國外軍用無人機(jī)事故分析與啟示

陳俊鋒，周磊

中國人民解放軍92728部隊

本文主要介紹美軍軍用無人機(jī)事故等級認(rèn)定方法，針對國外大中型軍用無人機(jī)嚴(yán)重事故，對歷年事故數(shù)量和發(fā)生時機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計與分析，總結(jié)主要原因，并借鑒國外降低無人機(jī)事故率的措施，提出降低我國軍用無人機(jī)事故率的一些建議。

無人機(jī)具有成本低、機(jī)上無人、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來任務(wù)領(lǐng)域不斷拓展，正逐漸替代有人機(jī)，成為遂行偵察監(jiān)視、通信中繼、火力打擊等枯燥、危險軍事任務(wù)的主力裝備。但隨著使用強(qiáng)度增大，無人機(jī)事故數(shù)量居高不下，直接影響了任務(wù)成功率。本文主要依據(jù)公開數(shù)據(jù)，以造成重大影響的外軍無人機(jī)嚴(yán)重事故，即達(dá)到美軍A類標(biāo)準(zhǔn)的事故為研究對象，分析事故發(fā)生的時機(jī)和主要原因。

國外軍用無人機(jī)事故等級認(rèn)定方法

國外無人機(jī)事故多依據(jù)造成的經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯藛T的附加傷亡進(jìn)行等級認(rèn)定，如美海軍根據(jù)事故導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡情況，將無人機(jī)事故劃分為4個等級，如表1所示。

表1 美海軍無人機(jī)事故等級認(rèn)定方法。

國外軍用無人機(jī)嚴(yán)重事故統(tǒng)計與原因分析

事故數(shù)量

根據(jù)英國咨詢機(jī)構(gòu)無人機(jī)戰(zhàn)爭（DRONE WARS）統(tǒng)計，外軍無人機(jī)2007～2019年共發(fā)生嚴(yán)重事故322起，其中美國227起，占總數(shù)的70.5%，如表2所示。

表2 國外軍用無人機(jī)嚴(yán)重事故數(shù)量統(tǒng)計表。

2015年之前，美軍無人機(jī)每年嚴(yán)重事故數(shù)量顯著高于其它國家，且較為穩(wěn)定，這與美軍無人機(jī)歷來較高的使用強(qiáng)度有關(guān)；2008年之后，隨著其它國家無人機(jī)大量列裝和使用強(qiáng)度不斷增大，嚴(yán)重事故總體呈上升趨勢，如圖1所示。

圖1 國外軍用無人機(jī)歷年嚴(yán)重事故數(shù)量統(tǒng)計。

此外，咨詢機(jī)構(gòu)無人機(jī)戰(zhàn)爭的資料顯示，中美軍無人機(jī)嚴(yán)重事故數(shù)量自2016年起大幅減少，2011～2015年的年平均嚴(yán)重事故數(shù)量23.8起，分析其主要原因是2016年起美軍無人機(jī)嚴(yán)重事故相關(guān)報道顯著減少，但實(shí)際每年嚴(yán)重事故數(shù)量并未顯著減少。

事故機(jī)型

除14起嚴(yán)重事故未公開機(jī)型外，其余嚴(yán)重事故共涉及31型無人機(jī)見圖2。其中，MQ-1系列包括MQ-1、MQ-1B、MQ-1C、MQ-1L共130起，MQ-9系列包括MQ-9、MQ-9A共59起，MQ-5包括MQ-5A、MQ-5B共19起，三型機(jī)嚴(yán)重事故共占比64.6%。

圖2 事故機(jī)型統(tǒng)計。

事故發(fā)生的時機(jī)

按事故發(fā)生的時機(jī)劃分，發(fā)生在滑行階段4起、起飛階段22起、飛行階段187起、降落階段52起，未公開57起。在事故時機(jī)被公開的265起事故中，各階段事故數(shù)占比詳見圖3。

圖3 各飛行階段事故數(shù)量占比。

事故原因

在嚴(yán)重事故原因被公開的186起事故中，共有撞擊異物、天氣因素、被擊落或疑似被擊落、人為因素、系統(tǒng)故障或缺陷等5類事故原因。其中，撞擊異物2起、天氣因素8起、人為因素20起、被擊落或疑似被擊落25起、系統(tǒng)故障或缺陷131起（其中，軟件缺陷3起、航電設(shè)備故障7起、電氣器件故障20起、鏈路失效27起、機(jī)械部件故障36起、發(fā)動機(jī)故障38起），詳見圖4。

