会有阻力,但无机组飞机正在前来

据去年波音公司的《飞行员展望》(Pilot Outllook) 报告估计,未来 20 年民用航空业将需要 79 万名新的商业飞行员。其中,亚洲需要 26.1 万名,北美需要 20.6 万名。解决这个问题的一种方法是开设更多飞行学校。另一种是降低对飞行员的需求,这就要求技术进步。

在航空史上,自动驾驶仪的发明出人意料的早——1912 年,仅仅在莱特兄弟首次飞行之后不到十年。它使用陀螺仪和高度计来操作飞机的控制面,使其直线飞行并保持水平。从那以后,自动驾驶仪已经演变成了飞行管理系统,可以控制飞行过程中除滑行和起飞外的几乎所有部分,如今甚至连这两个动作也开始自动控制了。正如最近的事故所示,当生命受到威胁时,飞行管理系统仍然没有完善到可以完全信任。但是在当今世界,美国「全球鹰」无人侦察机定期执行军事任务,人们谈论无人驾驶汽车好像它们近在眼前,民用飞行机组到底需要多少人显然也是可以讨论的。

对于武装部队来说这也是一个直接相关的问题。特别是无人机可以用于执行那些对人来说过于危险的任务,或许是有人驾驶的飞机没有能力执行的任务。这可能会改变未来战争的方式。

空客和波音至少都在为单人驾驶的商业航空做准备。这样的未来不仅需要可靠的飞行管理系统,还需要重新设计驾驶舱以适应单人操作。两家公司都在测试这种驾驶舱的模拟器。航空公司对此十分热衷。瑞银去年发布的一份报告显示,改为单人驾驶每年可为全球民航企业节省 150 亿美元。完全无人驾驶将使这一数字增加到 350 亿美元。

改为单人驾驶的话,一旦出现让这唯一一位机组人员无法工作的紧急身体状况,飞行管理系统就必须能胜任接管飞机,飞往附近的机场并安全降落。就实际效果而言现在就已经是这样了。人类的干预只有在起飞过程中才被广泛认为是必要的。飞行员工会表示,他们担心单个飞行员能否应对飞机本身的问题带来的紧急情况,例如发动机故障。但是,到底有多大的必要让两名机组人员来处理这种特殊情形尚存争议。

货物自己飞

即便如此,自动飞行系统也是航空技术固有的保守性最为凸显的一个领域。例如,民用航空的飞行控制软件不能轻易地利用人工智能的「深度学习」能力。监管机构不愿意批准任何他们无法理解的东西。但使用深度学习的意义恰恰在于,它会以不可预测的方式自行调整以应对环境。这将带来巨大的好处,因为它将允许各架飞机的自动驾驶仪相互学习经验。

这样看来,在民用航空中,客机还可能会保持双人驾驶一段时间。但对货机来说就不一定了。只要技术上可以实现,没有客户会阻止单人驾驶甚至完全无人化。如果无人驾驶货机被证明是安全的,那么在无人驾驶汽车也变得司空见惯的世界里,乘客的态度可能会改变。

在美国的武装部队中,下一批可能去掉飞行员的飞机是直升机。大部分相关工作是在美国国防部的研究机构——国防高级研究计划局 (DARPA)——的支持下进行的。作为其 ALIAS (驾驶舱机组成员自动化系统) 项目的一部分,西科斯基飞机公司 (Sikorsky Aircraft Corporation,洛克希德·马丁公司的直升机部门) 改装了该公司的一款 S76-B 商用机型,使之几乎可以自主驾驶。

西科斯基的创新副总裁克里斯·范布伊滕 (Chris Van Buiten) 发现,驾驶直升机远比驾驶飞机难得多。直升机在空气动力学上是不稳定的,所以单是直线飞行和保持水平这样的操作都是一种挑战。但之所以要用直升机就在于它不仅仅能直线飞行和保持水平。它可以左右闪避,绕开障碍物,这就使它可以贴地飞行——所有这些都增加了驾驶员尝试控制它时的脑力消耗。而且它经常在那些让固定翼飞行员踌躇不前的天气状况下出动。

该公司将它实验性的直升机副驾驶称为 MATRIX,它配备了一个中央处理器,可接收来自各种传感器的信号,并将这些信号与来自全球定位系统 (GPS) 和其记忆库中存储的本地地形图综合。然后,处理器向位于飞行器机身周围不同位置的致动器发送适当的信号以控制其机械系统。任务指令本身由 MATRIX 的人类指挥官通过平板电脑给出,但范布伊滕希望语音识别系统很快就会变得足够可靠,让人可以口述指令。

MATRIX 的一个优点是它的响应比人类飞行员快得多。这在正常情况下很有价值,而在紧急情况下可能性命攸关。例如,它可以对发动机故障做出反应,为若干种强制着陆的选项评分,并在百分之一秒内找出最安全的选项。而人类飞行员要搞清楚发生了什么就要花费几秒钟。

将在今年秋天进行的下一步是在西科斯基的「黑鹰」直升机上测试这套系统。届时,在许多情况下它真的都将独当一面。正如范布伊滕所说,战地指挥官有两个选择:派出一名人类飞行员,或干脆不用。

