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飞机为什么会怕无人机?

“天使与魔鬼”是大C推出的探究飞机和航空的系列文章。通过文章能够帮助大家全面的了解飞机和飞行安全知识,对大家乘坐飞机出行更有帮助。本次为大家带来第十八篇,讲讲无人机入侵机场对飞机的飞行安全影响和可能的后果。

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天使与魔鬼18:蚂蚁绊倒大象 飞机为什么会怕无人机?

4月中到月底,成都机场发生了接近10起入侵事件,全部原因都是无人机违规在机场附近起飞。最严重的的一次造成58架次航班备降,无数航班延误,超过万名旅客被滞留,经济损失达到数百万。如此集中的机场入侵前所未见,也是这个原因,再次将无人机黑飞的问题推到了风口浪尖上。但是无人机起飞,与飞机之间有一定的高度和距离差异,为什么飞机见到无人机会如此害怕呢?今天大C就跟大家一起探讨一下这个问题。

蚂蚁绊倒大象 飞机为什么会怕无人机?

无人机对于飞机的干扰主要是两个维度,一个是信号干扰,另一个是撞击的风险,我们先来聊聊信号干扰这个问题。

● 信号干扰是飞机起飞降落阶段的杀手

飞机的起飞、降落阶段被称为黑色10分钟,也就是起飞阶段的3分钟和降落阶段的7分钟。根据调研,80%的飞机事故都出现在这黑色10分钟里,所以这段时间的安全是整个飞行过程中最重要的环节。但是起飞、降落阶段时,飞机上的飞行控制系统、自动导航系统、自动驱动系统、起落装置以及通讯设备,很多都有可能受到其它无线信号的干扰,造成系统判断错误酿成大祸。这也就是为什么在起飞、降落阶段时,我们会被强制要求关闭手机、电脑等等具有通讯功能的电子设备的主要原因。

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飞机在起飞、降落阶段会依赖自动导航系统,而自动导航系统又需要比较纯净的电磁环境,一旦受到干扰很可能会接收到错误的信号,产生错误的应对措施。比如说被信号干扰造成飞机与塔台通讯链路中断,也许只是干扰和中断极短的时间,也可能造成飞机的轨道偏移。因为飞机本身的飞行速度很快,所以有很大概率会发生撞上塔台或者其它建筑等等事故,后果十分严重。

目前所有的民用无人机都需要用到无线电技术来实现定位、遥控、图像传输等功能。无人机飞的通讯频段也基本是2.4G或者900M、5.8G;而机场所有的通讯频段基本都是固定的,或者规定的被限制保护的频段范围。按理说不会造成冲突,大家意识中感觉不会出现干扰问题,但是谁又能够保证呢?还有,现在民用无人机(比如大疆的精灵3、精灵4、悟)图片传输都只有默认的8个通道,很多人为了能够避免干扰中断图片传输,会强行破解原有的限制,获得最多32个信道(网上虽然有教程,但是大C劝诫无人机玩家千万不要做这些事情),这样很有可能造成无人机的无线信号与民航的无线信号冲突和相互干扰。如果刚好无人机在机场附近飞行,酿成大祸的可能性就会很高。

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当然现在的电子仪器尤其是飞机上的设施都十分精密,而且具有很好的防护性和抗干扰性,假如无人机能够干扰飞机无线信号,那也绝对是概率极小的偶然事件,但是你能说因为概率极小就不采取措施吗。难道冒着危险,检测到无人机在旁边还要照常起飞、降落,万一飞机出现事故,那可是几十到几百条人命的大事情。

所以,我们看到每次无人机入侵到机场范围内,所有天上航班都会临时备降其它机场,机场内航班都会暂时停运,小小的无人机和飞手的“黑飞”行为,都会造成无数的经济损失。

● 无人机对于飞机的第二个威胁:撞击

纵观民用航空发展的这些年,航班的数量和航线的数量增加之快让人惊讶。我们头顶空间的航道已经和生活中的交通道路一样错综复杂了,尤其是大型城市。航道的布局和航班的飞行顺序、飞行时间等等方面的梳理已经让航空管理从业者十分头疼了,现在还要担心对于飞机造成的新威胁:无人机撞击。

