美國無人機與空域安全淺析

引言

2025年1月9日，一架飛機在執(zhí)行美國加州南部滅火任務(wù)時與一架私人無人機相撞后受損，其機翼上出現(xiàn)了一個3in×6in 的裂口，致使該飛機被迫停飛。這起碰撞事故并非個例。此前，無人機多次干擾空中消防作業(yè)，曾撞上直升機，甚至險些撞上商用飛機。美國聯(lián)邦航空局（Federal AviationAdministration，F(xiàn)AA）估計，截至目前，美國娛樂用無人機數(shù)量已達178萬架，無人機的安全問題越來越引發(fā)關(guān)注。來自密西西比州立大學(xué)等4所高校的研究團隊模擬了140起無人機與商用飛機機翼、垂直和水平安定面以及擋風(fēng)玻璃的碰撞情況。他們發(fā)現(xiàn)，無人機撞擊比相同大小和速度的鳥類撞擊造成的損害更大。

安柏瑞德航空航天大學(xué)的另一項研究表明，截至2021年8月的三年時間內(nèi)，近3萬架小型無人機在達拉斯沃思堡國際機場附近飛行超過48.1萬次。有24起無人機與有人駕駛飛機距離在500ft以內(nèi)的情況。其中11起涉及商用飛機，10起發(fā)生在跑道進近或起飛走廊1.7nmile范圍內(nèi)。因此，研究人員建議FAA將跑道兩端的無人機禁飛區(qū)從1nmile擴大到3.5nmile。由此可見，無人機空域管理已經(jīng)成為當(dāng)前和未來無人機發(fā)展的重要問題之一。作為全球航空運輸最為發(fā)達的國家之一，美國具有一套有效的空域管理體系，該體系在維護航空安全、促進航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。深入研究美國空域的管理思路和做法，能夠幫助我國充分理解其管理理念、方法和實踐經(jīng)驗，為我國空域管理的優(yōu)化與完善提供思路。

美國空域劃分

美國國家空域系統(tǒng)分類細致，主要分為A、B、C、D、E、G類等不同類別的空域。其中，A類為絕對管制空域；B類為繁忙終端管制空域，通常圍繞大型機場，對進入該空域的航空器有嚴(yán)格的許可和設(shè)備要求；C類為一般終端管制空域，其管制要求相對B類略低；D類為機場管制空域，主要涵蓋機場及其周邊區(qū)域；E類為通用管制空域，適用于多種飛行活動；G類為非管制空域，但在某些情況下也需遵循一定的規(guī)則。不同類型的空域在飛行執(zhí)照、航空器機載設(shè)備、空中交通管制服務(wù)等方面有著不同的規(guī)定，以確保空域的安全和高效使用。

FAA結(jié)合國際民用航空組織的空域劃分，將地面以上至120m以下的超低空非管制空域作為小型無人機的適飛空域。美國國家航空航天局（National AeronauticsandSpaceAdministration，NASA）認(rèn)為城市低空空域開發(fā)將走向成熟運營階段。為應(yīng)對高速、高密度、大規(guī)模的未來城市空中交通，NASA于2014年提出無人機交通管理（Unmanned TrafficManagement，UTM）概念，并于2017年全力推進城市空中交通項目，這引領(lǐng)了全球?qū)Τ鞘械涂湛沼蜷_發(fā)的研究熱潮。UTM嘗試將無人機操作與其他空域類別進行整合，通過創(chuàng)建過渡區(qū)域為無人機保留空域范圍，將無人機與受控空中交通隔離開，如圖1所示。FAA于2020年發(fā)布城市空中交通運營概念，并在2023年進一步完善，致力于提供一個共同的空中交通管理行動框架。

