無人飛行器 (UAV) 不再只是極客車庫裡的玩意兒或軍用工具，它們執行的偵察任務對人類來說過於危險。它們正越來越多地被用於科學研究。今年春天，一架致力於科學研究的無人機創造了空中歷史。
5月6日，一架名為“暴風雨”的小型飛機成為首架正式的無人機，攔截了超級單體雷暴，這是一種產生龍捲風的風暴。這架飛機及其來自科羅拉多大學博爾德分校（C.U. – 博爾德）的工程師團隊和來自內布拉斯加大學林肯分校的氣象學家團隊是100名追風科學家組成的大型艦隊的關鍵組成部分，他們正在進行歷史上規模最大的龍捲風研究。這項為期兩年的實地實驗被稱為VORTEX 2，從今年5月1日持續到6月15日，將幫助科學家更好地瞭解龍捲風何時以及如何形成。各小組在中西部地區緊密隊形行進，追逐幷包圍龍捲風風暴，使用移動雷達車、風速計、雨滴譜儀和氣球發射器測量風速、溫度、溼度和壓力。
新增到此列表中的“暴風雨”被設計為佔據中心舞臺，飛入超級單體的後側翼，高度為地面以上 150 至 300 米——這是一個收集當前儀器或任何有人駕駛飛機都無法獲得的資料的理想位置。現在，它已經完成了首次資料收集飛行，“暴風雨”已準備好在本龍捲風季節的剩餘時間內繼續這項工作。
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但這並非如此簡單：美國聯邦航空管理局 (FAA) 的規定限制了“暴風雨”在“龍捲風走廊”——美國落基山脈和阿巴拉契亞山脈之間的區域內自由飛行。目前，研究人員只能在科羅拉多州東北部以及堪薩斯州和內布拉斯加州部分地區約58個小塊土地上工作，每個區域面積約為 1000 平方公里。僅在這些地區獲得飛行許可就需要與美國聯邦航空管理局協調三年。研究人員必須提交 60 份申請，才能免於遵守針對有人駕駛飛機的所有規則。
當科羅拉多大學無人飛行器研究與工程中心主任布萊恩·阿格羅宣佈他希望申請從內布拉斯加州中部到德克薩斯州狹長地帶的整個區域——一個龍捲風集中的區域時，美國聯邦航空管理局的成員發出了明顯的驚歎聲。目前，美國聯邦航空管理局已凍結進一步的飛行申請。
該機構的資源不堪重負，無人機不符合現有的程式和協議。
阿格羅說：“問題在於，截至今天，還沒有針對無人飛行器的正式規則，只有針對有人駕駛飛機的規則。”該技術已經超越了官僚機構，美國聯邦航空管理局發現自己要求無人機飛行員遵守在這種情況下近乎可笑的規則，例如與安全帶相關的規則。
當然，美國聯邦航空管理局的要求是為了安全保障：恐怖分子或任何人都可能劫持一架無人機，而無人機會增加與其他飛機、建築物或人發生空中甚至地面碰撞的機率。
儘管如此，電池驅動的“暴風雨”相對較小，長約三米，翼展為 3.2 米。* 它一次充電可以飛行一個小時，速度高達每小時 130 公里。研究人員手動發射它，並將其引導到距正在形成的超級單體 3 到 5 公里的區域，在那裡它可以承受高達每小時 95 公里的風速。“暴風雨”機身上的感測器測量風暴下沉氣流（為龍捲風提供能量的兩股氣流）中的壓力、溫度和溼度，無人機將飛行中的資料傳回團隊，以防它被突如其來的陣風撕裂。
風險是什麼？
在這一點上很難確定無人機造成的真正風險，但它們的操作方式肯定不像傳統飛機。
美國聯邦航空管理局發言人萊斯·多爾說：“目前，沒有技術可以讓這些飛機感知其他飛機並轉向避開它。”他補充說，任何無人駕駛飛機最重要的標準都是能夠“看見並避開”其他飛機。
無人機可能只有 5.5 公斤重，但如果與有人駕駛飛機相撞，仍可能造成嚴重損壞。例如，2009 年飛入全美航空 1549 號航班發動機的加拿大鵝導致其緊急迫降在哈德遜河上，每隻重約 8 公斤。
儘管如此，一些VORTEX 2的科學家仍然想知道無人機與另一架飛機相撞的風險有多高。“在風暴的那個區域永遠不會有理智的飛行員，”VORTEX 2 的聯合首席研究員埃裡克·拉斯穆森說。“我想一個瘋狂的農作物噴粉飛行員可能會飛，但與我們必須跳過多少障礙才能獲得許可相比，這種可能性微乎其微。”