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在无人机出现之前,飞机最害怕的空中物体是鸟类,也就是我们经常听说的飞鸟撞击飞机的事故。根据国外权威机构的统计,每年全世界范围内发生飞鸟撞击飞机的事故能够达到10000起之多,数字着实令人震惊。自1960年以来,世界范围内由于飞鸟撞击事故至少造成了78架民用飞机损失、201人因此丧命;同时造成了250架军用飞机的损失、120名飞行员丧命。根据国外知名大学的研究,在飞鸟撞击的事故中,约有3%的几率会对飞机造成损坏,对人类造成直接伤害的几率十分微小。如果出现重大事故,是因为飞机遭遇鸟群的集体撞击。自1989年以来,中国民航的航空器中,每10万架起降中,约有2.7架次发生飞鸟撞击事故。看似是非常小的概率,但是一旦发生严重事故,损失是无法估计的。

现在,飞鸟撞击的问题都没有被妥善解决之前,无人机悄悄的来了,对飞机的威胁提升到了新高度。无人机的飞行高度和鸟类相似,但是速度方面远超过鸟类。即使是小型的玩具无人机,与客机发生碰撞造成的破坏力也要高于飞鸟撞击。鸟类虽然体型大小各异,但主要由皮肉和骨骼组成。而无人机则是由固态塑料、金属结构、电池等等元素构成,硬度和坚固性方面的提升会导致发生撞击之后,破坏力远超过鸟类。

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无人机撞击飞机的破坏力到底有多大?之前英国克兰菲尔德大学的教授及其团队进行过相关的实验。他们将一个与无人机大小、重量和材质相同的物体弹射向静止的飞机雷达罩上,弹射的速度可以达到321公里每小时,与飞机低空飞行时的速度相仿。通过实验,可以看到无人机撞击之后的雷达罩被轻松地撕开一个缺口。同样环境和速度下,模拟的飞鸟装置则是被雷达罩弹回来,只会撞击出一个坑。这个实验说明了在相同速度的情况下,无人机由于其材质和坚固性的优势,造成了更多的破坏力。

那么如果是不同的速度呢?当物体与机身发生碰撞时,危害程度和两者的相对速度成正比,因为碰撞时释放的动能与速度的平方成正比。在现实中,不管是鸟类还是无人机,哪个与飞机的相对速度更大,造成的破坏力也就越大。

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目前的客机主要以喷气式涡轮发动机设计为主,要是无人机撞击发动机呢?在这个问题上,相对速度已经不在讨论范围内了,破坏的程度由当前飞机发动机的功率级来决定(也就是涡轮叶片的转速)。之前一名研究专家介绍过两起鸟类被吸入发动机的事故。第一个是一只重量为一公斤的鸟类被吸入转速很高的发动机内,导致螺旋叶片被打破;第二个是一只重量为两公斤的鸟类被吸入到发动机中,但是发动机运转功率较低,所以只受到了轻微的损坏。无人机的体积重量与大型鸟类相似,所以破坏力也类似。

另外,无人机上都会有锂离子电池,假如电池进入了发动机的燃烧室中,内部的物质会被点燃,后果不堪设想。如果是撞在挡风玻璃上,也会造成很大程度的伤害,甚至可能是人员伤亡。

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在目前的鸟类和无人机破坏飞机机身和发动机的事故中,虽然绝大部分事故没有造成严重的损坏,但是维修的周期也会十分漫长,而且费用也是巨大的。

当然,无人机也不是继鸟类之后唯一的威胁,孔明灯、风筝等等也是对飞机新的威胁,毕竟飞机的雷达是无法准确的探测到这些物体和它们所处的位置,所以不能够从远程进行防范。当飞行员通过肉看到这些物体的时候,距离已经非常近,危险也非常近了。

如何防范无人机骚扰

据国外网站统计,2014年至2016年期间,无人机与大型客机危险接近、撞击事件一共达到24起,其中2014年1起、2015年9起、2016年则达到了13起。来到2017年后,短短4个月发生相关事件的数量就接近之前的数据总和。这些事件已经严重的威胁到民航和飞行安全,造成的飞机备降、延误的损失金额也是超乎想象的。

