非傳統(tǒng)參與者推動空中交通管理發(fā)展

比爾·凱利

包括小型無人機、城市空中交通、超聲速飛機、商用航天器和高空偽衛(wèi)星（HAPS），以及先進氣球等非傳統(tǒng)航空器的發(fā)展，展現(xiàn)了新的收益潛力，也推動了將為這些飛行器制定空中交通管理政策的發(fā)展。

由于新冠疫情的爆發(fā)，航空業(yè)在過去的一年中收到了巨大的沖擊。出現(xiàn)飛機運行架次大大減少、技術部署放緩、從業(yè)人員待崗等諸多困境。空中交通管理行業(yè)的管理者們正在謀劃未來的場景，并考慮將空域系統(tǒng)中的非傳統(tǒng)參與者納入整個體系。

這些非傳統(tǒng)參與者，包括在疫情期間也仍迅速發(fā)展的小型無人機、城市空中交通（UAM）飛行器、超聲速飛機、商用航天器和高空偽衛(wèi)星（HAPS），以及熱氣球等。

國際民用航空組織（ICAO）表示，新型電動飛行器和噴氣式飛行器可以在性能特征、高/低空飛行以及可選有人駕駛方面設想出不同組合，這推動了制定空中交通管理（ATM）新程序和新法規(guī)的需求。

國際民用航空組織建議：“隨著航空業(yè)出現(xiàn)前所未有的創(chuàng)新趨勢，以及考慮新冠疫情對目前航空業(yè)的影響，長期以來對航空業(yè)未來的設想將得到根本性的重塑。”因疫情而資金難以為繼的空中導航服務提供商和第三方服務提供商，都看到了非傳統(tǒng)參與者成為新營收來源的潛力。

一個典型的案例，肯尼亞民航局（KCAA）已從高空氣球運營中獲得收益。2020年7月，肯尼亞電信公司和阿爾法貝塔旗下的在肯尼亞推出了一項新的移動互聯(lián)網(wǎng)服務。該公司提供了一個由35個氣球組成的網(wǎng)絡基站群，每個氣球均配備LTE無線基站，氣球在東非上空20km的平流層中不斷移動。肯尼亞民航局總干事吉爾伯特·基貝稱這帶來了一筆收入，肯尼亞民航局像對待其他飛機一樣向這些氣球收取導航費。

據(jù)2020年9月中旬的數(shù)據(jù)顯示，美國30個核心機場的航班運營數(shù)量相比正常時期下降了51%。出于這一原因，在因疫情而改為在線舉行的空中交通管制協(xié)會（ATCA）年度技術研討會上，無人機和UAM飛行器的議題占據(jù)了重要地位。

圖1 2020年5月，F(xiàn)AA 發(fā)布了適用于在18300m以飛行器的上層E 類交通管理操作概念第1版。

圖2 2018年8月，一架空客Zephyr S高空偽衛(wèi)星創(chuàng)下近26天的飛行續(xù)航紀錄。

FAA 加強eVTOL審核

FAA適航審定管理機構執(zhí)行總監(jiān)厄爾·勞倫斯將其部門描述為進入空域系統(tǒng)的門戶，他所在的辦公室正在對多個項目進行型號認證（TC），這些項目涉及到電動垂直起降（eVTOL）飛行器和用于基礎設施檢查與送貨任務的無人機。

該部門正在處理30種無人機的型號認證申請。其中，44%的申請人希望根據(jù)第91部通用航空飛行員的操作規(guī)則操控無人機，32%的申請人希望根據(jù)第135部商業(yè)航空承運人提供無人機服務。余下的24%申請人希望根據(jù)第91部和第107部來運營無人機，這兩項法規(guī)適用于重量不到25kg的商用無人機。

勞倫斯在ATCA研討會上說，現(xiàn)在有4項eVTOL飛行器的正式型號認證申請，這些將成為未來的城市空中交通飛機。這些項目不僅僅停留在概念上，而是完全活躍的型號認證項目。FAA在2022年之前有望向其中一種無人機發(fā)布型號證書。

該部門還在處理多個補充型號證書（STC）項目的申請，對現(xiàn)有飛機進行無人、自主化改裝，變?yōu)闊o人機使用，特別是在貨運業(yè)務領域。這些項目都是活躍的STC應用，雖然目前仍主要用于研究，但已開始走向商業(yè)使用。

商業(yè)太空更加頻繁

截至2020年9月中旬，F(xiàn)AA商業(yè)太空運輸辦公室（AST）已經(jīng)批準了32次商業(yè)太空發(fā)射，創(chuàng)下了新記錄。FAA負責商業(yè)太空運輸?shù)母本珠L韋恩·蒙蒂思指出，僅在8月，NASA所支持的發(fā)射數(shù)量就相當于2010至2011年的總和。他在商業(yè)太空運輸咨詢委員會的一次在線會議上說，即使是在全球疫情緊急情況下，商業(yè)太空運輸辦公室仍將迎來有史以來最繁忙的一年，并且在不遠的將來每年將進行50、75、100次發(fā)射。

