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NASA专家预测:未来飞行器或将实现自主飞行

美国国家航空宇航局(NASA)高级技术专家艾琳·格里高利(Irene Gregory)预测,总有一天,飞行器将会自主飞行,人们能够乘坐飞行的出租车。

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目前,飞机飞行已经非常智能,但是仍然需要人们给出每一步的指令来控制飞机。虽然目前已经开始出现一些有望将科幻小说变成现实的技术,但是目前还有较大的一步需要完成:飞机要实现自主思考,更高效地运营并提高其安全飞行。

格里高利博士在6月的华盛顿美国航空航天学会会议上演讲时说道:“想想George Jetson和他的车吧。”George Jetson是电视动画喜剧“摩登家族”中的角色。在这部1960年代开播的动画描绘的未来世界里,主人公George Jetson驾驶飞行汽车上下班。动画片中的场景并不完全符合格里高利博士的设想,但是动画给出了飞行出租车的生动描绘。格里高利博士希望在未来能够真正运营这样的飞行出租车。她在会议上表示,未来将会由机器,而不是人类主导飞行。人们不需要任何操作,只要告诉飞机想去的目的地,飞机便会自动前往。

飞机也可以拥有意识

格里高利博士说,我们工作的目标是设计具有“自我意识”的飞机,它能够监控飞机的性能和操作,以及周围环境的变化。之后将所有这些信息整合用于决定如何安全地操作飞机。具有自我意识的飞机能够调整飞行计划应对发生的问题,还可以提前预测包括机上技术故障、恶劣天气、紧急情况在内的各种情况。

目前,很多项“自我意识”飞机所需要的技术已经在运用中。例如,波音和空客公司的最新机型上已经安装了能够测量飞机内外部数千项安全参数的传感器。但是,目前的飞机距离自主飞机还需要巨大的技术跨越。比如自动驾驶系统。在自动驾驶仪的帮助下,飞行员可以设置好整个飞行路径,而不要每一步的引导。目前的情况时,处于自动驾驶的飞机将在任何情况下始终遵循这一路径,直至飞行员在自动驾驶仪上作出更改或是接管飞机控制。而具有“自我意识”的飞机则会自主选择更优路径或是在感知到危险时更改路径,这些更改都不需要任何人工干预。

自主飞机在设备方面也将有所改善,目前的机载设备只能告之飞行员如何避开空中冲突和避免撞地。未来的设备将使飞机自动采取避让行为。在单人驾驶飞机的情况下,这一功能将减少飞行员的工作负荷并提高安全性。对于无人驾驶飞机,这也是一项基本性能要求。无人机在冲突避让方面走在了前端。监管者和工程师们正在努力寻找有效管理不断增长的无人机服务需求的方式,这一方式要能够确保商业和私人飞行安全。这就要求无人机的系统能够感知周围的飞机并采取避让措施。

自主飞机还会考虑除飞行操作和外部条件之外的一些因素。格里高利博士在演讲中表示,如同人类了解扭伤脚踝或背部酸痛一样。自主飞机也能够评估出其结构部件的性能状态和损伤历史对其飞行的影响。例如,自主飞机能够计算出做突然的机动飞行时可以承受的压力大小。这种评估和计算通过一种叫做“digital-twin”的软件仿真模型实现,这种技术结合从操作系统中不断更新的数据来预测飞机部件可能失效或需要维护的时间。如果将这种仿真用在人的身上,它将能告诉你今天你能跑道多快以及膝盖还能承受多久的磨损。

无处不在的挑战

“自我意识”飞机的发展仍旧面临诸多挑战。作为自适应任务管理器的飞机数字大脑需要得到持续的进步提升,才能够依靠其做出合适的决策。这种决策的水平要相当于人类的判断和决策力,甚至是优于人类的能力。

此外,还有一些更具普遍性的问题。例如,过多的信息会扰乱工作程序。过分敏感的传感器就是目前一个常见问题。过度敏感的传感器有时会导致软件在飞行准备阶段发出错误的警告。人们担心复杂的传感器系统可能导致飞行员接收到过多的错误信息。目前类似的警告可以相对迅速地处理。飞机系统收到监控并且便于访问,维修人员可以方便地检查问题。但错误信息来自深嵌在一个平面结构中的传感器,导致解决难度较大,这一问题可能会拖慢整个过站维修和离港的时间。

要实现飞行的高度自动化,整个行业还要克服消费者和监管者的疑虑。前方的道路还有很多困难,汽车制造商也仍在努力说服监管机构允许自动驾驶汽车上路。但这一挑战在5月7日的特斯拉ModelS车祸后变得更加困难了,该次事故是第一个因车辆自动驾驶模式而导致人员死亡的车祸。

在另一方面,为飞行员提供安全保障的前景要较为乐观。这一工作的开展同事也有利于自主飞机的进展。近几年来,数起高空空难都与飞行员在紧急情况下的不当操作而导致失去对飞机的控制有关。

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美国NASA测试飞机模型

NASA兰利研究中心在2010年和2011年进行了飞机模拟测试,对5.5%大小的飞机模型飞行测试,使飞机失速。而NASA与波音公司联合开发的数字系统安全地恢复了飞机的飞行姿态。在实际中,如果飞机系统感知到飞行员失去控制并且飞机已经是无法飞行的状态时,系统将自动增强飞行员的控制并恢复飞机稳定。

格里高利博士在一次采访中表示,如果能获得美国联邦航空管理局(FAA)的批准,这项系统将可以投入进下一代全新的飞机中。美国联邦航空局方面对此拒绝置评。(来源:民航资源网)

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