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无人机入侵机场,就回到了老生常谈的黑飞问题上。防范黑飞最近几年已经有了一定的成效,但是远远不够。如今作为行业的龙头老大的大疆公司也已经发出了自己的声音,更大力度的黑飞防范和更严格的黑飞处罚已经指日可待。

● 对无人机黑飞的防范

对于防范无人机黑飞的问题,可以分为四个维度来进行分析:细化规范、实名监控、技术限制和提前教育。

1、应该继续加大处罚力度、细化规范

早在2013年,中国民用航空局就出台了《民用无人机驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》,要求飞出视距(距离超过500米或高度超过120米)或驾驶空机重量大于7公斤的无人机操控人员需持有“执照”。在2015年,美国、日本、英国、新西兰等国,还有我们国家的上海再次加大了规范力度。

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2016年,民航局空管行业管理办公室发布《民用无人驾驶航空器系统空中交通管理办法》,其第十条规定,民用无人驾驶航空器飞行应当为其单独划设隔离空域,明确水平范围、垂直范围和使用时段。可在民航使用空域内临时为民用无人驾驶航空器划设隔离空域。但飞行密集区、人口稠密区、重点地区、繁忙机场周边区域,原则上不划设民用无人驾驶航空器飞行区域。面对无人机危险黑飞的问题,规章制度再次细化,但是由于处罚力度的不足,黑飞问题仍然没有得到妥善的解决。

针对这个问题,2017年初公安部发布的关于《中华人民共和国治安管理处罚法(修订公开征求意见稿)》公开征求意见的公告就涉及到无人机黑飞问题:在低空飞行无人机、动力伞、三角翼等通用航空器、航空运动器材,或者升放无人驾驶自由气球、系留气球等升空物体的,处5日以上10日以下拘留;情节较重的,处10日以上15日以下拘留。

面对如此的处罚力度,仍然没有能够控制住黑飞的问题,仅今年4月一个月的时间就出现了数起无人机机场入侵事件。我们是不是应该建议有关部门继续加大处罚力度?

2、实名制出售无人机,进行售后监控

在实名制出售这部分,占有90%市场份额的行业龙头大哥大疆最有话语权了。像是汽车很早就做到了一人一车一牌,无人机为什么不行?大疆的每一个无人机产品都有唯一的SN识别码,并且每一个部件也有唯一的识别码,与SN码相对应。购买无人机可以模仿买车的过程,将SN码绑定购买者个人的详细信息,做到一人一机一码相对应,这样出现问题之后就可以找到相关的负责人。

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在监控的部分,大疆与千寻位置这家公司进行合作,在监控和精准定位等多方面有显著的成效。只要无人机的驾驶员用户只需开启遥控器,连接移动通信网络,就可以广播机器独有的SN码、位置信息等等。千寻位置通过服务器可以直接监控和定位无人机所处的具体坐标,如果被查证属于在违禁区域飞行,千寻位置就可以通知大疆以及警方进行抓捕。当然,优先要基于无人机一人一机一码的实名制购买才可以,否则即使查证了无人机的位置,没有个人信息如何进行抓捕?

不过目前能够进行检测的无人机品牌主要就是大疆,大C建议相关部门应该督促所有的无人机生产厂商进行实名制购买和后期检测的配合,让无人机行业走回正轨。目前传言,成都机场无人机入侵的几名飞手至今没有抓到,主要是他们的无人机产品可能不是大疆制造,所以查证十分困难。

3、从技术上对无人机进行限制

如果无人机由于国内外黑飞的问题被全面叫停,小型无人机企业最多损失一部分投资资金,但是大疆则会面临巨大的损失。所以作为行业龙头老大,大疆自然会积极的从技术端进行问题的解决。目前市面上的无人机都装有GPS或者北斗卫星定位模块,这样无人机可以实时的定位自己的位置和高度。从技术上方面,可以将全球范围内主要的机场地理位置坐标预装在无人机之中,然后通过限制的方式让无人机无法在这些坐标区域附近起飞或者飞行。

