登上一架無人駕駛飛機(jī)

姚人杰/編譯

登上一架無人駕駛飛機(jī)

姚人杰/編譯

● 這兒是機(jī)長在講話：下方地面有霧，但愿三萬英尺的高空是美麗的晴空……但是，如果在無人控制的情況下飛行，到底意味著什么？

2009年6月1日，法國航空447號(hào)班機(jī)從里約熱內(nèi)盧飛往巴黎，飛經(jīng)大西洋時(shí)遭遇熱帶風(fēng)暴。幾分鐘后，這架空客A330客機(jī)就飛入大海，機(jī)上228人無一幸免。

四年之后，在七月的一個(gè)陽光燦爛的上午，一架韓亞航空的班機(jī)飛抵舊金山機(jī)場(chǎng)，卻撞上了跑道前方的海堤，機(jī)尾部分整體斷裂，破裂的機(jī)身在跑道上側(cè)翻。三人喪命，數(shù)十人受傷。

這些事故表面看來并無關(guān)聯(lián)，然而它們有著悲劇性的相似之處：每架客機(jī)的飛行員都深信飛行控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地防范飛機(jī)熄火，或避免飛機(jī)因飛行速度太慢而無法保持于空中?？墒牵@些飛行員弄錯(cuò)了。

結(jié)果表明，這類混淆是多起空難的主要原因。并且這種混淆勢(shì)必會(huì)越來越嚴(yán)重。隨著越來越多的設(shè)備變得自動(dòng)化，飛行員們遇到嚴(yán)重故障時(shí)會(huì)思維混亂，忘記了自動(dòng)駕駛儀的職責(zé)在哪兒結(jié)束，又在哪兒開始。后果極可能是場(chǎng)災(zāi)難。

因此，是時(shí)候讓人類飛行員徹底消失嗎？當(dāng)然，許多行內(nèi)人士是這么想的。他們爭(zhēng)論說，對(duì)于航空公司來說，讓飛機(jī)自動(dòng)飛行，再在數(shù)千公里之外的辦公室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控飛行狀態(tài)，這么做更有益處。至于安全方面，這么做似乎也更加安全——在所有造成傷亡的空難中，大約有一半都與駕駛?cè)藛T犯下的差錯(cuò)有關(guān)。

機(jī)器全面接管

除了安全更有保障，無人駕駛客機(jī)能同時(shí)為航空公司與乘客們節(jié)省下可觀的成本。航空公司假如不用雇傭人類飛行員的話，那么在薪水支出、模擬飛行培訓(xùn)、醫(yī)療保健、中途停留的酒店和退休福利上會(huì)花費(fèi)更少的錢，位于北卡羅來納州達(dá)勒姆的杜克大學(xué)自動(dòng)飛行領(lǐng)域的研究者瑪麗·卡明斯（Mary Cummings）如此說道。那應(yīng)該能轉(zhuǎn)變成更低的票價(jià)，而且自動(dòng)飛行應(yīng)該也能節(jié)省燃料，有助于進(jìn)一步降低成本，減少溫室氣體的排放。并且隨著飛機(jī)前端不再被機(jī)組人員占據(jù)，以后能向前排的乘客提供壯觀、寬闊的視野——當(dāng)然，只要他們肯多支付一點(diǎn)錢。只是，仍有一項(xiàng)關(guān)鍵問題：當(dāng)你登上一架沒有人類掌舵的飛機(jī)，你會(huì)有怎樣的感覺？

這場(chǎng)變革的核心是一項(xiàng)簡單的事實(shí)：計(jì)算機(jī)如今在飛機(jī)上承擔(dān)了大量工作，飛行員們極少有接過控制權(quán)的緣由。自動(dòng)飛行計(jì)算機(jī)能在飛機(jī)距離地面只有30米的時(shí)候接管控制權(quán)，保持機(jī)組人員輸入飛行管理系統(tǒng)的速度、航向與高度。計(jì)算機(jī)很久以來已經(jīng)能以跑道無線電信標(biāo)為目標(biāo)飛行，再控制飛行器自動(dòng)著陸。

