美國軍民用無人機系統事故案例分析

史校川 金 鐳 王春生 苗延青 張澤京

（1. 中國航空綜合技術研究所，北京 100028；2. 北京航空航天大學，北京 100191）

美國軍民用無人機系統事故案例分析

史校川1金 鐳1王春生1苗延青1張澤京2

（1. 中國航空綜合技術研究所，北京 100028；2. 北京航空航天大學，北京 100191）

研究梳理了國外無人機系統事故報告和調查機制，對美國軍用無人機系統災難性事故案例和民用無人機系統事故/事故征候案例進行統計分析，從適航角度分析典型事故產生的原因，并對標國外無人機系統適航性要求，為建立或完善國內無人機系統事故報告和調查機制，形成國內無人機系統適航性要求提供參考。

無人機系統；事故；適航

近些年，無人機的應用逐漸由軍事領域向民用領域延伸，在電力巡線、人工降雨、海洋監測、邊境巡邏、新聞/賽事直播等領域均出現了無人機的身影。隨著研制與應用水平的快速發展，無人機在性能、操作性和可靠性等方面都有了長足的進步，但仍與有人機的可靠性和安全性有較大差距。隨著無人機的大量應用和事故數據的不斷積累，無人機高事故率的特征逐漸顯現。全球各地頻發無人機事故，如影響民航正常運行、違規運載、墜毀導致財產損失及人員傷亡等。據美國聯邦航空局（FAA）統計，2015年前3個季度飛行員遭遇無人機的次數是2014年同期的2.7倍，超過600次，凸顯了無人機對民航飛行安全威脅越來越大。

1 美空軍無人機系統災難性事故案例分析

1.1 軍用無人機系統事故報告和調查機制

對于軍用無人機系統，美國有較為成熟的事故報告機制，發生軍用無人機事故后由所有方按照美國防部指令DODI 6055.07《事故通知、調查、報告和證據保存》[1]相關規定，填寫DA FORM 2397-U《無人航空器系統事故報告（UASAR）》[2]表單，進行事故報告。表單中包含無人機本身信息、事故過程相關信息、飛行數據等較為全面的信息。

美空軍的無人機系統事故調查是由空軍航空器事故調查委員會（AIB）根據空軍指令AFPD51-5《軍事法律事務》、AFI 51-503《航空事故調查》、AFI 51-507《地面事故調查》等規定組織開展。對于每一次事故，最終形成的事故報告包括兩份：一份是事故報告摘要，一份是事故報告完整版。委員會主席是AIB報告的唯一作者。AIB的事故報告如果獲批可以公開發布，將會在專門的網站上列出。

1.2 美空軍軍用無人機系統災難性事故案例分析

此次統計的美國空軍無人機系統災難性事故案例[3]共涉及3大類（RQ/MQ-1 Predator（捕食者）、RQ-4 Global Hawk（全球鷹）、MQ-9 Reaper（收割者））11個型號81起事故，事故發生時間橫跨13年（2000-2013年）。參考國際上事故原因常用分類方法[4、5]，結合無人機系統事故特點，分為人為因素、無人機系統故障、環境及其他等3類，各類事故的統計數量及占比見表1。

由表1看出，人為因素類事故占比不到30%，遠遠低于有人機事故中所占比例，而無人機系統故障類事故占比近七成。進一步將無人機系統故障類按照專業分為：飛行、結構、設計和構造、動力裝置、設備、使用限制和資料、指揮與控制鏈路、地面站等8類。表2中詳細列出了6類別事故的數量和占比。

表1 美空軍無人機系統災難性事故原因分類統計

表2 美空軍無人機系統故障類事故分類統計

由表2得出，設備與動力裝置類是占比最大的兩類，而通過研究發現，以往無人機的市場很小，且需要的發動機等級又與一般飛機不同，因此，世界主流發動機廠商不愿投資研發無人機專用的發動機，無人機大多只能挑選市場上已有但未必符合需求的發動機，必然會影響安全性與可靠性。

2 FAA民用無人機系統事故/事故征候案例分析

2.1 民用無人機系統事故/事故征候報告和調查機制

對于民用無人機系統事故/事故征候報告，美國國家運輸安全委員會（NTSB）新修訂的49 CFR 830[6]《航空器事故或事故征候與延誤航空器的報告和航空器殘骸、郵件、貨倉的保存和記錄》在830.2中新增“無人機事故”的定義，且要求操作人員將涉及無人機的事故報告給NTSB。明確地闡明了修訂后的49 CFR 830規章對于無人機系統的適用性。規章中要求報告的無人機事故需滿足兩個條件：任何人員死亡或嚴重受傷和無人機最大起飛重量達到300lb（136kg）或以上，且遭受嚴重損壞。此外，FAA新頒布的PART 107.9[7]要求對于符合要求的小型無人機系統事故，操作員需要在事故發生10天內向FAA報告。事故所需滿足的兩個條件包括：對任何人造成嚴重損傷或導致意識喪失和財產損失（除小型無人機），財產損失需滿足以下條件：

