登上一架無人駕駛飛機

姚人杰/編譯

登上一架無人駕駛飛機

姚人杰/編譯

● 這兒是機長在講話：下方地面有霧，但愿三萬英尺的高空是美麗的晴空……但是，如果在無人控制的情況下飛行，到底意味著什么？

2009年6月1日，法國航空447號班機從里約熱內盧飛往巴黎，飛經大西洋時遭遇熱帶風暴。幾分鐘后，這架空客A330客機就飛入大海，機上228人無一幸免。

四年之后，在七月的一個陽光燦爛的上午，一架韓亞航空的班機飛抵舊金山機場，卻撞上了跑道前方的海堤，機尾部分整體斷裂，破裂的機身在跑道上側翻。三人喪命，數十人受傷。

這些事故表面看來并無關聯，然而它們有著悲劇性的相似之處：每架客機的飛行員都深信飛行控制系統會自動地防范飛機熄火，或避免飛機因飛行速度太慢而無法保持于空中。可是，這些飛行員弄錯了。

結果表明，這類混淆是多起空難的主要原因。并且這種混淆勢必會越來越嚴重。隨著越來越多的設備變得自動化，飛行員們遇到嚴重故障時會思維混亂，忘記了自動駕駛儀的職責在哪兒結束，又在哪兒開始。后果極可能是場災難。

因此，是時候讓人類飛行員徹底消失嗎？當然，許多行內人士是這么想的。他們爭論說，對于航空公司來說，讓飛機自動飛行，再在數千公里之外的辦公室內遠程監控飛行狀態，這么做更有益處。至于安全方面，這么做似乎也更加安全——在所有造成傷亡的空難中，大約有一半都與駕駛人員犯下的差錯有關。

機器全面接管

除了安全更有保障，無人駕駛客機能同時為航空公司與乘客們節省下可觀的成本。航空公司假如不用雇傭人類飛行員的話，那么在薪水支出、模擬飛行培訓、醫療保健、中途停留的酒店和退休福利上會花費更少的錢，位于北卡羅來納州達勒姆的杜克大學自動飛行領域的研究者瑪麗·卡明斯（Mary Cummings）如此說道。那應該能轉變成更低的票價，而且自動飛行應該也能節省燃料，有助于進一步降低成本，減少溫室氣體的排放。并且隨著飛機前端不再被機組人員占據，以后能向前排的乘客提供壯觀、寬闊的視野——當然，只要他們肯多支付一點錢。只是，仍有一項關鍵問題：當你登上一架沒有人類掌舵的飛機，你會有怎樣的感覺？

這場變革的核心是一項簡單的事實：計算機如今在飛機上承擔了大量工作，飛行員們極少有接過控制權的緣由。自動飛行計算機能在飛機距離地面只有30米的時候接管控制權，保持機組人員輸入飛行管理系統的速度、航向與高度。計算機很久以來已經能以跑道無線電信標為目標飛行，再控制飛行器自動著陸。

然而，自動化給飛行員們帶來了全新的挑戰。當自動飛行計算機經歷到程序中未被編入的情況，它們就不知該如何處理——譬如飛機突然受到結構損傷，或者447號班機遇到的極端天氣——計算機會突然把職責甩給人類飛行員。當出現嚴重故障時，那些飛行員也許會對于計算機移交給自己的控制水平感到困惑。另有一項事實是同樣危險之處：駕駛艙計算機可能在緊要關頭拋給飛行員一大堆警示、清單以及聲音警報。比如說，2010年11月，澳洲航空32號班機的一臺引擎爆炸，機上載有469人，爆炸切斷了650根控制線。然而當飛行員理查德·克雷皮尼（Richard de Crespigny）試圖在新加坡降落時，他與副駕駛被顯示屏上閃爍的120份命令菜單弄得心神不寧。

