無人機貨物交付服務驅動空中交通管理變革

約翰·克勞夫特

負責空中交通管理的領導們認為，在美國聯邦航空局2025年完成構建的空中交通現代化計劃“NextGen”和歐洲的Sesar同類計劃之后，未來的空中交通管理架構將會是什么樣？這些領導者相信，當兩個計劃都啟動時，不在雷達屏幕上的入侵者——民用無人機，將成為驅動下一個空中交通管理系統（ATM）架構設計的決定性因素。

在最近的世界ATM大會上，新加坡民航局總干事凱文·星說，“無人機就是《星球大戰》系列電影中的外來種族，他們是客觀發展趨勢，抵制是無效的。”

今年2月，新加坡民航局與空客直升機公司簽署了一項協議，以確定如何在人口密集的城市環境上空管理飛行的無人機系統，并提供空中導航服務。“天橋”試驗項目（Skyways）將建立一個用于長期和有效包裹交付的空中基礎設施，空客直升機公司將在一系列試驗后開展更寬泛的交付服務。

谷歌和亞馬遜為盡快建立類似的遞送服務進行了大量投入，響應全球對快速空中投放貨物的迫切需求。實現快速空中投放這一目標需要突破關鍵的飛行器通信和傳感器技術，部署新的高度自動化的空中交通管制系統也同樣關鍵。

部署新的高度自動化的空中交通管制系統可追溯到下一代空中交通管理系統的早期認識。2003年，美國聯邦航空局啟動下一代空中交通管理系統計劃，目標是將基于雷達的空中交通管制（ATC）系統演變成“更加自動化、以飛機為中心、基于衛星的空管系統”，并將操作模式從空中交通管制轉變為空中交通管理。當這些變化正在轉變時，包括部署自動相關監視廣播（ADS-B）等在內的相關技術都是滯后行業發展的。

波音公司空域解決方案和ATM主管尼爾·普朗澤（ Neil Planzer）說：“我們所能做的是，利用新技術對舊系統進行非常完善的更新。下一代空中交通管理系統的演進發展是一場確定性的變革。其中，一個關鍵問題是融合地面系統和現代飛機機載系統的各自優勢，同時又需要確保各自的相對獨立性。真正關鍵的是如何利用好這兩種能力。目前，我們在這點上并沒有做好。”

美國聯邦航空局負責下一代空管系統事務的艾德·博爾頓說，“相比之下，無人機的發展速度簡直可以光速來形容，無人機五年的發展速度相當于載人飛機的20～50年。載人航空的慣性正在發生，部分原因來自航空運輸系統中最大的利益相關者航空公司更關注于下一季度的航線，而不是2030年國家空域系統的體系架構，2030年被認為是下一代空管系統的第二次迭代更新的時間框架。

所謂的無人機交通管理（UTM）的優勢在于，沒有任何基礎和技術快速更新，但也有公司大量投資于開發空中交通管理系統，游說監管者制定有利的規則。

亞馬遜和谷歌公司都開發了超視距空域運營概念原型系統。他們正在與監管機構進行討論，主要利用機場附近的低空“不受控”空域進行試驗。美國宇航局正在積極輔助相關系統研發，利用之前二十年取得的ATM研究成果，自動分離載人飛機。研究成果原本計劃用于下一代空中交通管理系統，但最終沒有取得實質進展。

亞馬遜公司的理念是要求包裹交付的無人機從配送中心攜帶重量不超過55/b的貨物垂直起飛，爬升到200-400ft的高度，然后巡航15km（9.3mi.）到達運輸點，然后垂直下降著陸。亞馬遜公司表示，在美國，每天無人機操作架次的數量將約85000次，與商業、貨運、軍事和通用航空的日常起降架次相形見絀，這要求美國聯邦航空局（ FAA）或在其它國家的空中導航服務提供商（ANSP）對無人機的飛行安全負責。空中導航服務提供商和提供自動化系統的技術供應商正在為此展開競爭。

泰利斯ATM公司是為全球的空中導航服務提供商提供航線、終端和控制塔自動化設備套件的主要供應商，在歐洲也參與了各種UAS項目。泰勒斯ATM公司的戰略和市場營銷副總裁托德·多諾萬（Todd Donovan）說：“當像亞馬遜和谷歌這樣的公司，因為看到了無人貨運公司巨大的市場機會，因而為這些領域投資幾千萬或幾億美元。”托德·多諾萬說，該公司對商業無人機交通管理的業務方向非常感興趣，并正在與客戶交談，并試圖了解他們的能力性能需求。

托德·多諾萬表示：“現實情況是，無人機運營商希望下一代空中交通管理系統在在開始階段建設時就考慮以高水平的自動化設備獲得經濟效益。空中交通管理是一個具有潛力和機會的領域，能夠幫助我們發現空中交通管理系統的下一次革命可能是什么。我認為，我們所有人面臨的挑戰是如何接受它。”