● 維修成本（包括材料和人力）不超過500美元；

● 總的損失的財產市場平均價不超過500美元。

對于民用無人機系統事故/事故征候調查，通過研究發現美國還未形成有效的機制。而國際航空安全調查員協會（International Society of Air Safety Investigators，ISASI）于2015年1月份發布了一份指南性文件《無人機系統手冊和事故/事故征候調查指南》[8]。該指南由ISASI的無人機工作組（UAS WG）起草編制，主要目標有：

● 確定需額外規定的調查能力，以更好地支持與無人機相關的事故的調查；

● 確定ICAO附件13對于無人機事故的適用性；

● 對于無人機相關的事故，確定一個標準的應捕獲的數據集；

● 對于航空安全調查人員確定額外的無人機系統專用的培訓要求；

● 對于創建或保存無人機事故相關的證據，確定可能需要的補充規定。

2.2 民用無人機系統事故/事故征候案例分析

從2 009年10月起，FA A通過UA S A&I（Preliminary Reports of Accidents and Incidents Database）平臺來收集民用無人機系統事故/事故征候。截止到2014年8月21日，FAA共收到了274起事故/事故征候，其中170起由美國土安全部報告，后因涉及國家安全問題從FAA刪除[9]。余下的104起民用無人機事故/事故征候的報告者主要分為7個來源，包括研究機構（Academic，如堪薩斯州立大學）、美國宇航局（NASA，如德萊頓飛行研究中心）、警察執法（Law Enforcement，如西雅圖警察局）、美國商務部（DOC，如國家海洋和大氣局）、美國內務部（DOI，如國家商務中心航空管理局）、特殊適航證-試驗類（Special Airworthiness，如洛克希德·馬丁公司）、美國能源部（DOE，如橡樹嶺國家實驗室）等。FAA將上報的無人機事故/事故征候的時間、地點、機型、過程描述等簡要信息在其官網上公布，但并不做深入的分析。對于無人機事故調查，FAA仍未形成有效的調查機制。

此次統計的FAA公布的民用無人機系統事故/事故征候案例共涉及44個型號104起事故/事故征候。將其事故原因按照人為因素、無人機系統故障、環境及其他3類劃分，各類數量及占比見表3。FAA民用無人機系統故障類事故/事故征候分類統計見表4。

由表3得出，人為因素類事故占比不到10%，相對于美空軍無人機系統事故比率更低，且遠遠低于有人機事故中所占比例；而無人機系統故障類事故占比超過八成，比美空軍無人機系統事故比例高。進一步將無人機系統故障類按照專業分為：飛行、結構、設計和構造、動力裝置、設備、使用限制和資料、指揮與控制鏈路、地面站等8類。表4中詳細列出了6類別事故的數量和占比。

表3 FAA民用無人機系統事故/事故征候（2010年～2014年）原因分類統計

表4 FAA民用無人機系統故障類事故/事故征候分類統計

通過表4可以看出，設備類和指揮與控制鏈路類是無人機系統故障類事故/事故征候中數量最多的兩類。主要原因在于民用無人機系統的設備研制生產過程控制不足，且可追溯性不強；而鑒于民用無人機系統重量和應用特點，其指揮與控制數據鏈路在設計過程中很少會設計冗余備份，因而造成無人機系統的設備和指揮與控制鏈路的可靠性和安全性不高。

3 無人機系統事故與適航性要求

通過表1和表3可以看出，美國軍民用無人機系統故障類均占比近七成或以上，人為因素不超過三成，而這種占比關系與當前有人機的事故占比截然不同，這反映了現階段無人機系統與有人機事故需考慮的安全要求的側重不同。現階段，無人機固有安全性水平的提高是無人機事故率降低的基礎。而新技術和新標準在無人機設計中的采用可有效提升無人機固有安全性水平。

國際上已有研究組織根據民航適航性要求制定了無人機系統的適航性要求，如北約（NATO）頒布的STANAG 4671《無人機系統適航性要求（USAR）》[10]、歐洲無人機系統聯合規章制定機構（JARUS）頒布的CS-LURS《輕型無人旋翼航空器系統審定規范》等。基于表2和表4的梳理，對比北約頒布的STANAG 4671《無人機系統適航性要求（USAR）》中相關適航性要求，發現無人機系統故障類的事故致因均可在適航性要求中找到相關設計要求，典型事故案例如下。