雖然商業(yè)航天活動有所增加，但FAA還沒有啟動空間數(shù)據(jù)集成器（SDI），該系統(tǒng)可在火箭通過空域時將遙測數(shù)據(jù)傳送到FAA的交通流量管理系統(tǒng)。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，空間數(shù)據(jù)集成器將有助于減少FAA在發(fā)射過程中進行圍欄控制的時間和空間。該系統(tǒng)原定2020年8月投入使用，由于疫情期間而推遲。

FAA副局長丹·埃爾威爾在ATCA研討會上表示，傳統(tǒng)空中交通活動的減少并沒有讓商業(yè)太空運輸辦公室的工作變得輕松。空間數(shù)據(jù)集成器還沒有啟動和運行，發(fā)射依然不容易，因為FAA需要發(fā)放發(fā)射許可證，而發(fā)放發(fā)射許可證的工作情況也沒有改變。現(xiàn)在已經(jīng)能夠更加動態(tài)地優(yōu)化發(fā)射窗口，這是運營商和FAA共同努力的結果，F(xiàn)AA在所保護的空域和窗口開放的時長上都取得了進步。

無人機交通管理

2020年3月，F(xiàn)AA發(fā)布了無人機交通管理（UTM）操作概念的第2版。該文件描述了對在地面以上120m高度飛行的無人機交通進行管理的框架，并涉及穿越G類非監(jiān)管空域（即非管制空域）和其他類別監(jiān)管空域等更復雜的操作。

圖3 2020年9月3日，SpaceX“獵鷹” 9火箭進行“星鏈-11”發(fā)射任務，從佛州肯尼迪航天中心發(fā)射升空。

UTM是NASA在2013年提出的概念，建立在由第三方無人機服務供應商支持的云服務設施上，在FAA的監(jiān)管下，通過網(wǎng)絡信息交換達到協(xié)作管理低空無人機飛行的目的。

FAA已開展第二輪現(xiàn)場演示以驗證UTM的結構。2020年4月，F(xiàn)AA選擇弗吉尼亞理工大學中大西洋航空合作伙伴公司和紐約的格里菲斯（Griffiss）國際機場，在其UTM試點項目下測試第二階段工作中的無人機交通管理服務手段。FAA表示，測試期間收集的數(shù)據(jù)將有助于制定跨機構的UTM啟動計劃。

波音和空客的空中交通管理（ATM）部門共同構想了一個單一集成的空域管理系統(tǒng)，從地面往上延伸并包含所有空域用戶。該部門在2020年6月中旬向國際民航組織的空中導航委員會簡要介紹了這個愿景，發(fā)表了“航空業(yè)新數(shù)字時代”的主題演講。

制造商們希望UTM和ATM融合，利用自動化、數(shù)字化和連通性作為共同主線，將空域領域編織在一起。支撐UTM的這些技術主干將遷移到空域系統(tǒng)中，在很大程度上仍依賴于人類的監(jiān)控干預以及飛行員和管制員之間的無線電通信。

空客副總裁兼UTM負責人德爾波佐表示，為了確保整合不同類型的飛行器，不僅是為了小型無人機，也不僅僅是為了低層空域，UTM是一次巨大的機遇。

德爾波佐在國際民航組織的一次視頻采訪中補充，這是空客與波音共同的愿景，開發(fā)能在全球范圍集成并滿足最終用戶需求的飛行器。需要按照全球標準和全球理解交通管理的方式，以一種可互操作的方式進行管理，這與飛行器的發(fā)展密切相關。波音在一份聲明中解釋了這一聯(lián)合陳述：“這樣做的目的是讓所有航空利益相關方都參與進來，共享對未來空域和交通管理的期望，將新飛行器運營安全納入現(xiàn)有飛機中。”

制定高空飛行管理

2020年5月，F(xiàn)AA發(fā)布了適用于在18300m以上飛行的飛行器的上層E類交通管理（ETM）操作概念第1版。該文件源于NASA艾姆斯研究中心與FAA和航空航天公司于2019年4月和12月共同舉辦的桌面演練，目的是加深對人跡罕至高度上的計劃飛行操作的理解。

參與演練的工業(yè)部門包括AS2超聲速公務機開發(fā)商伊利昂公司（Aerion）、RQ-4“全球鷹”高空長航時無人機制造商諾斯羅普·格魯門、先進高空氣球開發(fā)商潛鳥公司、平流層飛艇開發(fā)商斯凱公司（Sceye），以及太陽能固定翼飛機“鷹-30”（Hawk30）開發(fā)商航空環(huán)境公司（AeroVironment）、“西風之神”（Zephyr）太陽能無人機開發(fā)商空客和“奧德修斯”（Odysseus）高空偽衛(wèi)星開發(fā)商極光飛行科學公司。

FAA稱目前還沒有適用于這一層級的民用飛機運行的空域管理法規(guī)。目前適用的法規(guī)為低空E類空域，受監(jiān)管空域的高度一般不超過5500m，尚未另做分類。ETM將借鑒NASA艾姆斯研究中心對小型無人機構想的UTM結構。

操作概念文件指出：“雖然ETM的開發(fā)可能借助了UTM的概念元素，但它的協(xié)作分離環(huán)境已經(jīng)過修改，以支持這一空域所獨有的特點——長時間飛行、跨國土飛行、差異極大的飛行速度和性能特征以及不同的高空安全風險等。”■

圖4 潛鳥公司高空氣球裝有LTE天線，前面是一個移動式龍門起重機發(fā)射器。