輕型無人機“空中快遞”適航與監管要求初探

程雨佳++鞏天琛

【摘 要】隨著“無人機快遞”的提出和實施，針對輕型無人機的適航與監管工作日益重要。2015年4月，FAA向亞馬遜和谷歌公司發放輕型無人機“空中快遞”飛行試驗許可，2016年6月，FAA頒布14CFR Part 107《輕型無人機系統》，制定了輕型無人機運行監管要求，標志著輕型無人機“空中快遞”快速發展的開始。本文對“空中快遞”輕型無人機在設計、驗證、制造、運行和維修五個方面的適航與監管要求進行了初步探討。

【關鍵詞】輕型無人機 空中快遞 適航 運行監管

【Abstract】Along with the proposal and practice of “small unmanned aircraft express”， the airworthiness and regulatory of small unmanned aircraft gets more crucial.In April 2015， FAA granted flight experiment permission to Amazon and Google for their “small unmanned aircraft express” program. In June 2016， FAA published 14CFR part 107——Small Unmanned Aircraft Systems， to supervise the operation of small unmanned aircrafts. The airworthiness and regulatory policies in design， verification， manufacture， operation and maintenance of “small unmanned aircraft express” are discussed.

【Key words】small unmanned aircraft； aerial express； airworthiness，；operation regulatory policies

隨著電子商務的迅猛發展，龐大的網購訂單量給傳統快遞行業帶來了巨大的壓力。由于人工投遞的延誤率、損毀率和丟失率較大，以及偏遠地區的投遞難度大，使得傳統快遞行業的運營、管理和人力成本逐年增加[1，2]。傳統快遞行業的運作模式急需調整，快遞市場需要比人工送件更加方便、更加現代化的無人送件系統，這為無人機投送快遞提供了必要性。

2016年，美國《航空周刊》創刊100周年之際，評出共18項未來20-40年具有發展前景的航空航天技術，其中無人機技術名列第一。近年來，我國民用輕型無人機市場進入快速成長期，預計2025年，國內無人機市場總規模將達到750億元人民幣，輕型無人機空中物流將是民用輕型無人機主要發展方向之一。

近年來，美國谷歌公司、電子商務巨頭亞馬遜公司以及國內順豐快遞等公司都在研發“空中快遞”無人機系統[3-5]。谷歌公司“Project Wing”無人機快遞項目的研制目標是運用無人機快速遞送商品，無人機重8.5千克，可運送1.5千克貨物。亞馬遜公司“ Amazon Prime Air”無人機快遞項目的目標是在30分鐘內將貨物送達客戶，“Prime Air”最多能裝載重量為5磅（約2.27千克）的貨物，目前亞馬遜86%快遞貨物低于這個重量。圖1為亞馬遜Amazon Prime Air輕型物流無人機。我國的順豐公司也開展了無人機快遞項目，其目的是通過輕型無人機快速運載包裹，解決偏遠地區的配送問題，可有效擴大順豐公司服務能力，提高物流網絡覆蓋率。

2015年4月，美國聯邦航空管理局（FAA）向亞馬遜和谷歌公司發放輕型無人機“空中快遞”飛行試驗許可，在美國6個無人機系統試驗場開展飛行試驗，并重點開展相關標準的制定工作，標志著輕型無人機“空中快遞”快速、有序、規范化發展的開始。

雖然輕型無人機“空中快遞”項目快速發展，但是多數處于自主發展狀態，如何能夠規范化、標準化，得到適航當局（如中國民用航空局CAAC、歐洲航空安全局EASA、美國聯邦航空管理局FAA等）的監管、認可和批準，需要依據適航規章與適航程序從設計、驗證、制造、運行和維修五個方面逐步表明適航符合性，才能真正實現輕型無人機“空中快遞”合法商業化及其監管標準化。下面根據現行適航政策，結合國外適航規章，對輕型無人機的適航性設計、適航驗證、制造符合性檢查、運行監管及維修方面的要求進行初步探討。

1 輕型無人機的適航性設計

物流輕型無人機應依據適航規章CCAR-23《正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規定》或CCAR-27《正常類旋翼航空器適航規定》制定“物流輕型無人機適航設計要求”，獲得適航當局批準后開展以下幾個方面適航性設計工作：