大疆给出的方法是,以机场每条跑道两端的中心为圆心,半径最高4.5公里,划定椭圆形区域,设置为禁飞区域。再扩大区域设定为限制飞行区域。之后在跑道的两端延伸出两片扇形的区域也作为限飞区域,因为飞机的起降会使用到这两个区域。在无人机内部预装这些限制的区域坐标,如此飞手在限飞和禁飞区域黑飞,无人机本身可以不执行起飞命令或者无法驶入限飞和禁飞区域。大疆的方法可以显著地改善无人机对机场的入侵以及对民航飞机的威胁,希望行业内其他厂商可以跟进。

4、加大力度规范、培训无人机驾驶员

其实不管是法规政策,还是厂商的技术限制,还是有关部门的监管,最终黑飞的问题还是发生在少数驾驶员上。如果没有这些“喜爱”黑飞的驾驶员,问题也不会这么严重。针对无人机驾驶员的培训以及安全教育问题也是必须重视起来的。

但是转念一想,黑飞无人机的驾驶员真的没有一点安全意识吗?答案是否定的。能够买无人机的人,或多或少都有一定的安全意识和相关的知识基础,但是他们仍然存在侥幸的心理执行黑飞操作,这就要归结于素质问题和家庭环境了。我们要做的就是加大力度规范所有的无人机的驾驶员,加大力度对他们进行培训。如果全都靠驾驶员自觉,那么大C觉得无人机行业会更加混乱。

● 是时候该杀一儆百了

无人机是一个新兴行业,但是发展速度之快,让很多传统行业十分震惊。和军事、商业、农业还有民用的结合速度之快也是远超过其它行业的。军事的部分我们不作评论,但是商业、农业和民用领域已经在一定程度上依赖无人机。我们看到大型电影电视剧的镜头取景、公司的宣传片拍摄、赛事的转播、知名摄影师的旅行记录片拍摄甚至是婚纱照都已经广泛的应用到无人机产品。无人机为我们带来了完全不同的视角和全新的画面震撼感,但是有一个事情正在阻碍甚至扼杀这个行业,就是黑飞。

黑飞的问题从无人机产品走向个人用户开始就已经存在,全球已经有不计其数的机场深受到过无人机的入侵和骚扰。其实不仅仅是入侵机场,黑飞无人机在其它多方面也带来了威胁和事故。在人群密集的城市街道和区域、工业重地上放黑飞无人机,一旦操作失误坠机,肯定会酿成大祸。并不是危言耸听,因为无人机操作失误坠机的事故屡见不鲜,甚至还有砸伤民众、汽车、公共设施等等案例。

无人机发展至今,用途十分广泛,行业前景一片利好,但是为什么少数人不能够遵守规范呢?一定要肆意妄为的黑飞。像是成都机场短时间内连续遭到几次无人机的黑飞入侵,造成大面积航班延误和备降,经济损失非常严重,乘客、机场工作人员、航空公司都是怨声载道。就是黑飞的问题不断发生,导致诸多大型城市和重要区域已经被强制禁飞无人机,绝大多数正规的无人机驾驶员也被迫无法享受航拍的乐趣。

所以,是时候该杀一儆百了。

其实任何新兴行业被建立的初期,都会比较混乱,即使规范紧跟着被制定出来,同样避免不了钻空子的少数人。如果没有一次较大力度的整顿,那些习惯了黑飞的无人机驾驶员不会认识到错误,继续享受黑飞的“乐趣”。只有抓住几个典型,比如这次成都的几位黑飞驾驶员,进行大力度、高曝光度的整治,才能够起到震慑的效果,改善黑飞的现状。

希望有关部门能够加大查处和监管力度,为正规无人机驾驶员和爱好者讨回公道,帮助行业面向正确方向发展。

● 黑飞不对 但民间组织的方法并不可取

面对政策的不完善和黑飞驾驶员的猖獗,很多国家已经成立了“反无人机联盟”的民间组织。与军事机构不同,民用组织没有专业而且昂贵的设备,所以带来的防御手段和主动攻击手段也没有那么显著的效果。

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在前年,曾经有过美国的“反无人机联盟”民间组织在波士顿马拉松比赛上用网枪“猎捕”一些不请自来的无人机。但是实话实说,这种做法虽然解决了“民愤”,但是做法本身是违法的,毕竟侵害到别人的私人物品。所以民间组织的方法是不可取的,大家不要效仿。(来源:中关村在线)

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