美國聯邦航空管理局承認，人類與計算機也許不是最安全的搭配組合。該局于2013年發布了一項為期七年的研究成果，揭示出人類與駕駛艙自動化設備搭檔所造成的諸多危險。美國聯邦航空管理局首席調查員凱茜·阿博特（Kathy Abbott）發現，飛行員出于習慣而“太過依賴”自動飛行系統，并且“不愿干預，甚至當他們懷疑系統沒有正常運行的時候也是如此”。這份報告警告說，飛行員會繼續對自動飛行系統的狀態表示困惑。

短期來看，航空公司試圖通過重新設計計算機系統、給予飛行員額外訓練來降低這些風險。長久來看，在駕駛艙中降低自動化程度也許看來是個更合理的解決辦法。然而，航空工業的許多人士在尋求另一條途徑：進一步降低易犯錯誤的人類在駕駛艙中起的作用。

由包括波音、空中客車、英國宇航系統公司、達索航空在內的飛機制造商們組成的聯合體已經啟動了一項投資3 000萬歐元、為期四年的研究項目，旨在為遭遇緊急狀況下的飛行員提供計算機協助。這項研究項目被稱為“減少壓力及工作量的先進駕駛艙項目（ACROSS）”，目的是用計算機來幫助減少危險的工作量峰值，后者在危機發生時會引發飛行員的思維混亂。自動化的理念是在一名飛行員喪失行動能力時，允許正駕駛或副駕駛獨自操作。然而ACROSS會更進一步。由于有一些關鍵挑戰的存在，才需要創造出自動飛行系統。該項目的一個目標是確定那些關鍵挑戰，讓自動飛行系統徹底代替副駕駛，也就是說，從起飛開始就允許單個飛行員進行操作。

然而，即便有一臺超級聰明的機器智能無可挑剔地擔任副駕駛，假如那名孤獨的人類飛行員變得失去行動能力時，會發生怎樣的情況？根據卡明斯所述，任何能夠與單單一名人類飛行員合作的計算機副駕駛必須能承擔完全控制的職責，假如飛行員病倒了的話，要能光靠自己之力駕駛飛機起飛、飛行及降落。因此，為何要為人類飛行員費心思呢？這么做肯定會降低思維混亂帶來的風險。

飛行員徹底消失

支持這一推論的，是美國宇航局位于加州的艾姆斯研究中心的一支團隊在2013年所做的一項研究。該研究發現，為新一代單飛行員超輕型噴氣式飛機開發的自動飛行系統仍然會導致高額工作量，令飛行員身心俱疲，“到某個程度后，就發生導航和飛行控制方面的差錯。”

“所有航空研究者都認識到，從兩名飛行員變成一名飛行員是居間的一步，它會允許我們由一名飛行員變成零飛行員。”卡明斯說。

卡明斯確實相信完全自動化飛機的時代是必然會到來的。她的上一份工作是美國海軍飛行員，當時她意識到自己駕駛的戰斗機的自動飛行系統令自己變得一無是處，就是冗余而已。這個系統能讓飛機在航空母艦的甲板上降落，干得遠遠比人類出色。她說：“它會調整航向、空速和飛行高度，干得比我快多了。”

計算機在那些分秒必爭的操作上占有優勢，因為眼睛到大腦的聯絡比傳感器到處理器的傳輸來得慢。“從你見到需要做出反應的刺激物那一刻，再到你真正行動的時刻，最好的情況下也要半秒鐘。”她說道。與此同時，計算機只需幾毫秒就能偵測到傳感器發出的信號，再做出行動，“人類跟不上計算機的速度。”

控制美國軍用無人機的經歷確證了這一點——隨著無人機變得越來越自主化，墜機概率有顯著下降。尤其是在墜機事故頻繁發生時，靠著防止人類飛行員控制無人機起飛與降落這一招，實現情況的改善。“起飛與降落差不多是最高工作量的飛行經歷。”卡明斯說道。在所有造成傷亡的空難事故中，差不多有一半發生在起飛與降落這兩個飛行階段。

那么，無人駕駛的客機距離我們還有多遠呢？呃，一架這樣的飛機早已存在，或者勉強算是吧。英國宇航系統公司運行的一架無人駕駛 “噴氣流”客機已經飛行過800公里的行程，為的是觀察它如何與其他飛機及航空交通管制員互動——然而，這架飛機上仍然載有機組人員，只為以防萬一。

