美國聯(lián)邦航空管理局空域分層規(guī)劃

比爾·凱利（華盛頓）

交通管理架構正變得越來越清晰，空域分為不同層級，各層空域中的航路相互交叉，各種小型無人機和未來城市空中運輸飛行器在不同空域層運行。但交通管理架構在略微不同的發(fā)展階段，空域中的航路交叉形式截然不同。

航空縮略語在不斷擴大，UAS代表無人機系統(tǒng),UTM代表無人機系統(tǒng)交通管理，UAM代表城市空中交通，AAM代表先進空中交通?，F(xiàn)在，先進空中交通具有更廣泛的內涵，已包括城市空中交通概念。

無人機系統(tǒng)交通管理和城市空中交通的共同屬性是，兩者均使用數(shù)字化流程和平臺、數(shù)據共享、自動化飛行規(guī)劃與執(zhí)行；兩者是一個聯(lián)合系統(tǒng)，涉及多個參與方。

空域分界線

美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）設想，距離地面高度120m（AGL）是無人機系統(tǒng)交通管理與城市空中交通/先進空中交通之間的空域分界線。

在距離地面高度120m以下空域，無人機系統(tǒng)服務提供商（USS）將與無人機操控員協(xié)同工作，并向操控員提供飛行規(guī)劃、空域授權、交通疏導和其他服務。

在距離地面高度120m以上空域即城市空中交通/先進空中交通空域，大型有人機和無人機在機場、垂直起降機場和短跑道之間的指定航路飛行，城市空中交通服務提供商（PSU）先與大型有人機建立通信，然后才會與無人機通信。

無人機系統(tǒng)交通管理發(fā)展

圖1 美國聯(lián)邦航空管理局城市空中交通概念圖，中間黑色虛線代表120m空域分界線。

2018年美國聯(lián)邦航空管理局發(fā)布了1.0版無人機系統(tǒng)交通管理運行概念文件，2020年3月發(fā)布了2.0版。2020年10月13日，在世界空中交通管理大會的一次論壇上，美國聯(lián)邦航空管理局無人機綜合辦公室執(zhí)行主任杰伊·梅克爾（Jay Merkle）介紹了低空空域下一步實施計劃。梅克爾表示，無人機系統(tǒng)交通管理現(xiàn)在的工作重點是，在120m以下空域引入無人機超視距飛行，即無人機在操控員視線外飛行?？沼蛟O計人員還將補充公共安全人員在該低空空域結構中的工作職責，并制定必要措施，以保護敏感軍事和國土安全設施免遭未經授權無人機的攻擊。

城市空中交通規(guī)劃

與無人機系統(tǒng)交通管理類似，城市空中交通是一種“基于社區(qū)”的聯(lián)合系統(tǒng)，由各飛行器運營商與多家城市空中交通服務提供商組成。

2020年6月，美國聯(lián)邦航空管理局已發(fā)布第一版城市空中交通運營概念（Conops）文件。布拉德福德2020年10月在美國國際無人系統(tǒng)協(xié)會舉辦的“超越”（Xponential）線上會議，曾介紹這種概念架構。

運營監(jiān)管

城市空中交通由美國聯(lián)邦航空管理局監(jiān)管，該管理局始終保留重新調整空域使用的權利，如果城市空中交通運營達到一個峰值，基于社區(qū)的需求/空域容量平衡原則不再起作用。

航路與運行規(guī)劃

與無人機系統(tǒng)交通管理不同的是，城市空中交通/先進空中交通客運及運貨飛行器將在空域航路運行，初期這些航路將設立在典型通用航空和直升機航路中。

根據行業(yè)預測，美國聯(lián)邦航空管理局將城市空中交通過渡期設為10年。在最開始，飛行員在航路駕駛城市空中交通飛行器，并與傳統(tǒng)空中交通管制（ATC）系統(tǒng)進行通信，然后逐漸過渡到自動駕駛飛行器在航路飛行。

布拉德福德表示，必要時美國聯(lián)邦航空管理局必須實現(xiàn)需求與產能的平衡，希望這是基于社區(qū)的規(guī)則要求并予以批準，為順利開展過渡期工作，該管理局不會直接參與其中的工作。

圖2 先進空中交通空域環(huán)境想象圖，下方為小型無人機交通空域。

運行條件

飛行器進入城市空中交通航路運行，其性能必須滿足要求，性能要求可能會根據飛行速度和空域需求而改變。布拉德福德指出，為保持無人機之間的安全距離，無人機操控員需共享飛行計劃實現(xiàn)策略性疏導，以及共享態(tài)勢感知和協(xié)同過程。

進入城市空中交通航路運營可自愿申請，但離開航路必須遵守空中交通管制系統(tǒng)要求。持續(xù)進入和按需進入航路的區(qū)別是，如果飛行器在城市空中交通空域航路運行，不必向美國聯(lián)邦航空管理局提供其持續(xù)更新的定位信息，因為該管理局不提供服務，但如果飛行器離開航路進入空中交通管制區(qū)，需要向該管理局提供信息。

為優(yōu)化空域使用效率，美國聯(lián)邦航空管理局將保留提升個別飛行器飛行性能要求的權利。一旦空域使用需求增大，可能只允許達到一定導航性能或計劃共享的飛行器，在某一天的特定時間在航路運行。因為空域使用需求量最小的飛行器占用大量空域，使需求量很大的飛行器不能快速運行，將喪失公平性。

服務提供商聯(lián)合工作

目前無人機軟件平臺、空中交通管理和眾多電信公司在共同支持無人機系統(tǒng)交通管理，但無人機系統(tǒng)交通管理先于城市空中交通發(fā)展，因此出現(xiàn)了一個問題：無人機系統(tǒng)服務提供商能否同時作為城市空中交通服務提供商，或者城市空中交通服務提供商能否同時成為無人機系統(tǒng)服務提供商？在2020年召開的一次會議，美國聯(lián)邦航空管理局首席科學家史蒂夫·布拉德福德（Steve Bradford）給出肯定答案，但他表示提供商將使用不同名稱，因為飛行器在距離地面高度120m以下運行和在120m以上的航路運行，服務提供商對信息和飛行器性能的要求可能有所不同。

城市空中交通服務提供商通過連接無人機系統(tǒng)服務提供商網絡，可以獲得航路下方無人機飛行信息，反過來無人機系統(tǒng)服務提供商也可連接城市空中交通服務提供商網絡，建立通信并獲取信息。

第三方公司提供服務

空中導航服務提供商（ANSP）是空中交通管理（ATM）的傳統(tǒng)管理者，它可以完全歸政府所有或與政府共同擁有所有權，也可完全自行掌管?？罩袑Ш椒仗峁┥逃锌赡軐I(yè)務委托給第三方和企業(yè)技術供應商，這些供應商將負責向有人機飛行員和無人機操控員提供飛行計劃服務和授權。

目前，美國聯(lián)邦航空管理局即將完成空域結構定義，正向實施細節(jié)邁進。梅克爾表示，美國聯(lián)邦航空管理局在美國希望采取無人機系統(tǒng)交通管理與城市空中交通聯(lián)合的方式，可避免空中導航服務提供商直接向飛行器所有者和運營人提供大量服務；同時該管理局希望盡可能少地管理，以便盡可能多地鼓勵創(chuàng)新，并保證航空安全和空域安全。