駕駛艙革命

歐陽亮

“截至2019年4月初，東航機隊共有飛機711架，有飛行員7500人。而每天的航班量，雖然淡季和旺季有所區別，基本上也都維持在2700到3000個左右。”4月16日，東方航空飛行技術管理部777機型師王磊在第八屆民用飛機航電國際論壇上表示，作為三大航之一的東航發展迅猛，過去十多年以來，以及未來可預見的一段時間內，飛行員不足都是東航主要的挑戰之一。

不僅東航，全國乃至全世界的航空公司都面臨巨大的飛行員缺口。2018年9月，波音發布預測報告稱，由于全球航空運輸業高速發展，未來20年，飛行員的缺口將高達63.5萬人。其中，亞太地區占總體需求的將近四成，而中國作為缺口最大的市場，又占到了亞太地區需求的一半以上。《金融時報》的報道稱，由于市場高速擴張，中國在2035年前需要新增7000架飛機，屆時飛行員缺口將達到11萬人。

在一定的技術輔助下，人的成長可以加速，比如模擬機的使用，可以讓飛行學員更快地積累經驗。但人的成長畢竟有其自身規律，不可能像流水線上的產品一樣大幅提升“生產”速率，因此，飛機航電設計的一個目標，就是要不斷提高飛機的智能化程度，以減輕飛行員的負擔，降低對飛行員的要求，甚至最后取消飛行員。

4月16日至17日，由中國航空學會、中國航空研究院主辦，工信部裝備司、民航局適航司、民航局空管局、上海市經濟和信息化委員會指導，上海廣堯商務咨詢有限公司協辦的第八屆民用飛機航電國際論壇在上海召開。本屆論壇以“安全航電，智控未來”為主題，來自美國、加拿大、日本、德國、中國等11個國家和地區的近500名與會代表齊聚現場，圍繞民用飛機航電系統適航審定要求、航空電子新技術發展和應用趨勢、航電系統故障預測與健康管理、飛行器運營的安全性與可靠性、航電系統的信息化等主題開展了討論。

機長：從決策者到執行者

“東航目前在訓的飛行學員大概是4600名，包括在航校學習和剛從航校畢業進入公司集訓的，他們中間每年大概有1000人畢業正式成為飛行員。”王磊表示，東航對飛行員的培訓量非常大，一方面是要培養新的飛行員，另一方面，成熟的飛行員還要繼續培訓，成為A類教員、B類教員等。這么龐大的培訓量，即使對于專業培訓機構也是很難承接的，但目前很多工作是由航空公司在做。

而有如此龐大需求的，還不只是東航一家。近年來，中國大多數航空公司都在快速擴張，因此，在航電技術快速發展的背景下，Pilotless（無人駕駛）就成為航空界期待的解決飛行員缺口難題的終極絕招之一。飛行員需求缺口要求盡快培養更多的人才，但飛機技術的進步使得其操縱越來越復雜，飛行員對飛機的理解和掌握也變得越來越難。

“比如第二代噴氣式飛機，雖然它的機械、電子結構比較復雜，但是它的邏輯很簡單，飛行員可以比較容易地掌握飛機的邏輯，對飛機的輸入和輸出之間的關系是很容易熟悉的。但現在的飛機越來越先進，這方面的關系就不再是簡單的一一對應關系了，對于飛行員來說，掌握飛機的原理是越來越困難了。以我個人的經驗來說，現在的運行環境與五年前、十年前相比復雜多了。”王磊表示。

對飛行員的要求越來越高，而培養的速度又越來越快，這樣的矛盾不可避免地會帶來災難性事故。比如2013年7月6日發生的韓亞航空214號航班空難，就是典型的飛行員操縱不當引發的人為事故。當時，機組對機型系統知識掌握不夠，進近時未遵守標準操作程序（SOP），再加上航線帶飛教員不稱職，最終釀成此次事故。

如果是無人駕駛，這樣的人為事故在大概率上是可以避免的。不過，在目前技術條件下，雖然無人機已經滿天飛，但是離無人駕駛飛機來執飛商業航班，還為時尚早。那么，在實施真正的無人駕駛之前，我們可以做些什么？王磊認為，通過技術進步，可以大大降低飛行員的工作壓力，使飛行員從現在的2人減少到1人，甚至可以慢慢地實現留在駕駛艙的不再是一個全訓的或典型的飛行員。這樣，就可以大大降低飛行員培訓的難度，同時也大大提高培訓速度。

當然，如果留在駕駛艙的是一個沒有完成全訓的飛行員，那么其在飛行過程中擁有的權力也會受限，航空公司將會在地面設置工作站，用經驗豐富的飛行員組成飛行支持團隊，幫助飛機上的飛行員進行決策。屆時，飛機上的機長就由現在的最高權力擁有者變成為一個執行者，其決策權將移交給地面工作站的飛行支持團隊。

目前，各大航空公司都在進行相應的研發，比如東航就已經建立了強大的飛行支持團隊，未來只要在地面對飛機駕駛艙的實時監控及空中-地面信息傳輸等方面取得突破，就可以極大地緩解飛行員需求的缺口問題。