圖4 嚴(yán)重事故原因占比統(tǒng)計。

在起飛階段，人為因素和鏈路失效是造成嚴(yán)重事故的主要原因；在飛行階段，除被擊落或疑似被擊落外，機(jī)械部件故障、發(fā)動機(jī)故障、鏈路失效或電氣器件故障是導(dǎo)致嚴(yán)重事故的主要原因；在降落階段，人為因素、發(fā)動機(jī)故障和機(jī)械部件故障是引發(fā)嚴(yán)重事故的主要原因，如表3和圖5所示。

表3 各飛行階段的嚴(yán)重事故原因統(tǒng)計表。

圖5 各飛行階段中嚴(yán)重事故原因占比統(tǒng)計。

通過統(tǒng)計與分析國外軍用無人機(jī)嚴(yán)重事故，可形成如下結(jié)論。

一是嚴(yán)重事故數(shù)量與使用強(qiáng)度成正比。美軍MQ-1、MQ-9、MQ-5等機(jī)型在中東等地長期服役，因此其嚴(yán)重事故數(shù)量較高，暴露出大量設(shè)計缺陷；其他國家無人機(jī)隨著使用強(qiáng)度增大，年嚴(yán)重事故數(shù)量也呈上升趨勢；

二是嚴(yán)重事故主要原因為系統(tǒng)故障或缺陷。系統(tǒng)故障或缺陷導(dǎo)致的嚴(yán)重事故共占70.43%，其中主要故障或缺陷包括發(fā)動機(jī)故障、機(jī)械部件故障、鏈路失效和電氣器件故障。因此，提高無人機(jī)機(jī)電系統(tǒng)可靠性可顯著降低無人機(jī)嚴(yán)重事故率；

三是起降階段的嚴(yán)重事故主要由人為因素造成。無人機(jī)起降階段環(huán)境較復(fù)雜，如誤操控或遇突發(fā)情況，對無人機(jī)操控員反應(yīng)能力和指揮員決策能力要求更高。雖然通過嚴(yán)格訓(xùn)練或采用人機(jī)工效設(shè)計可以在一定程度上減少誤操控，但人為因素引發(fā)無人機(jī)嚴(yán)重事故的深層次原因是，無人機(jī)操控員對飛行態(tài)勢缺乏直接感知手段，應(yīng)急處置過程中心理壓力大。

國外采取的措施

為進(jìn)一步降低無人機(jī)事故率，提高無人機(jī)任務(wù)完成率，國外主要從安全性設(shè)計、人員培訓(xùn)、態(tài)勢感知等方面進(jìn)行改進(jìn)和提升。

（1）加強(qiáng)無人機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計

無人機(jī)安全性受可靠性、故障監(jiān)測與健康管理等多種因素制約。美軍在加強(qiáng)無人機(jī)安全性設(shè)計，提升動力系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軟件等可靠性的同時，還大力發(fā)展無人機(jī)故障告警、預(yù)測與健康管理技術(shù)，提升無人機(jī)故障診斷與自修復(fù)能力。

（2）高度重視故障應(yīng)急處置培訓(xùn)

美軍無人機(jī)專業(yè)人員培訓(xùn)主要由院校、基地和部隊承擔(dān)。院校主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識培訓(xùn)，基地主要負(fù)責(zé)無人機(jī)技術(shù)、操控技能和裝備保障技能等相應(yīng)任職培訓(xùn)，部隊主要負(fù)責(zé)改裝培訓(xùn)。美軍除在基地任職培訓(xùn)和部隊改裝培訓(xùn)中重視故障應(yīng)急處置培訓(xùn)外，還通過完善無人機(jī)特情處置條例，改進(jìn)無人機(jī)操控員訓(xùn)練方法，建設(shè)模擬訓(xùn)練體系，加強(qiáng)特情處置訓(xùn)練等辦法，提高操控員特情處置能力。

（3）提升無人機(jī)自主性

無人機(jī)續(xù)航時間長，操控員需長時間連續(xù)工作，如“捕食者”無人機(jī)在任務(wù)區(qū)的每架次平均工作時間為20～22h，操控員經(jīng)?？鐣円惯B續(xù)工作，每架次工作時長通常在10h以上。為降低無人機(jī)操控員工作負(fù)擔(dān)，美軍在無人機(jī)系統(tǒng)中大量采用自主化和智能化技術(shù)，提升無人機(jī)自主飛行能力，通過人機(jī)合理分工，最大限度減少人為失誤。