然而，自動(dòng)化給飛行員們帶來了全新的挑戰(zhàn)。當(dāng)自動(dòng)飛行計(jì)算機(jī)經(jīng)歷到程序中未被編入的情況，它們就不知該如何處理——譬如飛機(jī)突然受到結(jié)構(gòu)損傷，或者447號(hào)班機(jī)遇到的極端天氣——計(jì)算機(jī)會(huì)突然把職責(zé)甩給人類飛行員。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，那些飛行員也許會(huì)對(duì)于計(jì)算機(jī)移交給自己的控制水平感到困惑。另有一項(xiàng)事實(shí)是同樣危險(xiǎn)之處：駕駛艙計(jì)算機(jī)可能在緊要關(guān)頭拋給飛行員一大堆警示、清單以及聲音警報(bào)。比如說，2010年11月，澳洲航空32號(hào)班機(jī)的一臺(tái)引擎爆炸，機(jī)上載有469人，爆炸切斷了650根控制線。然而當(dāng)飛行員理查德·克雷皮尼（Richard de Crespigny）試圖在新加坡降落時(shí)，他與副駕駛被顯示屏上閃爍的120份命令菜單弄得心神不寧。

美國聯(lián)邦航空管理局承認(rèn)，人類與計(jì)算機(jī)也許不是最安全的搭配組合。該局于2013年發(fā)布了一項(xiàng)為期七年的研究成果，揭示出人類與駕駛艙自動(dòng)化設(shè)備搭檔所造成的諸多危險(xiǎn)。美國聯(lián)邦航空管理局首席調(diào)查員凱茜·阿博特（Kathy Abbott）發(fā)現(xiàn)，飛行員出于習(xí)慣而“太過依賴”自動(dòng)飛行系統(tǒng)，并且“不愿干預(yù)，甚至當(dāng)他們懷疑系統(tǒng)沒有正常運(yùn)行的時(shí)候也是如此”。這份報(bào)告警告說，飛行員會(huì)繼續(xù)對(duì)自動(dòng)飛行系統(tǒng)的狀態(tài)表示困惑。

短期來看，航空公司試圖通過重新設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、給予飛行員額外訓(xùn)練來降低這些風(fēng)險(xiǎn)。長久來看，在駕駛艙中降低自動(dòng)化程度也許看來是個(gè)更合理的解決辦法。然而，航空工業(yè)的許多人士在尋求另一條途徑：進(jìn)一步降低易犯錯(cuò)誤的人類在駕駛艙中起的作用。

由包括波音、空中客車、英國宇航系統(tǒng)公司、達(dá)索航空在內(nèi)的飛機(jī)制造商們組成的聯(lián)合體已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)投資3 000萬歐元、為期四年的研究項(xiàng)目，旨在為遭遇緊急狀況下的飛行員提供計(jì)算機(jī)協(xié)助。這項(xiàng)研究項(xiàng)目被稱為“減少壓力及工作量的先進(jìn)駕駛艙項(xiàng)目（ACROSS）”，目的是用計(jì)算機(jī)來幫助減少危險(xiǎn)的工作量峰值，后者在危機(jī)發(fā)生時(shí)會(huì)引發(fā)飛行員的思維混亂。自動(dòng)化的理念是在一名飛行員喪失行動(dòng)能力時(shí)，允許正駕駛或副駕駛獨(dú)自操作。然而ACROSS會(huì)更進(jìn)一步。由于有一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)的存在，才需要?jiǎng)?chuàng)造出自動(dòng)飛行系統(tǒng)。該項(xiàng)目的一個(gè)目標(biāo)是確定那些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，讓自動(dòng)飛行系統(tǒng)徹底代替副駕駛，也就是說，從起飛開始就允許單個(gè)飛行員進(jìn)行操作。

然而，即便有一臺(tái)超級(jí)聰明的機(jī)器智能無可挑剔地?fù)?dān)任副駕駛，假如那名孤獨(dú)的人類飛行員變得失去行動(dòng)能力時(shí)，會(huì)發(fā)生怎樣的情況？根據(jù)卡明斯所述，任何能夠與單單一名人類飛行員合作的計(jì)算機(jī)副駕駛必須能承擔(dān)完全控制的職責(zé)，假如飛行員病倒了的話，要能光靠自己之力駕駛飛機(jī)起飛、飛行及降落。因此，為何要為人類飛行員費(fèi)心思呢？這么做肯定會(huì)降低思維混亂帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

飛行員徹底消失

支持這一推論的，是美國宇航局位于加州的艾姆斯研究中心的一支團(tuán)隊(duì)在2013年所做的一項(xiàng)研究。該研究發(fā)現(xiàn)，為新一代單飛行員超輕型噴氣式飛機(jī)開發(fā)的自動(dòng)飛行系統(tǒng)仍然會(huì)導(dǎo)致高額工作量，令飛行員身心俱疲，“到某個(gè)程度后，就發(fā)生導(dǎo)航和飛行控制方面的差錯(cuò)?！?/p>

