無人機(jī)緣何頻頻墜落

張亦馳

2015年7月3日下午1點(diǎn)30分左右，一架無人機(jī)在巴基斯坦靠近印度邊境的旁遮普省納羅瓦地區(qū)墜毀。巴基斯坦安全部隊(duì)接到飛機(jī)墜毀的消息后，立即趕赴墜毀地點(diǎn)，扣押了墜毀飛機(jī)殘骸。就在這件事情發(fā)生后不久，中國深圳一架“大疆”民用無人機(jī)從高空墜落。接連發(fā)生的無人機(jī)墜落事件引發(fā)各界關(guān)注。實(shí)際上，無人機(jī)墜落并不是一件新鮮事。近幾年，美國的無人機(jī)就沒少掉，但是無人機(jī)的事故率呈逐年下降的趨勢，并逐漸和戰(zhàn)斗機(jī)事故率持平。人們或許會問，無人機(jī)事故率到底有多高，它為何頻頻墜落？

無人機(jī)事故何其多

目前，使用無人機(jī)數(shù)量最多、累計(jì)操縱時(shí)間最長、經(jīng)驗(yàn)最豐富的當(dāng)屬美軍。當(dāng)然其無人機(jī)的事故也是最多的，也最具典型性。那么，美國的無人機(jī)，究竟有多容易摔呢？2014年6月20日，美國《華盛頓郵報(bào)》刊發(fā)了一組詳細(xì)研究美國美軍無人機(jī)事故的文章。該文梳理的美國軍方報(bào)告顯示，自2001年9月至2013年底，美軍無人機(jī)共發(fā)生418起重大墜毀事故。（這還沒算上美國中央情報(bào)局（CIA）暗中操作的無人機(jī)。CIA在海外擁有自己獨(dú)立的無人機(jī)機(jī)群，包括約30架察打一體的“捕食者”、“收割者”無人機(jī)和更為先進(jìn)的RQ-170“哨兵”隱身無人偵察機(jī)。2011年12月被伊朗繳獲的那架無人機(jī)就是CIA的“哨兵”。）《華盛頓郵報(bào)》稱，這一數(shù)字和同一時(shí)期美軍有人駕駛飛機(jī)的事故相當(dāng)，而從事故率上看，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有人駕駛飛機(jī)。

墜落在伊拉克某處房頂上的美軍無人機(jī)

目前，美國軍方將A、B兩級事故歸為“重大事故”。A級事故定義為：造成飛機(jī)徹底摧毀，或根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，造成至少200萬美元的財(cái)產(chǎn)損失。B級事故定義為：造成損失介于50萬至200萬美元間的事故。在418起無人機(jī)重大事故中，194起屬于A類事故，另外224起屬于B類事故。這里要說明的是，2010財(cái)年前的A級事故門檻為100萬美元，B級事故損失在20萬美元到100萬美元之間，所以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是“漲價(jià)”后的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，美國的A級事故標(biāo)準(zhǔn)中，還包括了對人員造成致命性傷害以及永久性的喪失勞動(dòng)力，不過上述無人機(jī)事故并未導(dǎo)致這種后果。

沖上沙灘的無人機(jī)殘骸

美國《華盛頓郵報(bào)》稱，美國空軍的無人機(jī)中，“捕食者”墜機(jī)更為頻繁，在其入役的最初時(shí)期，墜毀率一直居高不下，每10萬小時(shí)就發(fā)生13.7起A類事故。這可能還是一個(gè)保守的數(shù)據(jù)。美國《空軍時(shí)報(bào)》2003年2月10日的一篇報(bào)道稱， 2002財(cái)年（2001年10月1日到2002年9月30日），美國空軍“捕食者”無人機(jī)共飛行4576小時(shí)，因事故損毀5架。按照美國國防部當(dāng)時(shí)評定A級飛行事故的標(biāo)準(zhǔn)（經(jīng)濟(jì)損失超過100萬美元，當(dāng)時(shí)每架捕食者的單價(jià)為380萬美元），該機(jī)在2002財(cái)年的10萬小時(shí)A級事故率為45.3，而這一財(cái)年美國空軍的有人駕駛飛機(jī)的10萬小時(shí)A級飛行事故率為1.52。也就是說，“捕食者”無人機(jī)的A級事故萬事率是有人駕駛飛機(jī)的近30倍！報(bào)道稱，自1997年“捕食者”無人機(jī)開始執(zhí)行作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)以來，到2002財(cái)年，美國空軍的“捕食者”無人機(jī)共飛行31 503小時(shí)，因事故損毀13架，10萬小時(shí)A級飛行事故率為41.3。美國空軍空軍共采購了269架“捕食者”，其中，40%已在A類事故中墜毀，另有8%在B類事故中毀壞。也就是說，一半的“捕食者”都摔了。

