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美国航空航天局将对无人机空管系统进行首次测试

时间:2015-09-06  来源:中国航空报   发布:高端装备网 

   为应对“调皮捣蛋”的无人飞行器在机场及其他敏感地区附近飞行所带来的日益增长的安全威胁,美国航空航天局(NASA)已经对其新型空管系统初始构型接下来的演示验证进行了“彩排”。这种空管系统将用于确保无人机系统在低空的安全运行。

 

  无人机空管系统(UTM)构型1的演示验证计划于8月26日至9月4日在加利福尼亚NASA的克罗斯兰丁机场(Crows Landing Airport)进行。本次试验的核心关注点是操作员怎样为无人机的飞行申报空域与无人机按照既定计划飞行的能力如何。

 

  NASA“自主系统安全运行”(Safe Autonomous Systems Operations)项目主管帕里马尔·科帕德卡(Parimal Kopardekar)表示,“在NASA进行试验之后,该软件将进一步交由FAA的无人机试验基地和其他核准的用户进行更多的有序验证。这可能引起世界的广泛关注。”

 

  此次演示验证正值无人机成为社会焦点之际,全美各主要机场有关民航飞行员在进近过程中发现无人机的报道不断增长,无人机在加利福尼亚干扰作战飞机交战试验、无人机在敏感设施(如核设施)上空徘徊、无人机妨碍公民隐私等报道铺天盖地而来。

 

  虽然无人机空管系统(UTM)为商用无人机操作员提供了进入低空空域的入口,但仅仅依靠其尚难以解决棘手的无人机问题。该系统需要补充监视和跟踪能力,从而确保能够简单有效地探测未经许可的无人机。

 

  无人机空管系统的最终目标是基于不同的地理条件(从农村到城市)和多种多样的应用目的(从空中监视到包裹运送),推动具有不同能力的无人机与有人机在152米(500英尺)以下的空域混合飞行。

 

  无人机空管系统计划逐步发展构型1~4,其中,构型1的核心是为无人机操作员按照飞行任务申请空域提供畅通的渠道。当第二名操作员申请使用空域时,系统将允许其进入或告知与其他用户的飞行计划出现冲突。

 

  此次演示验证将使用的小型无人机来自NASA与几个合作伙伴,包括遥感无人机制造商与运营商Precision Hawk公司、自动驾驶仪与操作系统开发商Airware公司。

 

  科帕德卡表示,“构型1可能应用于偏远地区或水域上空。该系统将能够满足农业应用方面的空管需求,但其尚不足以支撑无人机在城市上空的安全运行。”此外,该软件系统将使无人机可以用于保护野生动物或检测位于无人区的基础设施。

 

  同时,本次演示验证将关注无人机精确执行飞行计划的能力。科帕德卡表示,“这对设定飞行器周围的最小间隔和缓冲区非常重要。”从概念上讲,这与飞行技术误差非常相似,即确定有人飞行器能够以怎样的精度按照预定轨迹飞行。

 

  在克罗斯兰丁进行的试验还将初步观察空域监视问题与传感器(如雷达)和系统(如自动相关监视-广播系统,ADS-B)对“低、小、慢”目标的探测及跟踪能力。

 

  按照计划,在此次演示验证之后将对UTM系统构型1作进一步的功能确认。无人机系统初步安全融入国家空域的攻坚战需要对FAA试验基地与国内外其他授权地区的相关数据进行收集和综合处理分析。

 

  与此同时,NASA将继续进行UTM构型2的开发工作。这一构型将确保无人机能够在操作员目视范围以外进行远距离任务飞行,并能够在人口相对稀疏的地区实现低密度运行。“我们从构型1中获取的经验将用于构型2的设计,同时我们希望在构型2能够有新的突破。”按照计划,UTM构型2将在2016年10月进行试验。“我们尽最大努力加快进度,争取早日对构型2进行试验。”

 

  与其说UTM构型1是一套将用于部署的成熟系统,不如说它是一种原型系统。但随着后续NASA逐步开发UTM系统构型2、构型3、构型4,这些原型系统对最终实用型UTM系统的功能验证变得越来越重要。“届时,我们将面对密度非常高、实用程度非常强的飞行活动。”

 

  按照计划,UTM构型3将于2018年1月进行试验。这一构型将增加跟踪、无人机-无人机/无人机-UTM通信与网络中心系统、在人口密度适中的地区上空飞行、部分与有人机的交互功能。该构型将支持无人机用于公共安全和特定的包裹运送。

 

  最终版本的构型4计划于2019年3月进行试验。这一构型将允许自主无人机系统在城市环境中高密度运行,并能支持无人机的一系列应用——从新闻收集与包裹运送到私人消费。该构型将增加应对大型突发事件的能力,例如,发布一条“全部降落”的指令来隔离一架“调皮捣蛋”的无人机。

 

  NASA之前开发的空管工具已经交由FAA作进一步开发与集成,以融入国家空域系统。至于UTM系统,尚未明确其将来由FAA进行部署,或是由商业化低空空域服务商(例如,大型机队运营商亚马逊或谷歌公司)进行部署。科帕德卡表示,“还有很多尚未考虑到的问题,但UTM系统能够支持各地的服务提供商。”

 

  亚马逊、谷歌及其他服务商已经各自提出了有关低空空域管理的建议,但科帕德卡表示UTM系统最初的概念(低空空域的安全共享是推动各项服务运营的前提)一直延续了下来。

 

  “我们正在关注一些最新的进展,例如,跟踪无人机的能力。如果我们一致认可跟踪能力非常重要,那么接下来的问题是如何跟踪。可以采用ADS-B系统,也可以采用手机信号,具体取决于在哪儿使用。全美大约45%~50%的区域可以实现手机信号覆盖。例如,在阿拉斯加州利用无人机保护野生动物时可以采用手机信号或基于卫星的跟踪系统。”

 

  关注的焦点是确保无人机的性能与其运营环境和应用需求相匹配,无论是用于乡村地区的农业植保或是城市地区的物流运送。科帕德卡建议采用一套标准、独立的评价机制来管理无人机——类似于J.D. Power汽车质量排行、消费者报告、保险商实验室的安全测试,为无人机制造商、消费者与保险公司提供决策支持。

 

  按照设想,被提议的国家无人机标准化性能测试与等级(Nustar)系统将为小型无人机提供一套可自动调整的目录。在这份目录中,每种无人机所允许的使用范围和空域类型取决于其在对应场景下标准化性能测试中所达到的等级。一架在Nustar系统中达到5级标准的无人机可以全程利用软件、硬件和传感器自主飞抵目的地,而一架仅达到1级标准的无人机只能在目视范围内人工遥控飞行。

 

  根据提议,涉及的相关参数包括:探测到障碍物后减速悬停的距离、抗风能力、坠落时的动能、电池寿命、最大航程与飞行高度、噪音水平。测试场景包括:在高墙之间的狭长通道飞行、在强风、雨或雾中运行、在人员附近起降、飞行过程中应对突发状况的能力。

 

  科帕德卡表示,“每个人都需要相关数据:制造商、保险公司、用户等。”

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