在分區(qū)方面，無人機的飛行任務(wù)和地面空間的功能要求決定了無人機的空域分區(qū)，如有必要劃設(shè)專門的無人機起降區(qū)域、禁飛區(qū)域等，差異化管理城市中心區(qū)、一般地區(qū)、鄉(xiāng)村及民航機場周邊等不同功能區(qū)域。在分層方面，相關(guān)研究結(jié)合現(xiàn)階段無人機的技術(shù)特點，細分了低空空域的層次。美國亞馬遜公司對城市上空低空空域?qū)嵤┓謱庸芾恚簩?0m以下空域劃定為本地低速交通區(qū)，主要承載測量、攝像巡檢等終端非運輸業(yè)務(wù)，適用于技術(shù)裝備相對基礎(chǔ)的飛行器； 60-1200 空域作為高速交通區(qū)，專供技術(shù)水平較高的飛行器運行；在120＼～150m高度設(shè)置禁飛緩沖帶，保障空域安全。城市范圍以外的區(qū)域則被統(tǒng)一界定為低風(fēng)險區(qū)，為特定飛行活動提供開放空間。此外，空域劃分還需要考慮飛行的風(fēng)險，與無人機需要規(guī)避的人和物的場景相關(guān)。針對娛樂用途的消費型無人機，F(xiàn)AA提出不得飛越人群、車流和不得夜航等要求。

美國無人機空域管理的經(jīng)驗

法規(guī)體系完善

美國擁有一套全面且細致的航空法規(guī)體系，如《聯(lián)邦航空條例》等，這些法規(guī)涵蓋了空域管理的各個方面，從航空器的注冊、駕駛員的資質(zhì)認(rèn)證到飛行規(guī)則、空域分類等，都做出了明確的規(guī)定。在無人機管理方面，F(xiàn)AA制定了一系列法規(guī)、政策和流程。2016年6月，F(xiàn)AA頒布了第107條法規(guī)，即55lb以下小型商業(yè)無人機使用規(guī)章。2021年1月，F(xiàn)AA發(fā)布了《遠程識別規(guī)則》的最終版本，要求所有在美國運行的無人機必須配備遠程識別模塊，能夠?qū)崟r向FAA和其他相關(guān)方傳輸無人機及其操作者的識別信息，包括無人機ID、位置、控制基站位置、起飛位置等，以增強無人機飛行的安全性、保障性和隱私性。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場景的不斷拓展，法規(guī)也在不斷更新和完善，從而確保空域管理始終有法可依。

執(zhí)法力度嚴(yán)格

美國對違反空域管理規(guī)定的行為采取嚴(yán)厲的處罰措施，以維護法規(guī)的權(quán)威性和嚴(yán)肅性。一旦發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為，F(xiàn)AA會進行深入調(diào)查，并給予相應(yīng)的處罰，包括高額罰款、暫扣或吊銷飛行執(zhí)照等。SkyPan國際公司“黑飛”事件是一個典型的案例。在2012年3月21日到2014年12月15日期間，該公司在芝加哥和紐約上空進行了65次非法無人機飛行，其中43次在高度擁堵和限制的紐約B類空域飛行。這些飛行活動沒有得到FAA的許可，而且無人機沒有配備雙向無線電、轉(zhuǎn)發(fā)器和高度報告設(shè)備等必備裝置。2015年10月，F(xiàn)AA對該公司處以190萬美元罰款。經(jīng)過雙方協(xié)商，最終罰款金額定為20方美元。同時，該公司需在1年時間內(nèi)配合FAA發(fā)布3條公共服務(wù)條例規(guī)定。此外，如果該公司在1年內(nèi)再次出現(xiàn)未經(jīng)充許的飛行，或者違反和解協(xié)議規(guī)定，都將被處以15萬美元的罰款處罰。從上述案例可以看出，這種嚴(yán)格的執(zhí)法態(tài)度對潛在的違規(guī)者起到了強大的威懾作用，促使空域用戶自覺遵守法規(guī)，減少了違規(guī)行為的發(fā)生。