如果說“捕食者”還不能充分說明問題，那么再來看看美國陸軍的無人機(jī)事故。2013年6月，美陸軍安全官員發(fā)布公告指出，9個(gè)月的時(shí)間里，陸軍無人機(jī)墜毀率是陸軍有人駕駛飛機(jī)的10倍，實(shí)際數(shù)字還要大得多。約55%的“獵人”無人機(jī)在訓(xùn)練和作戰(zhàn)行動(dòng)中，因各種原因失事，至少38%的“影子”無人機(jī)也曾發(fā)生重大事故。

當(dāng)然，需要看到的是，隨著技術(shù)和操作經(jīng)驗(yàn)的日趨成熟，無人機(jī)的事故率也呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢。2009年以來，“捕食者”的A級事故率下降到每飛行10萬小時(shí)發(fā)生4.79起。據(jù)AVNEWS網(wǎng)站報(bào)道，“捕食者”的事故率（均按10萬飛行小時(shí)計(jì)），由1997年113下降到2012年的3.7;RQ-4“全球鷹”的事故率由1998年383下降到2012年的2.5。與之相比，同期F-16的事故率為3.3，說明“全球鷹”、“捕食者”等無人機(jī)的事故率已經(jīng)下降到與F-16的大致相當(dāng)?shù)乃?。《華盛頓郵報(bào)》的數(shù)據(jù)也顯示，在2008年到2013年間，“收割者”無人機(jī)A級事故率為每10萬小時(shí)3.17起，接近美軍方為F-16和F-15兩種戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)定的事故標(biāo)準(zhǔn)。這兩型戰(zhàn)機(jī)的10萬小時(shí)A級事故率分別為1.96和1.47起。上述數(shù)據(jù)由于來源不同，略有出入，但是總的趨勢是一致的。從這些數(shù)據(jù)來看，無人機(jī)大規(guī)模服役的初期，事故率出奇的高，而隨著技術(shù)的完善和操作經(jīng)驗(yàn)的豐富，目前的無人機(jī)事故率已經(jīng)接近有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)的水平。無人機(jī)總體上事故率較高，一個(gè)重要原因是使用早期的事故率太高，拉高了平均的事故率。不過總體來看，無人機(jī)的事故率和有人駕駛的飛機(jī)中除戰(zhàn)斗機(jī)以外的其他機(jī)型相比，仍然是偏高的。

無人機(jī)事故緣何多

無人機(jī)高事故率緣于其設(shè)計(jì)和操縱以及人機(jī)耦合之間存在很多先天缺陷，這種固有缺陷在短時(shí)間內(nèi)很難彌補(bǔ)。

技術(shù)原因是無人機(jī)墜毀的主要因素。美空軍2000-2012年無人機(jī)A級事故原因顯示，飛行器機(jī)械原因46起，占56.1%。受成本、空間等限制，成本、重量、功能等因素得到了比可靠性更高的重視，因此，原材料、元器件的選用，冗余系統(tǒng)的應(yīng)用等都受到限制，并會簡化安全余度設(shè)計(jì)，使無人機(jī)，特別是早期的無人機(jī)可靠性較低。例如，“捕食者”的可變槳距螺旋槳故障率很高，且沒有備份。在“持久自由”和“伊拉克自由”行動(dòng)的4年半時(shí)間里，美軍無人機(jī)共發(fā)生199起不同等級的事故，其中65%由部件故障造成。2009年，美軍共有18起“捕食者”和“收割者”無人機(jī)墜毀事故。其中14起由機(jī)械和電氣故障造成。美空軍2000-2012年無人機(jī)的A級事故中，發(fā)動(dòng)機(jī)、電源和飛控系統(tǒng)故障造成的事故，分別為20起、11起和10起。這些事故主要是由于上述三個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)缺乏余度。尤其是電源故障的危害具有擴(kuò)散性，會殃及其他系統(tǒng)。2009 年4月20日，一架“捕食者”無人機(jī)由于電源線短路，造成機(jī)上電子設(shè)備失效，無人機(jī)與地面控制站失去通信聯(lián)系，最終墜毀在作戰(zhàn)區(qū)域。