（1）航空器結構：機體結構、飛行控制面；

（2）航空器系統：動力系統、航電系統、導航、飛行控制管理系統、自動駕駛、控制鏈路；

（3）貨運系統：貨運設備及其連接設備；

（4）地面支持設備：包括發射和回收系統、地面數據終端、發電機和功能設備。

2 輕型無人機的適航驗證

適航符合性驗證是為了保障民用航空活動安全，采用不同的說明和驗證方法獲得所需的證據資料向審查方表明產品對于適航條款的符合性[6]。根據CCAR-21《民用航空產品和零部件合格審定規定》中21.171條規定，國內輕型無人機需要獲得特殊適航證[7]，因此物流輕型無人機需要開展以下幾個方面的適航符合性驗證工作：

（1）航空器性能特性：最大高度、最大續航時間、最大航程、空速、最大爬升率、最大下降率、最大滾轉角和盤旋律限制。

（2）航空器結構：結構詳細說明（包括結構圖紙、設計報告等）、材料規范、制造工藝規范、結構強度分析、試驗室試驗以及飛行試驗。

（3）航空器系統：各系統詳細說明（包括系統架構圖、設計圖紙等）、系統仿真分析報告、系統備份方案、驗證試驗等，其中適航驗證試驗主要驗證各系統在極限的高低溫環境、氣流環境、雷電環境、電磁和地磁干擾環境下的穩定性以及導航系統的精準飛行和響應能力。

（4）貨運系統：貨運系統安裝圖、強度分析、驗證試驗。重點是對輕型無人機加裝貨運系統后，需要對外形、重心等參數變化對飛行穩定性影響進行極限邊界的分析和驗證。

（5）應急情況：分析和驗證在嚴酷的各種自然環境和人為環境、甚至是人為威脅和打擊的情況下、保持繼續飛行的能力；對于各種故障無法保持飛行狀態情況，裝機能量（考慮裝貨情況最大起飛重量條件下的沖擊能量）對地面人員和財產造成危害以及必須應急著陸時對地面人員及物品的危害減災能力進行分析和試驗驗證。

（6）地面支持設備：地面使用的所有設備，包括發射或回收系統、地面數據終端等詳細說明及其功能驗證試驗。

3 輕型無人機的制造符合性

制造符合性檢查是型號合格審定過程中的一項重要內容，制造檢查代表按國家有關規定，通過對民用航空產品和零部件實施審定和監督，確認航空產品和零部件的制造、試驗、安裝等符合經批準的設計[8]。2011年，中國民用航空局適航審定司發布管理程序《航空器型號合格審定程序》（AP-21-AA-2011-03-R4）[9]，輕型無人機的制造符合性檢查應根據該管理程序，制定“物流輕型無人機制造符合性檢查要求”，獲得適航當局批準后開展制造符合性檢查工作，主要包括地面試驗、飛行測試試驗件、貨運系統以及輕型無人機零部件的制造符合性檢查工作。

4 輕型無人機的運行監管

4.1 美國對輕型無人機的運行監管

2016年6月21日，FAA正式頒布14CFR Part 107《輕型無人機系統》。該規章規定了55磅（25公斤）以內輕型無人機在國家空域系統的運行要求。14CFR Part 107輕型無人飛機系統由A、B、C、D四個分部組成，共44個條款，其中，A分部為總則（107.1～107.9），B分部為運行規章（107.11～107.51），C分部為無人機操控員適航審查（107.53～107.79），D分部為豁免（107.200～107.205）[10]。物流輕型無人機在符合14CFR Part 107《輕型無人機系統》44個條款的基礎上，對其中與輕型無人機快遞運行監管直接關聯的6項條款應重點關注，并在設計、驗證階段表明適航符合性。

（1）重量（FAR107.3）。輕型無人機是指起飛重量小于55磅（25kg）的無人飛機。定義了輕型無人機航空器與快遞貨物的最大重量值。

（2）速度（FAR107.51）。輕型無人機最大地面速度為87節（100英里/小時），該速度限制是必須的，當物流無人機發生應急情況時，飛行速度越大造成的對人員、財產和其他航空器的風險越大，而且更低的速度限制將為無人機操縱者的感知和避讓提供充裕的時間。

（3）危險品運輸（FAR107.36）。物流輕型無人機不能運輸危險品，《中國民用航空危險品運輸管理規定》（CCAR-276）給出了具體規定，“空中快遞”須嚴格執行，并應得到嚴格的監管。

