本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
在無人機成為日常新聞焦點並即將在美國領空激增之際,退後一步,審視一個非常基本且非常重要的問題是個好主意:無人機到底是什麼?
答案比預期的要複雜。嚴格來說,無人機是一種可以自主飛行的無人駕駛飛機——也就是說,無需人工控制。但是,即使是這個看似簡單的定義,也很快遇到了當代無人駕駛飛機飛行方式的細微差別。
例如,考慮一架在任務的大部分時間(但並非全部時間)都由遠端飛行員控制的飛機。如果飛行員切換到 GPS 引導的自動駕駛模式幾分鐘,那麼這架飛機是否在其飛行的這一子集中變成“無人機”,然後在自動駕駛儀關閉後失去該名稱?或者,GPS 自動駕駛儀的存在,無論實際使用多少,都會使其成為無人機嗎?
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(即使自主飛行確實發生,人的因素仍然非常重要,但只是在時間上有所轉移。設計系統和方法以成功地讓計算機控制飛機本身就是一門高超的藝術。自主飛行之所以成為可能,是因為在實際飛行之前就投入了大量的人類智慧。)
許多人(包括作者)都使用“無人機”來描述任何沒有機載飛行員的飛機。但這是一種過於簡單的說法,掩蓋了當今無人駕駛飛機在形狀、尺寸和功能方面的驚人範圍。它也可能未能充分認識到駕駛飛機所涉及的高水平技能——無論飛行員是否真的在飛機上。
正如以下問答所示,某些型別的無人駕駛飛機顯然不是無人機。其他一些顯然是。在某些情況下,這種區別只是視角問題。
傳統的模型飛機是“無人機”嗎?
簡而言之,不是。原因如下:
模型飛機已經存在一百多年了,實際上比載人飛行還要早。幾十年來,模型一直被用於測試飛機設計理論和驗證全尺寸效能。有些模型是真實飛機的縮小比例複製品;另一些則是旨在用於運動或競技活動的原創設計。在許多情況下,它們的製造精度達到了驚人的水平。今天,大多數(但並非全部)模型飛機都透過無線電遙控飛行。
模型飛機由數千名愛好者飛行,他們對航空有著共同的興趣,並且熱愛觀看他們的飛機飛行和表演。出於這個原因,模型飛機主要在操作員的視線範圍內飛行,並且在操作員的注視和控制下進行飛行。僅憑這一點就足以將模型飛機完全排除在“無人機”的範圍之外。
捕食者、全球鷹和其他軍用無人駕駛飛機是“無人機”嗎?
捕食者和全球鷹是美國軍方在阿富汗和其他地方使用的眾多無人駕駛飛機型別中的兩種。它們由技術非常嫻熟的飛行員駕駛,由於技術進步,他們不再需要實際坐在飛機上。然而,這並不意味著他們的技能比傳統的座艙飛行員遜色。
肖恩·麥肯蒂是一位終身模型飛機愛好者,也是現任美國軍方無人機(無人駕駛飛行器)飛行員,他曾在伊拉克和阿富汗執行監視任務,他對遠端駕駛的挑戰有著獨特的見解。他解釋說,駕駛無人機遠不止“坐在盒子裡看著它飛來飛去”。他說,許多無人機都是“杆舵”駕駛的,其控制裝置與傳統飛機駕駛艙中的控制裝置相當。美國軍方無人機飛行員通常要經過嚴格的篩選過程,然後進行一年或更長時間的強化訓練。
很大程度上由於這些原因,許多無人駕駛飛機飛行員對“無人機”這個詞持非常負面的看法,因為它未能認識到實際飛行操作中涉及的高水平技能。他們通常更喜歡 UAV 或 RPA(“遠端駕駛飛機”)等名稱。
什麼是“第一人稱視角”無人駕駛飛機?它是無人機嗎?
第一人稱視角 (FPV) 飛機配備了一個前視攝像頭,並將即時影片傳輸到地面上的操作員。操作員看著計算機螢幕上的影像,看到就像坐在駕駛艙中一樣的視野,並據此駕駛飛機。
雖然“UAV”是(非模型飛機)無人駕駛飛機的通用術語,但 FPV 指的是透過機載攝像頭傳輸的影像由遠端飛行員駕駛的此類飛機子集。僅由 GPS 或機載計算機影像分析引導的無人駕駛飛機是 UAV,但它們不是第一人稱視角 UAV。
到目前為止,大多數 FPV 飛機都是由軍方操作的,他們使用技術使得飛機可以在飛行員視線範圍之外飛行。然而,隨著美國最近頒佈了一項新的航空法,將在未來幾年向多種型別的無人駕駛飛機開放美國領空,FPV 飛機在非軍事環境中的使用肯定會增加。FPV 飛機很可能受到美國聯邦航空管理局關於國內非視線操作的非常保守的規則的約束,以最大限度地減少潛在的安全隱患。例如,如果飛行員和飛機之間的通訊鏈路發生故障,那麼在不危及其他飛機或地面人員的情況下將飛機帶回地面顯然會遇到挑戰。
FPV 飛機是無人機嗎?根據無人機的最嚴格定義,它不是,因為它是在人工操作員的控制下飛行的。然而,當在視線範圍之外飛行時,儘管可能涉及駕駛它的重要技能,但許多人會將 FPV 飛機描述為無人機。這是因為無人機的定義對於觀察者來說可能難以甚至不可能應用。畢竟,一個看到無人駕駛飛機在沒有附近飛行員跡象的情況下進行機動的人,怎麼能知道它是自主的還是遠端駕駛的呢?從觀察者的角度來看,將其視為無人機並非不合理。
那麼,透過 GPS 自行導航的無人駕駛飛機呢?
使用 GPS 自主飛行,在沒有人為控制的情況下導航複雜飛行路徑的無人駕駛飛機,完全符合無人機的定義。
業餘愛好者的“無人機”真的是無人機嗎?
通常是的。許多無人機愛好者在自主飛行系統方面擁有極高的專業知識。他們利用這些專業知識,以驚人的創新方式將機器人技術、感測器和機身設計融為一體。此外,他們在術語的使用上通常非常謹慎。如果一位認真的愛好者稱他或她的平臺為“無人機”,那麼這幾乎可以肯定是一個準確的稱呼。
那麼,所有這些將事情引向何方?首先,重要的是要認識到在商業世界、軍方和業餘愛好者社群中正在發生的關於自主飛行的大量研究和創新。然而,當我們讀到美國軍方“無人機”時,我們也應該記住,即使熟練的飛行員碰巧不在飛機上,他們仍然是軍事航空的關鍵組成部分。
最後,儘管航空界發生了所有這些變化,但重要的是不要忽視根本沒有改變的東西:飛機飛行要歸功於物理學和人類智慧的結合。自動力飛行誕生以來,情況一直是如此,今天仍然如此。
圖片由AeroVironment公司提供