其原因,无非是每次报备和登记都能为他们创造财富,最典型的是某知名社(A)会(O)团(P)体(A),其时常被不知真相者误认为是一个政府机关,该社会团体的“无人机机长证”虽然确实能证明飞手有合格的操作能力,但是要得到这个证并非免费——在全国各地开展的“培训班”,机长证动辄要价一两万元,堪称暴利行业。因此,为避免讨论无人机飞行报备这一话题,本文中将避免使用“黑飞”一词,而是改用“不安全飞行行为”称呼那些在不恰当的时间和地点进行的不安全飞行。
前几天,在杭州的乔司站附近上,一名航拍爱好者操作飞机进行航拍,但此人竟然操作无人机飞入了电气化铁路轨行区,可能是受到来自25KV交流接触网强烈的电磁辐射干扰后,无人机失控并“炸机”,所幸掉落地并非轨道或接触网正上方,没有对列车行驶造成很严重的影响,肇事者主动报案后,派出所民警在近40℃的高温天气下长时间搜寻,终于在路基边的杂草从中找到了那台精灵4无人机。
无独有偶,在我国台湾,今年年初台铁庆祝山佳新站完工时,请出了古董CK124蒸汽火车头从树林开到山佳。但有一网友在脸书社团“蒸气火车分享团”PO出以空拍机拍摄CK124的行驶影片,且目击者指出该空拍机当天已入侵轨道区上空,若掉落恐影响行车安全,台铁表示这种行为极其危险,必要时可采取刑事手段。
电气化铁路之所以“害怕”无人机侵线,原因主要有三:
一是高速行驶的列车所产生的巨大的乱流可严重影响无人机的稳定,而侵线的无人机反过来则会严重危害列车安全。根据冲量公式:F=mv/t,一台以20m/s飞行的精灵4无人机(质量约1.4kg)若正面撞击以300kph即83.3m/s速度行驶的高速动车组(例如目前京沪客专线上的“复兴号”,“和谐号”),在0.05S内无人机和动车组达到相对静止,平均冲击力将达到2892.4N,差不多相当于289kg的重物的重力,即使是血肉之躯的鸟类,也能损害列车,如下图所示。而如果考虑到无人机不是鸟,有坚硬的碳纤维和金属部件,对于驾驶舱正面钢化玻璃和受电弓等是有很大的威胁的,而驾驶舱玻璃一旦被击碎,列车司机的生命将遭到严重威胁,虽然自动驾驶设备可采取自动刹车等措施,但后果仍可能不堪设想!即使被撞击的是以120kph行驶的K字头快速列车,也能产生1493.3N的平均冲击力。
二是接触网和供电变压器等会产生很强的电磁场,从而影响无人机的GPS,指南针等仪表及遥控链路,而目前的无人机自动定位最依赖的就是GPS和指南针,此时若有列车经过,轻微的乱流即可让无人机失控乱飞,极容易“炸机”。
三是沿线的无线电通讯设备会对无人机遥控和图传链路构成干扰,这也会导致无人机失控。
这样看上去,无人机对铁路似乎是和电气化线路势不两立的老冤家,但事实上,在有专业知识的供电段工作人员手中,同样是这个精灵4无人机,能成为接触网检查的得力助手,为列车安全运行保驾护航。在以前,进行接触网维护,是要靠人工步行或乘坐轨道车巡检的,而步行速度慢,效率低下;轨道车巡检则必须挑选空窗期进行,有时间限制。但有了无人机之后,就可以快速高效巡检接触网,还可以借助高分辨率的相机拍照供判读。
在航空业内,无人机同样是双刃剑,不安全的飞行行为会严重威胁民航安全,但正确科学的应用无人机也能辅助有关人员更好地发展民航业。
鸟击是航空的一个重大威胁,前几年,中国空军的一架单发歼十战斗机正因为鸟击而失去动力,飞行员努力操作已失去动力的飞机避开居民区,在坠机前的最后一刻才弹射逃生,所幸此次事故没有造成任何人员伤亡,而飞行员也在经过了一段时间的恢复后重返蓝天,可一架价值上亿元的先进战斗机就这么败在了一只鸟手中。
让我们再结合下年初杭州萧山机场发生的那一幕进行计算:A320这样的民航飞机进场速度一般是140kts也就是72米/秒,假设一台0.75kg的Mavic以最大速度18m/s和飞机相向而行,那么Mavic相对客机的速度是90m/s,同样假设在0.05S内撞击完成,则会产生1350N的平均撞击力。这个撞击力似乎不如精灵4撞击300kph的高速动车组来得大,但飞机和动车组还是不同的,飞机上装有很躲极其敏感和脆弱的测量仪器和天线,这些一旦被撞击后即使飞行员未失能,也很有可能会因缺少仪表支持而难以安全降落。
而如果撞到发动机,轻则发动机受损但可支持飞机返航,但事后维修成本极为高昂,如下图,一片CFM56发动机叶片的维修成本就可以购买一台Mavic。更严重的就会造成发动机失效(如果两个发动机同时吸入较大或较多的异物),飞机失去动力,如果没有找到可迫降的场所就会酿成机毁人亡的惨剧,如果找到了合适的迫降场所,也至少会导致飞机的报废,例如2009年1月发生在美国纽约的“全美航空1549哈德逊河迫降奇迹”。在这次事故中,与这次的当事客机装备同款发动机的A320客机在纽约拉瓜迪亚机场起飞后不久遇上加拿大黑雁群,两台CFM-56发动机均吸入鸟,双发停车,幸好技术高超的萨利机长成功将失去动力的飞机迫降在哈德逊河上,无人伤亡但价值上亿的客机损毁,但这已经是属于“奇迹”了,水上迫降成功的概率非常低,常常会造成较多人员死亡(埃塞俄比亚航空961号班机,突尼斯国际航空1153号班机空难)。
四五月份在西南地区多次发生的大型无人机恶意扰航事件则更为凶险,翼展2米的大型固定翼无人机的威力远非大疆多旋翼和鸟类所能比肩。而这系列事件也促使了目前的超大禁飞区的产生,这可以说是“自作孽不可活”,强制禁飞区从原先的小圆越扩越大,直到遮住了整个城市,某些地方政府甚至出台“严打”政策,对当地无人机飞行加以严格限制,一言不合就拘留“黑飞者”,搞得人心惶惶,谈无人机色变。
即使如此,在大洋彼岸的波音工程师手中,精灵4和最新的737-MAX8客机共舞,从全新视角辅助溅水试验。工程师们由此首次可以获得试验中飞机上方的图像,通过拍摄视频来帮助改进飞机的设计。
公路方面的情况也是类似,有不安全飞行的无人机坠毁在公路上砸中经过的汽车造成人员受伤,也有执法部门用无人机监视交通状况,从而更好指挥交通,发挥公路网潜能。
无人机机是把双刃剑,在能正确安全飞行的人手中是最趁手的工具;在将无人机视作玩具,无视公共安全者手中,就变成了悬在公众头顶的达摩克斯之剑。希望在不远的将来每一台无人机都能被正确地使用,而约束无人机用户的不再是强制的法律法规而是公共安全意识和社会责任意识。
kanzhaji.com
2017年7月
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