為了獲得“暴風雨”飛行的許可，美國聯邦航空管理局要求在飛行過程中與無人機保持持續的視覺和無線電聯絡，因此該團隊構建了一臺計算機，指示無人機跟隨下方地面上的車輛。“[具有諷刺意味的是]我們擁有一架飛機，其主要限制是地面車輛的能力，”阿格羅在一封電子郵件中寫道。
美國聯邦航空管理局允許有人駕駛的“追逐”飛機伴隨無人機。“但我們不希望人們離 [龍捲風風暴] 那麼近。這很危險，”C.U.-博爾德的航空航天工程研究生傑克·埃爾斯頓說。畢竟，“無人”才是關鍵。
最後一刻的飛行地圖
美國聯邦航空管理局還要求在發射“暴風雨”前 48 至 72 小時提交預先計劃的飛行地圖。這項要求的諷刺之處令人痛苦：如果國家氣象局的風暴預測中心能夠提前 72 小時通知龍捲風將在哪裡形成以及將往哪裡移動，那麼首先就不需要使用無人機來研究龍捲風了。目前，氣象學家能做的最好的是提前 13 分鐘發出警告。這正是 VORTEX 2 和“暴風雨”無人機存在的原因——該專案的目標是延長警告時間。
但是，當阿格羅及其團隊在 5 月初開始行動時，美國聯邦航空管理局的空中交通管制員很快就瞭解到，他們強制執行的規則根本不適用於旨在捕獲快速發展的超級單體的無人機。“暴風雨”團隊被迫同時提交多份飛行計劃——每份飛行計劃對應他們可能在 72 小時後追蹤風暴時覆蓋的 10 或 20 個允許的陸地塊中的每一個——這讓管制員不堪重負。美國聯邦航空管理局意識到他們需要減少 72 小時的提前期，以便飛行計劃可以基於最近的氣象資訊，從而更加精確，要求在任何時候僅訪問兩個陸地塊。
儘管如此，科學家們就像等待昆蟲飛入蛛網的蜘蛛一樣，不得不等待風暴在 FAA 清理的區域內形成，並希望風暴保持在這些區域內。阿格羅說，如果風暴不斷避開允許的區域，科學家們本季的進展可能會越來越令人沮喪。如果“暴風雨”可以自由覆蓋整個 VORTEX 2 區域（覆蓋超過 10 個州），他們將能夠攔截其他團隊瞄準的所有風暴，這可能會將他們的攔截頻率從一個月兩次風暴提高到一天兩次風暴。
無人機收集的資料的未來不確定
VORTEX 2 團隊中的研究人員表示，他們對無人機抱有希望，但想知道他們是否能擺脫 FAA 的規定，以便他們可以在大平原上自由漫遊。
拉斯穆森說：“有些人持懷疑態度是可以理解的。自 1996 年以來，我們一直在努力將無人機送入風暴中。”
去年夏天，一個與探索頻道《追風者》相關的團體將一架無人機直接飛入了正在形成的龍捲風中，這讓科學家們更加沮喪。當科學家們得知此事時，他們感到沮喪。“我們一直在遵守規則，而現在有人違反規則，可能會破壞我們的努力，”拉斯穆森說。他說，如果那架飛機出了問題，美國聯邦航空管理局肯定會進一步推遲任何人將任何東西飛入風暴中。
與此同時，回到2009年4月，美國聯邦航空管理局（FAA）成立了一個委員會，專門為無人小型飛機制定正式的建議。這將減輕提交無數飛行申請的負擔。但多爾表示，FAA最樂觀的估計也是要到2012年才能確認新的法規。無論如何，阿格羅表示，新的針對無人機的指導方針對他團隊的研究幾乎沒有影響。這些指導方針可能只適用於1000英尺以下的飛行測試，而不是阿格羅和他的團隊研究龍捲風所需的自由範圍。對於追逐風暴的科學家來說，允許無人機飛行的擴大法規來得越快越好。儘管地面移動雷達可以測量風速和方向，但它無法測量熱力學變數，例如溫度、壓力和溼度。這些變數只能透過將儀器放置在需要進行測量的位置（300米高空）來測量。“暴風雨號”可能是測量正在形成的暴風雨中這些變數的唯一機會。
“這些[無人機]飛機將非常有價值。每1000萬次風的觀測中，我們只有一次對溫度、壓力和溼度的觀測，”拉斯穆森說。它們不僅能採集到今天無法研究的空氣樣本，而且無人機是我們平衡資料的唯一機會，他補充道。
目前，“暴風雨號”正在待命，等待下一個超級單體風暴進入58個FAA批准的網格區域。幸運的是，預測顯示風暴將遷移到這個區域，“暴風雨號”已準備好再次與VORTEX 2艦隊會合。“情況看起來不錯。在接下來的一個星期以及到專案6月15日的結束日期之前，我們應該會非常活躍，”阿格羅說。
*更正（2010年6月9日）：此句在釋出後進行了編輯，以更正翼展長度。