自主式補給無人直升機開始飛行驗證

時杰

為期5年的“自主航空貨運/通用系統”（AACUS）科研項目是美國國防部迄今關于自主控制的最大研究項目。AACUS是響應美國海軍陸戰隊緊急作戰需求而構思，這個需要要求無人直升機將貨物運送到沒有數字地圖和GPS的著陸區，具有自主規避航線上障礙物的能力，并可在有限的空間內選擇安全著陸點。

極光飛行科學公司按照美國海軍研究辦公室（ONR）“自主航空貨運/通用系統”（AACUS）項目開發的自主無人直升機已開始飛行驗證。

AACUS的飛行驗證

2017年12月晴朗、寒冷的一天，極光飛行科學公司在弗吉尼亞州的一個城市訓練基地開展了AACUS項目的飛行驗證。一架無人直升機在美國海軍陸戰隊匡提科（Quantico）基地的兩個著陸場之間運送補給品。試驗看起來非常容易，但設在模擬村子附近帳蓬里的一排屏幕上顯示，這架自主無人直升機在很費力地工作。

一名俯瞰著陸區的水兵，在一個簡單的平板電腦顯示屏上錄入運送補給品請求。在數千米以外的地方，無人直升機自主規劃其遞送補給品的航線。

地面站操控員審查和預設航線，并操控無人直升機起飛。爬升后，無人直升機搭載的激光傳感器掃描地形、樹木、電線和其他障礙物。若探測到航線上有樹，無人直升機則在飛向目的地之前，將爬升到較高、較安全的高度。

無人直升機在航線上不斷掃描，為避開探測到的障礙物，無人直升機將略微調整其規劃的飛行航線。在著陸區等待的水兵，探測到危險物的出現，可能是有人想越過清空的著陸區，水兵立即按平板電腦上的一個復飛按鈕，無人直升機則自主執行360。轉彎，返回到規劃的航線，在接收到解除警報的信號后繼續飛行。

在接近模擬的村子時，前視激光傳感器集中掃描著陸區，對墻和其他可能的障礙物進行測繪，估算地形的傾斜度和粗糙度，然后系統自主調整到安全的著陸地點。

在最后進近階段，系統探測到著陸區的一個小型障礙物，一只鵜鶘籠子，并使無人直升機側向移動，使其在著陸時，障礙物在旋翼的旋轉范圍之外。降落后，有人跑向無人直升機，將補給品卸下來。然后當該區域被清空后，小山上的水兵便按平板電腦上的一個按鈕，使無人直升機返回基地。

這些飛行驗證是AACUS項目的結束演示。這個為期5年的科研項目是美國國防部迄今關于自主控制的最大研究項目。AACUS是響應美國海軍陸戰隊緊急作戰需求而構思，要求無人直升機將貨物運送到沒有數字地圖和GPS著陸區，具有自主規避航線上障礙物的能力，并可在有限的空間內選擇安全著陸點。AACUS被設計成是一種自主裝置，可安裝在任何旋翼機上，將它轉換成補給或救援平臺。

后續的試飛

今后兩年內，美國海軍研究辦公室計劃進行一系列操作試驗來確定對海軍陸戰隊MUX項目的自主控制要求。MUX是海軍陸戰隊的大型多用途遠程無人機，可能于本世紀20年代初作為與陸軍的聯合項目出現。

美國海軍陸戰隊戰斗實驗室在2018年春天開始的“海龍”（Sea Dragon）2025的第2階段綜合訓練中，將采用上述ACUSS試驗直升機，即極光公司從一架UH-1H改裝的，具有自主能力的AEH-1無人直升機進行試驗。“海龍”訓練重點是試驗后勤技術。

接著是美國海軍航空系統司令部于2018年8月驗證其吊掛載荷操作，10月驗證著艦操作。美國陸軍和海軍航空系統司令部計劃在201 9年3月驗證將包含自主醫藥補給和傷亡撤離，一些可由未來MUX執行的任務。