操作失誤是另一個(gè)主要原因。和駕駛有人駕駛飛機(jī)一樣，無人機(jī)操作員必須經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練，取得資格后，才能實(shí)際操作。即便如此，因操作失誤造成的事故還是頻頻發(fā)生。美空軍2000-2012年無人機(jī)A級事故中，由人為因素導(dǎo)致的共19起，占總數(shù)的23.2%。和有人駕駛飛機(jī)相同，起降階段是無人機(jī)最容易發(fā)生事故的階段。《華盛頓郵報(bào)》的報(bào)道稱，美國無人機(jī)操作員經(jīng)常會犯的錯(cuò)誤是，忘了打開穩(wěn)定增益系統(tǒng)。在至少5起墜機(jī)事故中，操作員忘了打開該系統(tǒng)或不小心關(guān)閉了該系統(tǒng)。2010年8月16日，一位操作員操作一架“捕食者”從伊拉克巴拉德空軍基地起飛時(shí)，不小心關(guān)閉了增穩(wěn)系統(tǒng)。操作員面前的顯示器上的紅色警示燈一直閃爍不停，但他卻“視而不見”。據(jù)稱，2009至2012年間發(fā)生的4起墜機(jī)事故均源于此。值得關(guān)注的一個(gè)有意思的現(xiàn)象是，有人駕駛飛機(jī)事故大約60%到80%是由飛行員誤操作引起的，而對于無人機(jī)而言，操縱失誤所占比重卻“屈居第二”。這其中一個(gè)重要原因在于，無人機(jī)自主性相對較高，對人的依賴較小，而且無人機(jī)很少做復(fù)雜動(dòng)作。

第三個(gè)重要原因是通信中斷問題。無人機(jī)主要依靠無線傳輸進(jìn)行導(dǎo)航和控制，但這些通信鏈接容易因各種形式的干擾而中斷。通常情況下，短時(shí)間中斷與無人機(jī)的通信不會造成任何損害。出現(xiàn)這種情況時(shí)，無人機(jī)通常會根據(jù)程序在某一空域飛行，直到通信恢復(fù)。在無法重新建立聯(lián)系的情況下，無人機(jī)會自動(dòng)返回基地。但實(shí)際情況往往與設(shè)想的有較大差距。2008年7月21日，3架“捕食者”在阿富汗上空正飛行時(shí)，地面控制站突然斷電。幾分鐘后電力恢復(fù)，但其中一架無人機(jī)卻再也沒能回來。

人機(jī)分離操作難

飛機(jī)上的傳感器無法代替人的眼睛、耳朵和前庭感知系統(tǒng)。人機(jī)分離導(dǎo)致飛行員的感知缺失。操作員位于地面，無法感受無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)，操縱起來自然沒有在飛機(jī)座艙里那樣精確。雖然這一問題可以通過使用帶有反饋的座椅得到部分解決，但這無法代替飛行員坐在飛機(jī)內(nèi)的感覺。人機(jī)分離還會導(dǎo)致在地面遙控的飛行員缺乏“情景意識”。例如，有人機(jī)飛行員能通過身體感受到所遇到的湍流并對其嚴(yán)重程度進(jìn)行評估，而無人機(jī)操作人員就做不到。