“所有航空研究者都認(rèn)識(shí)到，從兩名飛行員變成一名飛行員是居間的一步，它會(huì)允許我們由一名飛行員變成零飛行員?！笨魉拐f。

卡明斯確實(shí)相信完全自動(dòng)化飛機(jī)的時(shí)代是必然會(huì)到來的。她的上一份工作是美國海軍飛行員，當(dāng)時(shí)她意識(shí)到自己駕駛的戰(zhàn)斗機(jī)的自動(dòng)飛行系統(tǒng)令自己變得一無是處，就是冗余而已。這個(gè)系統(tǒng)能讓飛機(jī)在航空母艦的甲板上降落，干得遠(yuǎn)遠(yuǎn)比人類出色。她說：“它會(huì)調(diào)整航向、空速和飛行高度，干得比我快多了?！?/p>

計(jì)算機(jī)在那些分秒必爭(zhēng)的操作上占有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檠劬Φ酱竽X的聯(lián)絡(luò)比傳感器到處理器的傳輸來得慢。“從你見到需要做出反應(yīng)的刺激物那一刻，再到你真正行動(dòng)的時(shí)刻，最好的情況下也要半秒鐘?！彼f道。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)只需幾毫秒就能偵測(cè)到傳感器發(fā)出的信號(hào)，再做出行動(dòng)，“人類跟不上計(jì)算機(jī)的速度?！?/p>

控制美國軍用無人機(jī)的經(jīng)歷確證了這一點(diǎn)——隨著無人機(jī)變得越來越自主化，墜機(jī)概率有顯著下降。尤其是在墜機(jī)事故頻繁發(fā)生時(shí)，靠著防止人類飛行員控制無人機(jī)起飛與降落這一招，實(shí)現(xiàn)情況的改善?！捌痫w與降落差不多是最高工作量的飛行經(jīng)歷。”卡明斯說道。在所有造成傷亡的空難事故中，差不多有一半發(fā)生在起飛與降落這兩個(gè)飛行階段。

那么，無人駕駛的客機(jī)距離我們還有多遠(yuǎn)呢？呃，一架這樣的飛機(jī)早已存在，或者勉強(qiáng)算是吧。英國宇航系統(tǒng)公司運(yùn)行的一架無人駕駛 “噴氣流”客機(jī)已經(jīng)飛行過800公里的行程，為的是觀察它如何與其他飛機(jī)及航空交通管制員互動(dòng)——然而，這架飛機(jī)上仍然載有機(jī)組人員，只為以防萬一。

“噴氣流”飛機(jī)上包括了一套聰敏的飛行管理系統(tǒng)“空域融合處理器”（AIP），它或許是無人駕駛飛機(jī)會(huì)需要的機(jī)器智能的開端。AIP采用無線電、雷達(dá)和基于攝像頭的傳感器來避免相撞，通過衛(wèi)星與地面飛行員進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。給定目的地坐標(biāo)后，AIP能計(jì)劃好沿途停靠點(diǎn)，設(shè)計(jì)好路線，并且會(huì)考慮到危險(xiǎn)的天氣與空中交通的限制，英國宇航系統(tǒng)公司的飛行工程師羅德·布坎南（Rod Buchanan）如此說道。

無人駕駛飛機(jī)進(jìn)化史

客運(yùn)仍有待時(shí)日

一個(gè)多世紀(jì)以來，工程師一直在測(cè)試設(shè)計(jì)成能夠自動(dòng)飛行的飛行器。

1913年12月，奧維爾·萊特演示了簡陋的、采用擺錘的“自動(dòng)飛行”系統(tǒng)。

1914年6月，勞倫斯·斯佩里在一場(chǎng)航空安全比賽中爬上雙翼飛機(jī)的機(jī)翼，展示陀螺自動(dòng)駕駛儀。

1917年5月，斯佩里委托建造六枚可編程的飛彈。

1931年12月，美國商務(wù)部為客運(yùn)飛行中自動(dòng)飛行裝置的使用頒發(fā)許可令。

1944年6月，同盟國空軍啟動(dòng)“阿佛洛狄忒”計(jì)劃，準(zhǔn)備用B-17無人駕駛轟炸機(jī)襲擊德國境內(nèi)的目標(biāo)。

1944年8月，無線電控制的B-17飛機(jī)墜毀，險(xiǎn)些擊中英國伊普斯威奇小鎮(zhèn)。另一架飛機(jī)墜落于瑞典。

1947年10月，首次有飛行器完全在自動(dòng)駕駛儀控制的條件下飛越大西洋。

1952年6月，工程師測(cè)試從地面上控制B-25轟炸機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