2011年至2014年，美國海軍陸戰隊曾在阿富汗部署兩架洛馬/卡門公司的K-Max貨運無人直升機，為前線基地提供補給，從實戰中學到了如何在地面控制這些飛行器的有價值知識。但ACUSS與它完全不同，需要有自主控制能力。

AEH-1試驗機

AEH-1作為AACUS的試驗機，已被改裝成一個具有數字式飛行控制系統的無人直升機。AEH-1采用羅克韋爾·柯林斯公司的飛控計算機，來驅動與該無人直升機艙底下與機械控制系統連接的伺服作動器。AACUS裝置在波音公司的UH-6“小鳥”無人直升機和貝爾206直升機上試飛后，安裝于AEH-1。

AEH-1無人直升機的機頭、機腹和尾桁處分別安裝了激光雷達傳感器，可對無人直升機的任務環境進行測繪。近地自主公司已與極光公司一起研究此感知系統。為表征著陸區的實景，系統還采用了不同波長的攝像機，系統因此能知道著陸區是堅實的土地，還是長滿百合的池塘。這些傳感器還用于視覺測程法（Odometry），采用攝像機圖像在無GPS的情況下，為無人直升機導航。

機頭上安裝的威力登（Velodyne）公司的激光雷達作為主傳感器，掃描飛行中和著陸區的障礙物。它在飛行過程中旋轉，掃描范圍為270 °。其數據為由塊組成的3D數據格網（即由激光雷達產生的一種數字地圖），根據激光雷達的回波，這些塊可標記為空的，或占滿的。取決于飛行階段，基于所需的分辨率，這些塊可變大或變小。在接近目的地時，前視傳感器集中掃描著陸區的更窄范圍，以探測小物體。當無人直升機進近時，這可使自主系統選擇一個安全的降落點，而無須先飛越著陸區。

AEH-1也可選擇由飛行員駕駛，而當以自主模式飛行時，機上配備一名安全飛行員。這樣就可以用安全和高效的方式迅速擴展系統的工作范圍。選擇有人駕駛可使此原型機集中于研發自主控制，而不是飛行器管理，由飛行員操作發動機，并在自主系統工作不好時接管對直升機的控制。

裝在座艙中的一個由NASA研發的“天上公路”顯示器會把自主系統計劃執行的工作及其原因告訴飛行員。而地面站和平板電腦上由庫塔（Kutta）技術公司研發的等效狀態知曉顯示器則使操作員和用戶了解無人直升機的飛行情況。

AACUS被設計成像飛行員那樣駕駛無人直升機。使用者經不到半天時間的培訓，就能使用平板電腦上的一個APP將此無人直升機召喚到他面前，而且它可像由飛行員操縱那樣自主飛行到著陸區。

AACUS可使自主式無人直升機在無任何航空知識的使用者操控之下，飛到沒有任何地面基礎設施的著陸區著陸。

極光公司將AACUS設計成平臺通用的便攜式任務裝置，而且采用開放結構，可按無人直升機不同的尺寸和速度增加或減小裝置的大小。系統的每個部件都可在無人直升機間通用。其由卡內基·梅隆大學開發的航跡和航路規劃算法可移用到各型無人直升機上。傳感器是模塊式的。飛行器性能模型可通過輸入飛行手冊適合不同的無人直升機。

雖然AACUS的一個目標是用于美國海軍陸戰隊提出的MUX無人機，但此自主技術可用作任何電傳控制直升機的飛行員輔助裝置，提高視覺不良環境下的操作安全性。它還可使任何有人或無人直升機的飛行控制自主化。美國海軍陸戰隊已與陸軍在一架馬洛伊（ Malloy）航空公司的小型貨運無人機上聯合試驗此感知系統，并考察步兵作戰單元如何在建制上采用這種能力。

美國海軍陸戰隊對自主補給的興趣由其向分布式作戰方式的演變所引起，此種作戰需要支援分布在廣大地理區域的小型作戰單元，需要將補給品迅速分送到前線。在AACUS項目下研發的自主能力還可用于包括電子戰在內的其他任務，以及支援班這樣的小型作戰單元。

（責任編輯：劉英姿）