“噴氣流”飛機上包括了一套聰敏的飛行管理系統“空域融合處理器”（AIP），它或許是無人駕駛飛機會需要的機器智能的開端。AIP采用無線電、雷達和基于攝像頭的傳感器來避免相撞，通過衛星與地面飛行員進行聯絡。給定目的地坐標后，AIP能計劃好沿途停靠點，設計好路線，并且會考慮到危險的天氣與空中交通的限制，英國宇航系統公司的飛行工程師羅德·布坎南（Rod Buchanan）如此說道。

無人駕駛飛機進化史

客運仍有待時日

一個多世紀以來，工程師一直在測試設計成能夠自動飛行的飛行器。

1913年12月，奧維爾·萊特演示了簡陋的、采用擺錘的“自動飛行”系統。

1914年6月，勞倫斯·斯佩里在一場航空安全比賽中爬上雙翼飛機的機翼，展示陀螺自動駕駛儀。

1917年5月，斯佩里委托建造六枚可編程的飛彈。

1931年12月，美國商務部為客運飛行中自動飛行裝置的使用頒發許可令。

1944年6月，同盟國空軍啟動“阿佛洛狄忒”計劃，準備用B-17無人駕駛轟炸機襲擊德國境內的目標。

1944年8月，無線電控制的B-17飛機墜毀，險些擊中英國伊普斯威奇小鎮。另一架飛機墜落于瑞典。

1947年10月，首次有飛行器完全在自動駕駛儀控制的條件下飛越大西洋。

1952年6月，工程師測試從地面上控制B-25轟炸機的自動駕駛系統。

1994年3月，俄羅斯航空593號班機在飛行員的子女意外地關閉自動駕駛系統后墜毀。

2001年4月，無載人的全球鷹無人駕駛飛機從美國不間斷地飛行至澳大利亞，中途沒有加過燃油。

2013年7月，X47-B無人機首次自主降落于航空母艦上。

2013年12月，美國舉行聽證會，調查過度依賴自動駕駛系統是否導致空難。

2014年4月，國防高等研究計劃署宣布，“機組工作駕駛艙內自主化系統”最高能替代五名機組成員。

縱然有這些進展，也不太可能有客運航空公司會率先引進無人駕駛飛機。卡明斯期望聯邦快遞、UPS這些貨運公司會成為第一批將兩名飛行員減少為一名飛行員的飛機運營商。客運航空公司與這些貨運公司使用相同的飛機，只不過那些飛機上沒有載客。這樣就允許相關技術在那些飛機上得到測試。假如那種做法證明是安全的，我們能期待見到貨運航空公司到2035年左右完全舍棄機組人員，她提議道。作為替代措施，以航空公司總部為基地的飛行員會通過衛星監視一支貨運飛機機隊，準備在出現任何故障時承擔控制任務。

但飛行自動化技術能提前獲得成功。研究者相信，由于電推進及智能飛行控制領域的快速發展，飛行汽車或者“個人飛行器（PAVs）”出現的時間也許最終會很近，商業成功的關鍵會是完全自動化。畢竟，學習駕駛飛機要花費幾千英鎊，假如我們中有眾多人要安全地駕駛個人飛行器在擁擠的天空中飛翔，我們會需要有臺計算機來掌舵。“你沒法一方面讓空中出現如今的道路交通量，一方面卻仍然手工進行飛行控制。”英國利物浦大學的工程師麥克·江普（Mike Jump）說道，他參與了 MyCopter項目，該項目在為一種垂直起飛的個人飛行器構建自動化軟件。他預測飛行汽車在2025年能垂直起飛。

毫無疑問，自動化對于航空運營商充滿吸引力：繼燃油之后，員工是航空業的又一項主要開支。資深飛行員的年薪超過24萬美元，需要定期培訓和進修課程，此外還有醫療保健與養老金等福利。他們可以在空中度過的時間也受到嚴格管控。“機組人員有物質需求，嚴格的工作周期和有限的飛行時間。”英國考文垂大學的航空顧問多諾·威爾遜（Donough Wilson）說道。