技術(shù)手段先進

美國在無人機空域管理中充分利用先進的技術(shù)手段，提升管理效率和精度。例如，無人機交通管理系統(tǒng)UTM是FAA用于支持無人機在低空空域運行的工具。UTM建立于多層信息共享和數(shù)據(jù)交換。在該系統(tǒng)中，運營人與運營人、無人機與無人機，以及運營人與FAA之間通過分布式信息網(wǎng)絡(luò)來分享飛行計劃、空域信息等，以保證安全運行。UTM可以支持日益復(fù)雜的運行環(huán)境和不同的業(yè)務(wù)需求。此外，F(xiàn)AA部署了低高度授權(quán)和通知能力（LowAltitudeAuthorization and Notification Capacity，LAANC）系統(tǒng)，實現(xiàn)空域授權(quán)和審批流程的自動化，加速無人機使用。

對我國無人機空域管理的啟示完善空域管理法規(guī)

我國應(yīng)進一步加強空域管理法規(guī)體系建設(shè)，在現(xiàn)有法規(guī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國航空業(yè)發(fā)展的實際情況，特別是針對新興的航空領(lǐng)域，如無人機、電動垂直起降（electricVerticalTake-offandLanding，eVTOL）航空器等，加快制定和完善相關(guān)的管理辦法和實施細則。明確各類空域的使用規(guī)則、航空器的飛行條件、駕駛員的資質(zhì)要求等，使空域管理的各個環(huán)節(jié)都有明確的法律依據(jù)，確?？沼蚬芾砉ぷ饕婪ㄒ酪?guī)進行。

加強執(zhí)法隊伍建設(shè)

加大對空域管理執(zhí)法人員的培訓(xùn)和投入，提高執(zhí)法人員的專業(yè)素質(zhì)和執(zhí)法能力。建立健全執(zhí)法監(jiān)督機制，確保執(zhí)法過程公正、公平、公開。加強與其他相關(guān)部門的協(xié)作配合，形成聯(lián)合執(zhí)法的合力，嚴(yán)格查處各類違反空域管理規(guī)定的行為，維護空域管理秩序，保障航空安全和公眾利益。

推進技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

積極引進和吸收國際先進的空域管理技術(shù)，同時加大自主研發(fā)力度，推動我國空域管理技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。例如，加強對高精度雷達、衛(wèi)星通信、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，提升空域監(jiān)視和管控能力，實現(xiàn)對航空器的實時精準(zhǔn)跟蹤和管理。開發(fā)適合我國國情的空域管理信息系統(tǒng)和應(yīng)用程序，提高空域管理的信息化水平和服務(wù)質(zhì)量。

建立動態(tài)空域調(diào)整機制

借鑒美國的經(jīng)驗，有必要建立適應(yīng)我國國情的動態(tài)空域調(diào)整機制。加強對航空運輸需求的監(jiān)測和分析，根據(jù)不同地區(qū)、不同時期的航空運輸發(fā)展情況，以及軍事訓(xùn)練、重大活動等特殊需求，及時對空域進行合理調(diào)整。通過優(yōu)化空域結(jié)構(gòu)、調(diào)整空域邊界和高度等措施，提高空域資源的利用效率，實現(xiàn)空域資源的科學(xué)配置和高效利用，促進我國航空事業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

結(jié)論

美國在空域管理方面積累了豐富的經(jīng)驗，通過完善的法規(guī)體系、嚴(yán)格的執(zhí)法力度、先進的技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)了對空域的有效管理和安全保障。我國在空域管理改革過程中，可以充分借鑒美國的成功經(jīng)驗，結(jié)合自身實際情況，不斷完善空域管理體系，提高空域管理水平。同時，隨著航空技術(shù)的不斷創(chuàng)新和航空需求的日益多樣化，空域管理面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇，需要持續(xù)關(guān)注和研究，不斷探索適合我國國情的空域管理模式和方法，以實現(xiàn)空域資源的安全、高效利用，推動我國航空事業(yè)邁上新的臺階。