典型事故案例一：

事故過程：2002年1月25日，13:08（Z），一架RQ-1B捕食者無人機S/N96-3022在位于美國中央司令部轄區內的一個機密前沿作戰區著陸時墜毀。事故飛行員的首次著陸嘗試由于突風效應造成復飛。在第二次嘗試中，在相似的風況下，事故無人機在滑行平飛中機頭產生拉飄。事故飛行員企圖通過推動機頭向前以改變這個狀況。在事故飛行員還沒有能夠再次啟動復飛程序時，無人機機頭在不受控制的情況下前傾。起落架以過度沖擊力撞在跑道上，折斷了起落架支柱。過度硬著陸的另一個后果是無人機的右橫尾翼與機身分離。這種不對稱的俯仰和偏航導致了無人機急速向右偏航，并最終墜毀在距離跑道東部100碼處。

事故原因：事故報告顯示，強突風造成的反向效應導致飛行員未能保持對飛機俯仰的有效控制。結果先著陸的前起落架造成結構損壞，接著是飛機的失控，最后撞向地面。

相關適航性要求：USAR.253（a）：“可能引起無意中速度增加（包括節距和橫滾方面的組合）的操縱情況和操縱特性必須通過任何可能速度（一直到VMO/MMO）上的無人機配平來進行模擬。這些情況和特性包括突風干擾，爬升與下降過程中從馬赫數受限制的飛行高度拉平到空速受限制的飛行高度。”

典型事故案例二：

事故過程：2014年7月3日，堪薩斯州立大學向FAA報告了1起Zephyr型無人機事故征候。事故時，無人機手擲發射后，在手動控制下無人機爬升到離地50ft，并執行了左轉指令，但隨后非指令性轉彎增大。無人機繼續滾轉，直到撞擊地面，而操作手只能有最小的控制。

事故原因：由于控制右升降副翼伺服的線路太靠近自動駕駛儀而形成的電磁干擾。

相關適航性要求：

● USAR.685（e）：“按照USAR.1431的規定，無人機控制系統應能夠抵抗外部或內部電磁干擾源的干擾。”；

● USAR.1431（g）：“必須對所有（a）條中確定的靈敏且不可缺少的設備，進行防內部或外部電磁干擾（EMI）源的保護。”；

● USAR.1605（a）：“必須對指揮與控制數據鏈路進行抗電磁干擾（EMI）的防護。”。

通過以上兩起無人機系統事故/事故征候案例與國外適航性要求的對比得出，無人機系統故障類的事故致因可在適航性要求中找到相關設計要求。此外，通過表1和表3中無人機系統故障類占比不同可以看出，基于美空軍無人機系統中已在設計中引入適航性要求，而民用無人機系統中仍未開展，可以看出在無人機系統設計中引入適航性要求將有助于降低無人機系統事故率，進而提高無人機系統安全水平。

4 結論

本文通過綜合對比分析美空軍無人機系統災難性事故案例（2000～2013年）和FAA民用無人機系統事故/事故征候案例（2010～2014年），對標國外無人機系統適航性要求，得出現階段無人機系統的安全性水平處于提升無人機固有安全性水平來降低事故率階段，因此建議制定或完善國內無人機系統設計適航性要求，從而將會有效減少無人機系統事故，提高無人機系統安全性水平。同時，建議建立或完善國內無人機系統事故報告和調查機制，以規范無人機系統事故調查對適航性要求的促進作用。

[1] Department of Defense Instruction（DODI）6055.07. Mishap Notification， Investigation，Reporting，and Record Keeping[S].

[2] DA FORM 2397-U.Unmanned Aircraft System Accident Report（UASAR）[S].

[3] USAF Accident Investigation Board. AIB REPORTS [M/OL]. USA；USAF，2010-2014.http://usaf.aib.law.af.mil.

[4] 林清，王英勛，蔡志浩，吳坤. 國外幾型無人機事故統計及分析[C].2014（第五屆）中國無人機大會. 2014.

[5] 曾天翔. 飛機事故及其原因統計分析[J].航空標準化與質量，1998，6.

[6] 49 CFR Part 830，Notification and Reporting of Aircraft Accidents or Incidents and Overdue Aircraft，and Preservation of Aircraft Wreckage，Mail，Cargo，and Records [S].

[7] PART 107，Operation and Certification of Small Unmanned Aircraft Systems [S].

[8] ISASI Unmanned Aircraft System Handbook and Accident Incident Investigation Guidelines [R].2015，1.

[9] Robert. E. “Buck” Joslin. Insights into Unmanned Aircraft Systems Accidents and Incidents（2009-2014）[C]. Aviation, Aeronautics，Aerospace International Research Conference.2015，1.

[10] STANAG 4671，UNMANNED AERIAL VEHICLE SYSTEMS AIRWORTHINESS REQUIREMENTS (USAR) [S].

V221

C

1003-6660（2017）03-0046-04

10.13237/j.cnki.asq.2017.03.011

2017-01-13

（編輯：雨晴）