1994年3月，俄羅斯航空593號(hào)班機(jī)在飛行員的子女意外地關(guān)閉自動(dòng)駕駛系統(tǒng)后墜毀。

2001年4月，無載人的全球鷹無人駕駛飛機(jī)從美國不間斷地飛行至澳大利亞，中途沒有加過燃油。

2013年7月，X47-B無人機(jī)首次自主降落于航空母艦上。

2013年12月，美國舉行聽證會(huì)，調(diào)查過度依賴自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是否導(dǎo)致空難。

2014年4月，國防高等研究計(jì)劃署宣布，“機(jī)組工作駕駛艙內(nèi)自主化系統(tǒng)”最高能替代五名機(jī)組成員。

縱然有這些進(jìn)展，也不太可能有客運(yùn)航空公司會(huì)率先引進(jìn)無人駕駛飛機(jī)?？魉蛊谕?lián)邦快遞、UPS這些貨運(yùn)公司會(huì)成為第一批將兩名飛行員減少為一名飛行員的飛機(jī)運(yùn)營商?？瓦\(yùn)航空公司與這些貨運(yùn)公司使用相同的飛機(jī)，只不過那些飛機(jī)上沒有載客。這樣就允許相關(guān)技術(shù)在那些飛機(jī)上得到測(cè)試。假如那種做法證明是安全的，我們能期待見到貨運(yùn)航空公司到2035年左右完全舍棄機(jī)組人員，她提議道。作為替代措施，以航空公司總部為基地的飛行員會(huì)通過衛(wèi)星監(jiān)視一支貨運(yùn)飛機(jī)機(jī)隊(duì)，準(zhǔn)備在出現(xiàn)任何故障時(shí)承擔(dān)控制任務(wù)。

但飛行自動(dòng)化技術(shù)能提前獲得成功。研究者相信，由于電推進(jìn)及智能飛行控制領(lǐng)域的快速發(fā)展，飛行汽車或者“個(gè)人飛行器（PAVs）”出現(xiàn)的時(shí)間也許最終會(huì)很近，商業(yè)成功的關(guān)鍵會(huì)是完全自動(dòng)化。畢竟，學(xué)習(xí)駕駛飛機(jī)要花費(fèi)幾千英鎊，假如我們中有眾多人要安全地駕駛個(gè)人飛行器在擁擠的天空中飛翔，我們會(huì)需要有臺(tái)計(jì)算機(jī)來掌舵。“你沒法一方面讓空中出現(xiàn)如今的道路交通量，一方面卻仍然手工進(jìn)行飛行控制。”英國利物浦大學(xué)的工程師麥克·江普（Mike Jump）說道，他參與了 MyCopter項(xiàng)目，該項(xiàng)目在為一種垂直起飛的個(gè)人飛行器構(gòu)建自動(dòng)化軟件。他預(yù)測(cè)飛行汽車在2025年能垂直起飛。

毫無疑問，自動(dòng)化對(duì)于航空運(yùn)營商充滿吸引力：繼燃油之后，員工是航空業(yè)的又一項(xiàng)主要開支。資深飛行員的年薪超過24萬美元，需要定期培訓(xùn)和進(jìn)修課程，此外還有醫(yī)療保健與養(yǎng)老金等福利。他們可以在空中度過的時(shí)間也受到嚴(yán)格管控?！皺C(jī)組人員有物質(zhì)需求，嚴(yán)格的工作周期和有限的飛行時(shí)間?！庇嘉拇勾髮W(xué)的航空顧問多諾·威爾遜（Donough Wilson）說道。

自動(dòng)化意味著更佳的燃油經(jīng)濟(jì)性，卡明斯說道——自動(dòng)飛行系統(tǒng)不會(huì)偏離最佳航線，也就不會(huì)需要用額外燃料回到正常航線上。對(duì)于航空公司的盈虧一覽結(jié)算線有利，對(duì)環(huán)境有利，也有助于調(diào)低機(jī)票價(jià)格，能讓乘客獲益。并且，假如無人駕駛飛機(jī)能有助于降低航班之間的周轉(zhuǎn)時(shí)間，或許也對(duì)減少航班延誤略有助益。飛機(jī)制造商甚至可以重新考慮布局?！盁o需把飛行員安置在機(jī)頭上方，也就無需遵從目前的飛機(jī)設(shè)計(jì)方案?！蓖栠d說道。取消駕駛艙能夠向乘客提供通常只有飛行員才能享受到的視野。