（4）改善人機(jī)操控環(huán)境

相較有人機(jī)，無人機(jī)空中特情處置的難點(diǎn)在于，操控員對無人機(jī)飛行狀態(tài)和空中態(tài)勢感知不夠直接。為解決這一問題，美軍嘗試將虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)應(yīng)用于無人機(jī)地面控制站，提高無人機(jī)操控員感知能力和信息利用率，降低錯誤處置風(fēng)險。

（5）提高待遇并建立合理晉升模式

圖6 美空軍“敏捷禿鷹”吊艙增強(qiáng)了機(jī)載平臺態(tài)勢感知能力，減輕操控人員工作負(fù)擔(dān)。

特情處置對無人機(jī)操控人員經(jīng)驗、反應(yīng)、知識結(jié)構(gòu)等素質(zhì)要求很高。為保證無人機(jī)操控員隊伍穩(wěn)定，避免無人機(jī)技術(shù)骨干和人才流失，美軍采用提高無人機(jī)專業(yè)人員待遇如增加無人機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)專業(yè)人員的額外津貼、提升晉升空間、建立隊伍人員穩(wěn)定機(jī)制等措施，激勵經(jīng)驗豐富、反應(yīng)敏捷、知識復(fù)合型優(yōu)秀人才投身無人機(jī)建設(shè)，維護(hù)重要人才保有率。如近期晉升的41名無人機(jī)操控員中，15名被破格提前晉升為中校或者上校，遠(yuǎn)高于通常的提前晉升率4%。

圖7 美軍不斷提升無人機(jī)自主控制技術(shù)，減少人為失誤。

啟示與建議

一是提升現(xiàn)役無人機(jī)可靠性、降低故障率。無人機(jī)續(xù)航時間長，單架次飛行時間遠(yuǎn)大于有人機(jī)，對飛控、導(dǎo)航、測控等分系統(tǒng)的可靠性、冗余度要求更高。因此，應(yīng)充分應(yīng)用國內(nèi)現(xiàn)有成熟技術(shù)，提升無人機(jī)裝備的可靠性，避免出現(xiàn)故障；

二是加強(qiáng)模擬訓(xùn)練體系建設(shè)，提高人員故障處置水平。根據(jù)已有的事故情況，研制具有應(yīng)急處置訓(xùn)練功能的專用模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，針對性加強(qiáng)特情處置訓(xùn)練，提高無人機(jī)操控員的特情處置能力，降低操控員心理壓力；

三是提升人機(jī)功效、自主控制能力，降低操控員壓力。一方面，應(yīng)提高無人機(jī)的自主導(dǎo)航與控制、故障診斷與自修復(fù)重構(gòu)能力，在很大程度上能降低其對通信鏈路和地面系統(tǒng)的依賴程度，提高無人機(jī)在不確定環(huán)境和突發(fā)事件中的生存能力。另一方面，應(yīng)采用合理的人機(jī)分工。目前，大部分無人機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)功能分配已在系統(tǒng)設(shè)計之初被確定，而任務(wù)執(zhí)行過程中需針對人與系統(tǒng)的特性進(jìn)行動態(tài)功能分配，以最大限度減少人為失誤，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全可靠和高效的目標(biāo)；

四是應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)，開展無人機(jī)系統(tǒng)故障診斷預(yù)測工作。建立無人機(jī)裝備數(shù)據(jù)挖掘分析，故障預(yù)測研究，通過大數(shù)據(jù)挖掘分析，對無人機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測和診斷。針對現(xiàn)役無人機(jī)，運(yùn)用云診斷、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，建立故障模式分析庫，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測能力的提升；針對新研制的無人機(jī)，結(jié)合研制工作，開展故障診斷研究工作；

五是進(jìn)一步完善無人機(jī)操控員激勵機(jī)制。無人機(jī)空中應(yīng)急處置特別需要操控員豐富的經(jīng)驗和知識儲備。為保留經(jīng)驗豐富的無人機(jī)操控員，需配套無人機(jī)操控人員職業(yè)規(guī)劃路徑、激勵及待遇保障等方案，并完善激勵機(jī)制，解決無人機(jī)操控人員職業(yè)發(fā)展的后顧之憂?！?/p>