無人機(jī)系通過地面人員由無線電系統(tǒng)遙控，導(dǎo)致人——機(jī)系統(tǒng)延遲成倍增大。當(dāng)無人機(jī)操作人員輸入一個(gè)修正量后，較大的系統(tǒng)延遲會使其產(chǎn)生飛機(jī)“沒動(dòng)靜”的感覺，從而再次對無人機(jī)進(jìn)行修正。而這時(shí)候飛機(jī)才剛剛做出響應(yīng)，無人機(jī)操作人員會發(fā)現(xiàn)剛剛的修正過量了，然后向相反的方向進(jìn)行操作。這樣反反復(fù)復(fù)進(jìn)行的修正動(dòng)作會使無人機(jī)上下振蕩、左右搖擺，并很難改出。三代機(jī)在起降階段因?yàn)槿藱C(jī)耦合振蕩損失的飛機(jī)不少。而對于無人機(jī)而言，這一問題會更加嚴(yán)重。在出現(xiàn)突發(fā)情況和無人機(jī)的起降階段，容易出現(xiàn)這種由系統(tǒng)延遲而帶來的問題。2000年10月4日，一架RQ-1無人機(jī)完成自動(dòng)著陸訓(xùn)練后，操作人員開始對無人機(jī)和地面站進(jìn)行重新配置，以進(jìn)行光電球跟蹤測試。這時(shí)候，無人機(jī)突然停止向地面站發(fā)送圖像信息，并對飛行員的操縱沒有任何響應(yīng)。無人機(jī)開始圍繞著其左側(cè)機(jī)翼上的一點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，隨后進(jìn)入一連串的失速、改平，然后又失速再改平的動(dòng)作過程，最終以機(jī)頭上仰的姿態(tài)墜地。事后調(diào)查認(rèn)為，地面控制站沒有給無人機(jī)操縱人員的座椅提供足夠的反饋信息，導(dǎo)致其操縱過量是事故的重要原因之一。這實(shí)際上就是無人機(jī)操縱人員的運(yùn)動(dòng)感知缺失外加操縱延遲的雙重效應(yīng)導(dǎo)致的事故。

此外，無人機(jī)人機(jī)分離的操縱方式使飛行器上缺少了監(jiān)控，在故障情況下操縱人員難以進(jìn)行主動(dòng)處置。這使得無人機(jī)從出現(xiàn)故障征兆到發(fā)生事故之間的時(shí)間比有人機(jī)短得多。美軍一位無人機(jī)操作員曾指出，“捕食者”的許多A級事故，從得到故障指示到飛機(jī)損毀，操作員只有10-14秒的反應(yīng)時(shí)間。2002年5月17日，一架“捕食者”無人機(jī)在預(yù)定任務(wù)中包含一項(xiàng)利用“斷鏈恢復(fù)軌跡點(diǎn)”進(jìn)行兩個(gè)地面站自動(dòng)交接的任務(wù)。完成斷鏈恢復(fù)后幾分鐘，無人機(jī)偏離了正常飛行狀態(tài)。地面人員幾次試圖重獲對無人機(jī)的控制，但均不成功。在其無奈地選擇切斷無人機(jī)與地面站的鏈路，由機(jī)載飛行計(jì)算機(jī)控制無人機(jī)飛行后，無人機(jī)仍然沒能恢復(fù)正常的飛行狀態(tài)，最終墜毀。當(dāng)然，這次事故的直接原因是通信鏈路的問題，但該事故與地面人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障采取針對性的措施不無關(guān)系。這種故障如果發(fā)生在有人機(jī)上，就可能通過飛行員的操縱而進(jìn)行彌補(bǔ)。

另外，美國空軍無人機(jī)頻出故障，還有體制和文化方面的原因。美國空軍對無人機(jī)操作員的要求最為苛刻，長久以來，只有軍官才有資格操作空軍裝備的無人機(jī)，而且必須是飛行經(jīng)驗(yàn)豐富的有人駕駛飛機(jī)的飛行員。但是這些軍官將不再享受飛行津貼，職務(wù)升遷機(jī)會也受到了限制。大部分飛行員雖然能夠順利轉(zhuǎn)向無人機(jī)部隊(duì)，但是作為一名無人機(jī)操作員，各種待遇卻隨之下降。他們既失去了飛行機(jī)會又失去了飛行補(bǔ)貼。雖然不在空中飛行，無人機(jī)操作員仍要承受長時(shí)間的工作壓力，他們感覺受到了國家的慢待。這使得空軍戰(zhàn)斗機(jī)飛行員和運(yùn)輸機(jī)飛行員都不愿意改行操縱無人機(jī)。近幾年，在美國國會的持續(xù)施壓之下，美國空軍被迫同意讓不是飛行員的軍官擔(dān)任無人機(jī)操作員，但這些軍官也面臨著這個(gè)問題。當(dāng)然，美國空軍的政策也在進(jìn)行不斷地修正。為解決這些矛盾，美國空軍決定為無人機(jī)操作員發(fā)放同樣的飛行津貼，而且規(guī)定擔(dān)任無人機(jī)操作員2至3年后的人員可以返回飛行聯(lián)隊(duì)繼續(xù)駕駛“真正”的飛機(jī)。去年，空軍正式將無人機(jī)確定為獨(dú)立“兵種”，擁有了正式的軍事崗位名稱。

責(zé)任編輯：邢強(qiáng)