當(dāng)然，對(duì)于完全自動(dòng)化最大的憂慮是假如系統(tǒng)出了故障，機(jī)上又沒有飛行員來操控飛機(jī)的話，會(huì)發(fā)生什么事。比如說，人工智能“飛行員”不太可能做出2009年1月切斯利·薩倫伯格（Chesley Sullenberger）在哈德遜河上迫降那樣古怪但卻絕妙的決定，當(dāng)時(shí)薩倫伯格的飛機(jī)在紐約上空引擎出了故障，而他的決定避免了傷亡。布萊恩特·沃克·史密斯（Bryant Walker Smith）的說法是大概不會(huì)，但航空公司也許準(zhǔn)備好接受這種奇特事故的風(fēng)險(xiǎn)了。史密斯是一名在南卡羅來納大學(xué)哥倫比亞分校研究風(fēng)險(xiǎn)與技術(shù)的律師?！凹偃缱詣?dòng)化最終成功地減少了空難與受傷人數(shù)的數(shù)量與嚴(yán)重程度，那么就算制造商要給更多份額的空難負(fù)責(zé)，實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)暴露興許也不會(huì)更高。”他說道。

但飛行員不太可能會(huì)未經(jīng)抗?fàn)幘妥屪约罕患夹g(shù)取代。“我們將會(huì)只能建造彈力無人駕駛飛機(jī)，同時(shí)我們能復(fù)制人類的知覺、意識(shí)、預(yù)測(cè)能力到機(jī)器里，”德·克雷皮尼，“在那之前，唯一有機(jī)會(huì)拯救人類的是飛行員而已?！?/p>

英國航空飛行員協(xié)會(huì)的發(fā)言人理查德·圖默（Richard Toomer）贊同道：“乘客們想要知道他們的命運(yùn)掌握在兩名受過良好培訓(xùn)、休息良好的飛行員手中。我們不容看見這種情況在日后任何時(shí)候有所改變。”

然而隨著無人駕駛的汽車預(yù)計(jì)不久后就會(huì)駛上公路，人們也許會(huì)對(duì)完全自動(dòng)化的交通工具這個(gè)想法覺得越來越舒服——卡明斯說她在一項(xiàng)近期的調(diào)查中見到一些證據(jù)。不過她也承認(rèn)許多人會(huì)不情愿接受無人駕駛飛機(jī)。“從兩名飛行員變成一名飛行員會(huì)比由一名變成零名容易?！彼f道。這是一項(xiàng)同時(shí)會(huì)面對(duì)規(guī)章阻力與文化阻力的技術(shù)挑戰(zhàn)。

那種文化阻力的根源很深，倫敦皇家自由醫(yī)院的臨床心理學(xué)家羅伯特·博爾（Robert Bor）說道，他的專長是航空心理學(xué)?！皻w根結(jié)底，是一種沒有掌控局面的原始恐懼?！背丝蛡兿胍姷揭幻心芰Φ娜苏乒茱w機(jī)——假如出了故障，這個(gè)人失去的會(huì)與乘客們一樣多。盡管飛行員們承認(rèn)自己常常只是監(jiān)視著自動(dòng)化系統(tǒng)，博爾爭(zhēng)辯說乘客們?nèi)匀粚w行員視為“在壓力下保持冷靜、身著制服的人，為了我們的利益努力控制好飛機(jī)，與機(jī)遇搏斗?！笨魉官澩@種說法，“在艦橋上見到一名詹姆斯·T.柯克（《星際旅行》中的主角）式人物的需要是很強(qiáng)烈的?！?/p>

博爾說，一切都會(huì)取決于航空工業(yè)展示無人駕駛飛機(jī)擁有比普通飛機(jī)同樣或者更好的安全水平。那么，他會(huì)乘坐由機(jī)器駕駛的飛機(jī)嗎？“我會(huì)需要從廣泛的實(shí)驗(yàn)中獲得清楚的證據(jù)，表明它是安全的，”博爾說，“但如果別人告訴我明天只有一名人在地面上的飛行員，我會(huì)憂心忡忡吧。我會(huì)覺得這是強(qiáng)行推銷。 ”

[資料來源：New Scientist][責(zé)任編輯：彥 隱]

本文作者保羅·馬科斯（Paul Marks），《新科學(xué)家》雜志的資深技術(shù)領(lǐng)域撰稿人。