当飞机不再需要人类飞行员：自动化系统能否重塑天空？
Andrew Tangel
3 - 4 minutes
在Reliable Robotics位于芒廷维尤的办公室里，一块白板上潦草地写着：“飞机就应该自己飞！”
最近，两名工作人员通过监视器跟踪了一架小型飞机的飞行轨迹，当时这架塞斯纳大篷车(Cessna Caravan)在约40英里外的北加州上空自行飞行。机上有一名待命飞行员和一名飞行测试工程师，但除此之外飞机本身处于自主飞行状态。他们正在测试一种新的防撞系统和可以帮助这架飞机发现并避开其他飞机的新雷达。
如果一切按计划进行，Reliable Robotics的飞机上最终将不再需要有任何飞行员。该公司是众多致力于革新航空旅行的初创企业之一，它们寻求让货运、军用甚至客运飞机都不再需要人类飞行员。如今，从大型飞机制造商到小型初创公司都在对自主飞行进行测试。
当前的侧重点是货运和军用航班。Reliable最近与美国空军签订了一份价值1,700万美元的合同，其中包括测试自主飞行货运航班。空中出租车制造商Joby Aviation最近也为美国空军在太平洋上空测试了无人驾驶塞斯纳飞机。
全球领先的大型商用喷气式飞机制造商波音(Boeing)和空中客车(Airbus)已分别致力于提升旗下飞机的自动化水平，两者都表示目标是提高安全性。这两家公司也研究了完全自主飞行，但表示目前未致力于设计驾驶舱内不设飞行员的商用喷气式飞机。
搭载人类乘客的真正自主飞行将面临一系列技术和监管障碍，而最大的挑战也许是难以说服旅客予以接受。
飞行员是乘客眼中安全的象征。当遭遇突发剧烈颠簸或其他空中险情时，飞行员能安抚人心。他们的存在传递出这样一种讯息：危急关头，有人能力挽狂澜。
“完全自主的载客飞行不会马上实现，”Reliable的首席执行官罗伯特·罗斯(Robert Rose)说。“这背后的原因更多地涉及乘客的接受度而非技术本身。”
过去几十年的技术进步已然减少了驾驶舱内所需的人员数量。航空业管理人员将安全性的稳步提升归功于自动化，包括一些新的驾驶舱功能，这些新功能已减少飞行员的工作量并帮助他们避免潜在的灾难性失误。尽管飞行员必须向自动化系统输入指令、密切监控驾驶舱系统，并随时准备在必要时手动接管，但如今的商用飞机在正常情况下，已基本可以实现自动驾驶模式下的自行飞行，且几乎可以自动降落。
在喷气式飞机时代的较早期，驾驶舱里的飞行员数量更多，还需有领航员和飞行工程师。近几十年来，监管机构通常要求商业航班的驾驶舱内有两名飞行员，一人主飞、一人监控。代表美国和加拿大航空公司飞行员的工会Air Line Pilots Association称，安全取决于有一对训练有素、休息充分的飞行员，随时准备干预驾驶舱自动化系统，并协同解决发动机故障等紧急情况。
空中客车的一个项目侧重探索在飞行的某些阶段将驾驶舱内所需飞行员数量减至一名的可能性。这被称为扩展最小机组操作(eMCO)。空中客车表示，其目标是通过构建一些驾驶舱功能来减轻疲劳，借助这些功能，在巡航（即高空飞行部分）的某些阶段，飞机可由一名飞行员操控，别的飞行员则可以休息。
空中客车已在研究如何改造旗下用于长途国际航班的大型宽体喷气式飞机A350，并期望货运航空公司或许会率先使用这样的系统。这种系统将包含“智能自动化”功能，例如，当飞机失压时，该功能便会启动，促使飞机下降至10,000英尺，向空中交通管制部门发送紧急信号，并在下降途中规避其他飞机。空中客车表示，该智能功能已在A350上投入使用。
在长途航班上，像A350这样的宽体飞机可能会配备三到四名飞行员。eMCO系统在特定时段将只需要一名飞行员在驾驶舱内，其他人可以在机组专用区域休息。空中客车的设计和测试已包括在驾驶舱内的飞行员需要帮助时提醒休息的飞行员。空中客车首席商业试飞员马尔科姆·里德利(Malcolm Ridley)说：“这将是支持机组人员，而不是取代他们。”