ALIAS 背后的想法并不局限于直升机。直到 2017 年,DARPA 一直都是双管齐下——它的另一项工作是赞助波音的子公司极光飞行科学 (Aurora Flight Sciences) 打造一个系统,以实体设备取代固定翼飞机驾驶舱中的副驾驶。极光提出了两套设备方案来完成这项工作。一套用专门设计的操纵器来操作飞机的操纵杆和踏板。另一套用改造的商用机械臂来拉动适当的控制杆,拨动相关的开关。该系统还有视觉。它不是连接到飞机的传感器,而是直接读取仪表盘显示然后做出反应。

这种做法的优点显而易见。通过适当的编程,它就可以把任何现有飞机变成无人机。极光在两种类型的固定翼飞机和 UH-1「伊洛魁」(Iroquois) 直升机上进行了测试。它甚至曾在波音 737 的控制台上一展身手——虽然控制台是安装在飞行模拟器而不是真正的飞机上。

无影无踪

所有这些辛勤工作最后怎么样了是一个谜。虽然 DARPA 已经停止为由极光负责的那部分 ALIAS 项目付款,但该公司拒绝评论它接下来要怎么干。不过在公司网站上还能找到这个项目,现在被称为「机器人副驾驶」(Robotic Copilot),并被描述为「概念开发计划」。而无论是军用还是民用,不用做多少改动就可以控制现有飞机的想法似乎都很有吸引力。

对于未来的无人驾驶飞机,从一开始就设计为无人控制有很大的好处。这种飞机既不需要驾驶舱也不需要生命支持系统。此外,由于不需要维持人类飞行员的生存,它们的加速可以比有人机更快,飞行也更灵活。

这种灵活性和加速度对战斗机来说尤其有利。而且,虽然全自主机器人战斗机尚未问世,但某种和它很接近的东西很快就会起飞了。其思路是把攻击机编为小型飞行中队,只需要一个人担任中队长。

洛克希德·马丁公司在 2017 年测试了这一想法,把一架 F-16 (一种已经开始显得老式的战斗机) 改造为无人机,接受有人驾驶的长机的指令。在加州爱德华兹空军基地进行的这番测试据称取得了成功。一种可能的前景是以这种方式改装和部署美国空军中越来越过时的 F-16 机队,而人类「主持人」坐在一个更现代的飞机——大概是 F-35 中——指挥护卫队的行动。另一种对未来的构想是这些编队中的机器人飞机,也就是所谓的「忠诚僚机」,是专门建造的。事实上,波音似乎已经把「忠诚僚机」(Loyal Wingman) 这个称法拿过来并首字大写,用来描述它在 2 月 26 日发布的「空中力量编队系统」。

波音的产品长 12 米,大约是 F-35 长度的四分之三。原型机应该会在明年试飞。有趣的是,公告是在澳大利亚发布的,原型机也将在澳大利亚生产——因为空中力量编队系统是与澳大利亚空军合作开发,意在从一开始就可供美国最亲密的盟友使用。澳大利亚显然排在第一个。

波音的忠诚僚机并非绝无仅有。加州公司 Kratos 生产给飞行员做标靶练习的无人机,也在从事相关研发。它的第一款测试机 UTAP-22 MAKO 基于标靶无人机设计,自 2015 年以来一直在飞行。XQ58a「女武神」(Valkyrie) 是一款更先进的机型,于 3 月 5 日在亚利桑那州的尤马试飞成功。关于「女武神」的细节很少,但从它的图片可以看出其设计师广泛使用了隐形技术。

在军用无人机领域,美国目前只有一个公开的竞争对手:以色列。它的国营军工企业以色列航空航天工业公司生产一种名为「苍鹭」(Heron) 的侦察无人机。相比之下,欧洲还在迎头追赶,而中国几乎悄无声息。

美国无人机的欧洲竞争对手的名字可真够简洁的:「欧洲中空长航时遥控驾驶航空器系统」。它是空客与法国达索飞机制造公司 (Dassault Aviation) 及意大利的莱昂纳多公司 (Leonardo) 合作的产品。它应该在 2025 年前就可以部署。但欧洲没有「忠诚僚机」的对等计划。中国的军用无人机计划由总部设在辽宁的国有企业沈阳飞机工业公司负责,它是中国航空工业集团的子公司。该公司开发了一系列实验无人机,名为「风刃」、「云影」和「利剑」等。然而据本刊所知,中国尚未有用于量产的军用无人机。

与此同时,美国的设想还不只是「忠诚僚机」。DARPA 和美国空军似乎都试图缩小无人机的尺寸,而希望增加数量。DARPA 称之为「小精灵」(Gremlins) 项目。它是 2016 年出版的美国空军《小型无人机系统飞行计划》的核心。

「小精灵」无人机长约 4 米,翼展 3.5 米,由运输机在半空投放,如果在任务中幸存的话,再由同样的母舰或类似的飞机在空中接载回收。DARPA 的「小精灵」项目合同由位于阿拉巴马州的 Dynetics 公司负责,该机型首次测试安排在今年晚些时候,将从一架 C-130 的尾部投放它们。「小精灵」的尺寸劣势将用数量弥补——其思路是像一群黄蜂涌向野餐食物那样压倒敌人的防御。如果它奏效的话,将创造一种全新的空战模式。