自動化意味著更佳的燃油經濟性，卡明斯說道——自動飛行系統不會偏離最佳航線，也就不會需要用額外燃料回到正常航線上。對于航空公司的盈虧一覽結算線有利，對環境有利，也有助于調低機票價格，能讓乘客獲益。并且，假如無人駕駛飛機能有助于降低航班之間的周轉時間，或許也對減少航班延誤略有助益。飛機制造商甚至可以重新考慮布局。“無需把飛行員安置在機頭上方，也就無需遵從目前的飛機設計方案。”威爾遜說道。取消駕駛艙能夠向乘客提供通常只有飛行員才能享受到的視野。

當然，對于完全自動化最大的憂慮是假如系統出了故障，機上又沒有飛行員來操控飛機的話，會發生什么事。比如說，人工智能“飛行員”不太可能做出2009年1月切斯利·薩倫伯格（Chesley Sullenberger）在哈德遜河上迫降那樣古怪但卻絕妙的決定，當時薩倫伯格的飛機在紐約上空引擎出了故障，而他的決定避免了傷亡。布萊恩特·沃克·史密斯（Bryant Walker Smith）的說法是大概不會，但航空公司也許準備好接受這種奇特事故的風險了。史密斯是一名在南卡羅來納大學哥倫比亞分校研究風險與技術的律師。“假如自動化最終成功地減少了空難與受傷人數的數量與嚴重程度，那么就算制造商要給更多份額的空難負責，實際風險暴露興許也不會更高。”他說道。

但飛行員不太可能會未經抗爭就讓自己被技術取代。“我們將會只能建造彈力無人駕駛飛機，同時我們能復制人類的知覺、意識、預測能力到機器里，”德·克雷皮尼，“在那之前，唯一有機會拯救人類的是飛行員而已。”

英國航空飛行員協會的發言人理查德·圖默（Richard Toomer）贊同道：“乘客們想要知道他們的命運掌握在兩名受過良好培訓、休息良好的飛行員手中。我們不容看見這種情況在日后任何時候有所改變。”

然而隨著無人駕駛的汽車預計不久后就會駛上公路，人們也許會對完全自動化的交通工具這個想法覺得越來越舒服——卡明斯說她在一項近期的調查中見到一些證據。不過她也承認許多人會不情愿接受無人駕駛飛機。“從兩名飛行員變成一名飛行員會比由一名變成零名容易。”她說道。這是一項同時會面對規章阻力與文化阻力的技術挑戰。

那種文化阻力的根源很深，倫敦皇家自由醫院的臨床心理學家羅伯特·博爾（Robert Bor）說道，他的專長是航空心理學。“歸根結底，是一種沒有掌控局面的原始恐懼。”乘客們想要見到一名有能力的人掌管飛機——假如出了故障，這個人失去的會與乘客們一樣多。盡管飛行員們承認自己常常只是監視著自動化系統，博爾爭辯說乘客們仍然將飛行員視為“在壓力下保持冷靜、身著制服的人，為了我們的利益努力控制好飛機，與機遇搏斗。”卡明斯贊同這種說法，“在艦橋上見到一名詹姆斯·T.柯克（《星際旅行》中的主角）式人物的需要是很強烈的。”

博爾說，一切都會取決于航空工業展示無人駕駛飛機擁有比普通飛機同樣或者更好的安全水平。那么，他會乘坐由機器駕駛的飛機嗎？“我會需要從廣泛的實驗中獲得清楚的證據，表明它是安全的，”博爾說，“但如果別人告訴我明天只有一名人在地面上的飛行員，我會憂心忡忡吧。我會覺得這是強行推銷。 ”

[資料來源：New Scientist][責任編輯：彥 隱]

本文作者保羅·馬科斯（Paul Marks），《新科學家》雜志的資深技術領域撰稿人。