自主“大篷車”拓展無人貨運業務

瑞萊博公司已在美國國家空域成功完成172“天鷹”無人飛行，正在開展自主“大篷車”適航審定。

在為聯邦快遞（FedEx Express）等包裹速運公司提供支線貨運服務中，塞斯納“大篷車”及其飛行員目前每天僅飛行幾個小時。一些欲在貨運市場取得創新發展的初創公司已洞察到新的市場機會，即把飛機改裝成自主無人機，由操控員到地面監督無人機運營，從而提高飛行利用率和經濟效益。

瑞萊博機器人（Reliable Robotics，下稱瑞萊博）公司正在開發一種自主平臺，將塞斯納208“大篷車”（208 Caravan，下稱“大篷車”）飛機進行改裝以完成無人貨運業務。2020年6月，改裝后的“大篷車”在首飛中實現全部測試目標，在飛行測試的第三天也就是6月30日，首次自主著陸測試取得成功。據悉，另一家美國初創公司X翼（Xwing）也把一架“大篷車”改裝為自主無人機并進行測試。

瑞萊博公司背景

瑞萊博機器人公司位于美國舊金山，由太空探索技術公司（SpaceX）和特斯拉（Tesla）公司多名前任工程師創立。瑞萊博聯合創始人兼首席執行官羅伯特·羅斯（Robert Rose）曾在太空探索技術公司主持“獵鷹” 9號（Falcon 9）火箭和“龍”（Dragon）太空艙飛行軟件開發，在特斯拉公司主管“自動駕駛”（Autopilot）輔助轉向項目。瑞萊博另一位聯合創始人兼工程部副部長朱格·費弗爾（Juerg Frefel）曾在太空探索技術主持“獵鷹” 9號火箭和“龍”太空艙計算平臺的開發。

172“天鷹”成功完成無人飛行

圖1 瑞萊博一架改裝的“大篷車”完成自主著陸。

2018年2月，瑞萊博機器人公司在一架塞斯納172 “天鷹”（172 Skyhawk）上安裝了自動化設備，并開展飛行測試，該機于當年10月首次實現自動著陸。

2018年12月，一架172 “天鷹”首次實現全自動、遠程操控進場飛行。經過全面安全性分析后，2019年9月該機經美國聯邦航空管理局批準，進行了首次無人飛行。

2019年3月，瑞萊博機器人完成B輪融資，共籌集資金3350萬美元，繼續開展172 “天鷹”和208“大篷車”的大量模擬測試。

自主平臺開發

瑞萊博自主平臺的核心層是電傳操縱控制系統，負責控制飛行器沿航線穩定飛行。在核心層之上，是自主平臺的一個外環層，執行航跡定義和管理其他無人機系統。外環層的上面一層負責處理無人機外部問題，而最上面一層實現整個系統遠程控制。

自主平臺全部由瑞萊博機器人公司內部開發，使飛行器自主完成多個從啟動、滑行、起飛、降落、滑入跑道和停止的進場過程。該系統將與傳統控制裝置和儀器安裝在一起，使飛行器仍能以有人駕駛模式飛行。

2017年瑞萊博推出該產品時，認為可以整合其他供應商的系統，但找不到合適的現成組件，雖然可以買到已取證的航電計算機，但沒有能為一架飛行器提供自動化功能的計算機、內存和輸入/輸出設備。之后，該公司開發了電動作動器，因為現有作動器無法使各型飛行器在所有飛行階段完成自動駕駛飛行，也不能滿足性能、完整性和可靠性要求。

瑞萊博機器人司開發了自己的導航解決方案，當飛行器全自動著陸時，即使沒有GPS信號，也能提供高精度坐標。雖然瑞萊博未公布導航解決方案的細節，但表示應用了航天工業的普通技術，并參考不同導航系統提供的各種信息。感知與規避系統開發將盡可能整合現有產品資源，并同時使用機載和非機載信息。

機載系統可以檢測出問題并提供選項菜單，供地面控制中心操控員使用，以便能對自主性進行全面監督。遠程操控員看到的是涵蓋所有選項的先進控制界面，并在該界面參與高級決策，例如，當另一架飛行器影響“大篷車”飛行時，操控員將調整其航線。

開展適航審定

瑞萊博非常重視“大篷車”的適航審定，正在開展美國聯邦航空管理局（FAA）補充型號適航審定，目標是兩年內投入商業貨運運營。首席執行官羅斯表示必須成為運營商，因為適航審定要求遠不止飛行器平臺。第一次審批將包括遠程操控員培訓等在內的整體審批。

圖2 172“天鷹”已在美國國家空域成功完成無人飛行。

瑞萊博開發的自主平臺分為多個層級，以逐步開展美國聯邦航空管理局適航審定。羅斯稱，借用大家都在討論的“小型化產品發展”概念，可將瑞萊博開發的多層級自主平臺稱為“小型化自主性發展”，這意味把問題分解為容易解決的小問題，逐步推動并最終完成適航審定。層級將全系統劃分為從飛行器適航審定到飛行標準等幾個部分，可向美國聯邦航空管理局不同部門申請適航審定。

羅斯稱，與其他公司的不同之處在于，瑞萊博著眼于系統性解決問題，以及如何將所有問題整合在一起，創建一個完整的適航審定過程。在首次適航審定時，機載系統、通信系統、地面網絡和控制中心均需要開展適航審定，必須解決維修計劃和操控員培訓問題。因為在可預見的未來，操控員在地面遠程監督這些系統，隨之而來的是滿足維修要求和第135部及121部運行要求。