觸摸屏：顛覆的不僅是硬件

在過去，開飛機不僅是個技術活，而且也是個體力活。上點年紀的人大都在電影電視中看到過這樣的場景：緊急時刻，飛行員要駕機起飛，卻不得不手忙腳亂地打開一大堆開關，先是頭頂駕駛艙頂板上的，后是前面駕駛臺上的，然后是右手邊油門周圍的……敵人馬上就要靠近飛機了，觀眾們急得要死，飛機卻在原地不動，因為還有很多開關沒打開。

在今天的商業航線上，有著如此老舊駕駛艙的飛機應該已經很少了。“今天的飛機駕駛艙已經變得非常‘干凈，引入了很多新技術。”波音公司副技術院士張家聲表示，這些新引入的技術，比如用觸摸屏代替大部分開關，極大地降低了飛行員的負擔，但同時也增加了飛機制造商技術整合的難度。而且，由于飛機的運行環境很復雜，如果遇到突發的顛簸，就會增加飛行員誤操作的可能性。

“對于防止顛簸引發的誤操作問題，柯林斯已經有很好的解決方案。”柯林斯宇航高級戰略發展經理周炯昴介紹說，柯林斯的大尺寸觸摸屏已經在波音777X飛機上使用，其解決方案是給觸摸屏加了一個粗的邊框，這樣，飛行員可以把手搭在邊框上，然后用大姆指去操作圖標，無論是點擊還是拖拽，都可以很方便地操作。“我們這個方案在直升機上也運用了。直升機的震動比客機厲害得多，它都能用，那客機就更沒問題了。”周炯昴表示。

觸摸屏對減輕飛行員的工作強度效果很明顯。比如在遇到惡劣天氣的時候，飛行員要臨時更改飛行計劃，傳統的方式是需要飛行員一個一個航路點地輸入備用航路，而在觸摸屏上則只需要直接把這個航路點拖出來，繞過危險的天氣區域即可。周炯昴表示，這種操作方式不僅快捷，而且比傳統方式要有效得多。為防止誤操作，柯林斯在設計時也保留了一些傳統操作方式作為備用，以備在萬一真的發生誤操作時，可以即時修正過來。

在新一代飛機上用觸摸屏代替以前的開關和針式儀表，不僅是技術進步的表現，也是對新一代飛行員的適應。因為80后、90后本來就生活在一個智能化環境中，已經習慣使用觸摸屏電子產品，當他們成為飛行員后，自然也更青睞觸摸屏的操縱方式。

但是，如果以為觸摸屏的引入，只是替代了那些老舊的開關和針式儀表，那仍然想得太簡單了。中國商飛上海飛機設計研究院航電整體室主任許健認為，飛行員在飛行過程中系著安全帶，整個人幾乎是被綁在座椅上，他的手臂能夠觸摸到的區域實際上是比較有限的，這可能帶來兩個變化：一是有一些應用更適合放在中央操縱臺，二是對于駕駛艙的三維空間設計帶來了一些挑戰。

中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司副總設計師孫大偉也認為，觸控技術的引入不僅會改變顯示方式，對駕駛艙的其他操作也會帶來一定的影響。同時，這種技術也會給飛行員帶來一定的自主權，使其可以按照自己的操作習慣、個人喜好來配置操作界面，從而進一步提升操作效率。

更酷炫的技術：等待成熟

在觸摸屏之外，語音識別、頭戴式平視顯示器等是更加酷炫的技術。周炯昴介紹說，柯林斯在實驗室里已經實現了聲控技術，借助新技術，顯示屏也可以用語音控制。

“但是，這種技術還有很多場景細化的元素沒能固定下來，因此在適航取證方面還存在一些困難，暫時沒法進入實際應用。”周炯昴表示。

至于平視顯示器，目前在軍機上已廣泛使用，某些汽車品牌也在嘗試，比如奔馳、寶馬旗下的部分車型，可以把大量的彩色數字信息投射到擋風玻璃上，使駕駛員不用低頭看儀表就能掌握相關信息，從而減少因低頭看儀表而產生的注意力不集中、疲勞現象，進而降低事故風險。

當然，商用飛機的相關產品也在研發之中。周炯昴認為，頭戴式平視顯示器對商用飛機的飛行員來講，有兩大優勢：一是它的視角比傳統的懸掛式平視顯示器大，二是它戴在飛行員的頭上，能最大限度地適合飛行員讀取，而不像懸掛式平視顯示器那樣對飛行員的身材有要求，必須在一定的身高范圍內才能看到全部圖像。

“這些技術未來肯定會應用到商用飛機上，但具體如何使用，現在還沒有定論，”周炯昴說，“可以肯定的是，飛機上的開關將會大大減少。”

張家聲也認為，隨著觸摸屏、語音識別技術和平視顯示技術的發展，飛機上的開關會大大減少，但不會被全部取代。有些關鍵的開關，比如APU的起動器等，出于最低安全級別的要求，必須保留。但是，未來的飛機設計師肯定會盡量減少開關數量，未來飛機上可能只會留五六個開關。

許健認為，一些用于應急控制的開關可能會被保留下來，比如用于發動機滅火的開關，還有就是一旦所有觸摸屏的功能全部喪失的情況下，可以控制飛機的開關會被保留。

“這些都是顛覆性技術，會極大地促進飛機的可靠性和安全性。”張家聲表示，如果一個飛行員只需要面對五到六個按鍵，他的操作失誤就會更少。