無人飛機太“逍遙”了

王馨立

2010年8月2日，一架美國海軍直升機因迷航慢悠悠地闖入了美國首都上空高度戒備的禁飛區，該事件對華盛頓的黑根國際機場空中交通監管人員來說，原先可作為一項日常的飛行記錄來處理，但令人極為不安的是機上沒有駕駛員，飛機上沒有玻璃窗，駕駛艙內除了電子儀器外沒其他什么東西，這是一架無人飛機。

這架命名為MQ-8B的Fire Scout（火力偵察兵）無人飛機重1429公斤，9.7米長，當時調查人員稱其發生了“軟件問題”，因而與地面操控人員的通訊鏈被中斷，這使得坐在馬里蘭州海洋航空站內的操縱員茫然失措，因無人飛機沒有強制執行飛回基地的指令，原先擔當偵察的Fire Scout迷航進入了安德魯斯空軍基地專供美國空軍一號起降的空域。在極度煩擾的半小時后，操縱員終于恢復通訊鏈，奪回對無人飛機的控制。

迷航事件顯示出無人飛機面臨著巨大的安全挑戰，美國聯邦航空署FAA估計，到2020年美國領空將有超過1萬架的無人飛機在飛翔，它主要用于搜索救援、對農作物噴灑藥物、監查電纜線、科學研究及執行其他各種任務。無人飛機無須駕駛員，座艙內也沒有乘務人員和旅客，因而費用大省，如果你雇傭有人駕駛飛機來監查一組高空電纜線的租金可讓電力公司買下整套無人飛機系統，再用它來執行好幾年同樣的作業。

無人飛機的魅力引起美國聯邦快遞公司的注意，快遞創辦人及首席執行官F.W.史密斯表示，可用無人飛機來替代公司包裹傳送機隊，甚至連美國國會也確認商用無人飛機時代已來臨。2012年2月，國會通過了FAA現代化和改革條例，在2015年前，要求他們規劃出一套綜合性方案，將民用無人飛機系統快速安全地融入美國領空，令人遺憾的是，負責管理無人飛機的部門表示很難完成準備工作，特別是9·11事件后，安全問題尤為突出，依據目前的監管裝備來面對龐大的無人機機群及復雜的安全系數是巨大的挑戰。

至關重要的通訊鏈

對于無人飛機來說最大最具威脅的挑戰是保護好無線電通訊鏈，無人飛機的上升、下降、側向或前進需要三個主要通訊鏈：一是來自GPS衛星的導航信號，二是將自身無人飛機所處的方位告知其他飛機的訊號，三是地面操縱人員與無人飛機的雙向鏈，這三個鏈中如有一個被中斷，其后果將是災難性的，但依據目前技術力量還難以全部排除這些缺陷。GPS是無人飛機導航系統的關聯要件，它能與慣性的導航傳感器、地磁儀、高度計甚至攝像機相配合。加上GPS在任何氣候條件下都擁有極高的準確性，它所起的作用不可小覷，但民用的GPS不像軍用的GPS，它不需要加密，免費對民眾開放，這對無人飛機的安全構成威脅，只須發射某種欺騙訊號，就可用假信號輕而易舉取代真正的GPS訊號。

2012年6月，在新墨西哥州的白沙漠導彈試射場，實驗室人員展示了無人飛機脆弱的GPS如何被假的欺騙訊號中招，在離其半公里處，實驗人員利用欺騙裝置來控制一架8萬美元的無人飛機，當時由該裝置來偽造衛星訊號，傳送假坐標給無人飛機，結果無人飛機選擇了較強的假訊號，被騙后，無人飛機還從欺騙裝置中攝取坐標數據，如果假訊號指示無人飛機正在垂直上升，機上的自動導航系統會非常盡責地維持原來的飛行高度，此時的無人飛機是通過假坐標資料來調整位置，實際上機頭是在朝沙漠地面下降，只有到操作人員取消被騙的導航指令并起用手動控制才能保持平穩飛行不致于墜毀。

電子欺騙手段的危險性人們熟知它已達10年以上，2001年美國交通部為此曾發表有關電子欺騙威脅的文件，但決策人員和GPS制造商始終忽視對其的警惕，加上可保護GPS訊號的密碼水印——即保證安全的數字法簽技術還須好幾年才能執行，運用其他可行技術還須論證。無人飛機除受發射的欺騙外，干擾導航訊號更是簡單且令人吃驚，靠近地球表面的導航訊號特別微弱，測量訊號強度的通量密度僅為2.2萬公里外一只50瓦特燈泡的光度，干擾裝置只要在相同的無線電頻譜上產生雜訊，就能干擾GPS訊號，所有現代的電子裝置，包括便攜式電腦都可發出雜訊來干擾附近的GPS接收器。

懷有不良動機而制作的干擾裝置能很有效地迷惑無人飛機的導航系統，2012年5月，一架重150公斤由舒貝爾公司制造的camcopter卡考帕特S-100失去控制的無人偵察機墜毀在韓國的地面控制站，結果一名工程師罹難及兩名無人飛機操控人員受傷，導致該事件的原因是受北朝鮮GPS干擾訊號，再加上韓國操作人員失誤而造成。這進一步說明無人飛機的導航系統能否抵抗欺騙訊號和干擾裝置成為其在空中安全飛行的重中之重。

更多的挑戰

無人飛機在空中與另一架飛機發生碰撞墜毀這又是一件復雜的事項。傳統的飛行員靠的是目視觀察再加上以雷達來監測其他飛機來避免碰撞，但無人飛機想要得到提示或警戒防止與其他飛機或飛行物碰撞，在技術上還需很長時間。

防碰撞對小型無人機來講更是一大挑戰，如果安裝雷達的話因其體積大，價格貴再加上耗能，顯得不可取，現在可供選擇的是裝紅外線攝像機，但它又不能看穿表層。唯一解決辦法可使用自動監視廣播系統（ADS-B）。它能每秒鐘廣播一次飛機的位置和速度，并從附近在飛飛機獲取類似報告，到2020年，所有有執照的飛行器都需安裝ADS-B應答機。

但ADS-B與GPS一樣，訊號可以加密并可偽裝，2012年美國俄亥俄州空軍技術學院的研究人員證實了這一點，美國聯邦航空署指望采用另一種技術即多邊定位方法來對付偽裝的ADS-B訊號，但目前尚存難題，另有一種方法是操縱人員使用控制無線電通訊鏈來操控無人機。但它也會遭受干擾，無論是蓄意的干擾或來自發生功能障礙，專家稱其為斷鏈，使通訊受阻失去聯系。另外指揮控制無線電的頻譜缺乏專用，無人飛機只好與其他無線電通訊共用來受保護的頻譜，而一些合法使用的電子系統也能對無人飛機產生不利影響。

與此同時，許多立法機構人員及議員不太歡迎無人飛機，每天的晚間新聞都有關于無人飛機在海外執行偵察和發射導彈攻擊的報道，太雷人。現在美國至少有42個州提出限制無人飛機使用的法案，得克薩斯州議會第912法案還規定不得擅自拍攝私人產業的圖像，在業主表示同意下才能許可拍攝。對于無人飛機所須規范的技術及安全飛行，立法人員及議員都表示憂慮，雖然它還存在未察覺的風險，但給人類帶來的方便實惠卻遠遠勝過它的風險，對此人們只好讓步，允許它在空中飛行。endprint