欧盟航空安全局(European Union Aviation Safety Agency)目前也要求商用飞机的驾驶舱内至少有两名飞行员。该机构表示，一项研究无法证明空中客车开发中的系统当下能达到同等的安全水平。该机构的一位发言人说：“任何对此的考虑都将取决于新技术首先证明其安全效益。”
波音公司长久以来的飞机设计哲学都是以飞行员为核心，不那么侧重自动化。但在2018年秋季和2019年春季，一套有缺陷的飞控系统曾令飞行员无法控制飞机，导致两架波音737 MAX飞机陷入几乎垂直向下的俯冲并坠毁，此后其理念发生了转变。这些事故也暴露了波音关于飞行员能够处理此类紧急情况的错误假设，促使该公司注重研发更完善的自动化技术，以确保在出问题时不必再依赖飞行员的完美应对。
波音名为Wisk的无人驾驶空中出租车已成为自动化技术的试验平台。设想之中，这些电动载具不配备飞行员，而是由地面控制员进行监督。波音高管已释放信号，他们会专注设计驾驶舱内有两名飞行员的商用喷气式客机，同时利用Wisk在自动化方面的进展来减轻他们的工作量，以便他们能更快地做出关键决策。波音首席商业飞行员吉姆·韦伯(Jim Webb)在9月份于芝加哥举行的一次飞行员工会会议上说：“这些类型的技术将带来了不起的增进。”
空中出租车初创公司Joby的首席产品官埃里克·艾利森(Eric Allison)预测，随着时间的推移，航空领域更高程度的自主化将不足为奇，就像无人驾驶出租车一样。他表示：“随着这些技术逐渐融入进来，我们在日常生活中与形形色色的机器人打交道将成为越来越平常的事情，无论是自动驾驶汽车、家务机器人还是无人驾驶飞机。”
Reliable Robotics首席执行官罗斯说，在监管部门进一步批准之前，该公司的新型自动驾驶系统最初可能需要“安全飞行员”在驾驶位上待命。地面控制员将能够作为远程飞行员进行干预，但系统本身需要能够自行解决飞行中的紧急情况。他的目标是在2028年，为该公司的飞机采用完全远程驾驶模式争取到美国航空管理局(Federal Aviation Administration, 简称FAA)的认证。罗斯曾在SpaceX和特斯拉(Tesla)从事自动驾驶技术方面的工作。
FAA不予就Reliable的具体工作置评，但指出，该机构在2020年为远程驾驶和自主飞行飞机的认证设置了路径。
除了软件，该公司还一直在研发一种机载雷达系统，以便其自动驾驶系统能像飞行员一样看到并避开其他飞机。商用喷气式飞机上的防撞系统通常综合利用应答机和其他传感器，但不使用雷达。他们也一直在开发更强大的作动器。这是一种可进行推拉操作的机器，能取代飞行员的肌肉力量，在一些原本需要人类介入的情况下，移动飞机的方向舵及其他飞行操纵面。
Air Line Pilots Association主席杰森·安布罗西(Jason Ambrosi)预测，自主飞行短期内不会实现，并表示，他认为Reliable最终开发出的系统不会适用于更大型的飞机。“这是一个机器人在沙漠里远程驾驶一架塞斯纳大篷车，”安布罗西说。“这与一架从肯尼迪国际机场飞往欧洲的A350或777有很大不同。”
罗斯说，Reliable的系统将被设计用于繁忙的机场环境，从新墨西哥州的阿尔伯克基开始。
“我们谈论的是一个获准在人口密集地区及其周围使用的经认证的系统，”他说。“我们确实预计，在此过程中吸取的许多经验教训，未来将能推广应用于全国乃至世界多地的其他业务。”
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