（4）飛行中的應急情況（FAR107.21）。FAR-107規定飛行中如果出現應急情況，無人機操控員必須馬上采取措施，并要求事后書面報告局方。該條款要求無人機操控員針對本次物流飛行路線、使用環境、裝載貨物等因素可能出現的應急情況都有明確的處理程序，并已經得到適航當局批準。同時，事后需要書面報告適航當局。

（5）危險運行（FAR107.23）。不允許輕型無人機上墜落任何物品對人員和財產造成風險。該條款對輕型無人機及其貨運系統的安裝及連接提出了適航性設計與驗證要求。

（6）飛行前的檢查（FAR107.49）。確保輕型無人機運輸的任何貨物是安全可靠的，不能對飛行特性和無人機可操控性產生影響。該條款要求輕型無人機加裝貨物后，本次飛行前需要開展加載貨物后造成的航空器外形、重心等參數變化對飛行穩定性的影響進行分析，確定其在已驗證的極限范圍之內才允許本次飛行。

4.2 我國對輕型無人機的運行監管

目前，我國尚未發布無人機運行監管的適航規章。但中國民用航空局飛行標準司、運輸司等部門頒布了多項法規，對我國的無人機運營展開監管工作[11-13]。

2013年11月18日，中國民用航空局飛行標準司發布咨詢通告《民用無人駕駛航空器系統駕駛員管理暫行規定》（AC-61-FS-2013-20），主要解決無人機的駕駛員資質管理，并規定重量小于等于7公斤的微型無人機，飛行范圍在目視視距內半徑500米、相對高度低于120米范圍內，無須證照管理，但應盡可能避免遙控飛機進入過高空域；重量等指標高于上述標準的無人機以及飛入復雜空域內的，駕駛員需納入行業協會甚至民航局的監管。

2015年底，中國民航局運輸司根據《中華人民共和國民用航空法》、《通用航空經營許可管理規定》組織制訂了《使用民用無人駕駛航空器系統開展通用航空經營活動管理暫行辦法》（征求意見稿），并于2016年1月8日前公開征求意見。該辦法適用于使用無人機開展無人機駕駛員培訓、貨物（郵件）運輸、空中噴灑（撒）、電力作業、航空探礦、航空攝影、空中拍照、空中巡查、空中廣告、海洋監測、氣象探測、科學實驗等通用航空經營活動的監督與管理。

2015年12月29日，中國民用航空局飛行標準司公布咨詢通告《輕小無人機運行規定（試行）》（AC-91-FS-2015-31）。該AC規定III、IV、VI和VII類民用無人機應安裝并使用電子圍欄、接入無人機云，并對上述類別無人機在機場凈空區和重點地區的管理作出了相關規定。

5 輕型無人機的維修

依據FAA AC107-2《輕型無人機系統》的規定，物流輕型無人機維修包括計劃和非計劃的修理、檢查、更改、置換以及系統軟件升級[14]。無人機制造方可以提供維修手冊，如果沒有，物流輕型無人機申請方需要編制相關文件，維修人員必須依據維修手冊開展工作。

非計劃維修，如果發現存在超手冊的維修項目，輕型無人機申請方必須更新超手冊的項目進入維修計劃。如果存在超手冊的維修項目，輕型無人機操控員不允許開始飛行，直至該差異得到修正并貫徹。

6 結語

隨著美國與歐洲的無人機監管政策陸續出臺，對無人機的分類管理趨勢逐步清晰。2015年4月FAA向亞馬遜和谷歌公司發放輕型無人機“空中快遞”飛行試驗許可，在“空中快遞”無人機適航性設計與驗證方面積累了豐富的經驗，2016年6月21日FAA頒布了《輕型無人機系統》，制定了輕型無人機運行監管的標準化要求，為“空中快遞”輕型無人機快速發展奠定基礎。我國應當密切跟蹤國際上物流輕型無人機適航以及監管政策發展動態，結合我國自身特點，制定適應于我國航空安全管理的政策和適航性設計與驗證要求，逐步使其規范化、標準化，確保民用輕型無人機產業健康穩定發展。

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[13]AC-91-FS-2015-31，輕小無人機運行規定[S].中國民用航空局，2015.

[14]AC107-2，Small Unmanned Aircraft Systems[S]. FAA，2016.