未来是无人驾驶飞机的天空

保罗·马克思（Paul+Marks+）

绝大多数空难都是由人类飞行员的操作失误所导致，飞机自动化程度的不断升高，可以更好地解决这一难题

因人为失误导致的空难

2009年6月1日，法航447航班在从巴西里约热内卢飞往法国巴黎的途中，在大西洋中部遭遇了热带风暴。几分钟后，这架空客A330坠入大洋，造成了机上228人遇难。四年后的七月，一个阳光明媚的早晨，一架韩亚航空的班机在飞临美国旧金山机场时，一头撞上了跑道尽头的防波堤，机尾整个断裂，破裂的机身在跑道上翻滚。事故造成3人死亡，几十人受伤。

表面上看，这两起事故之间并无关联，但是仔细考察，它们又有一个悲哀的共性：两架飞机的飞行员都认为，飞行操纵系统能自动防止飞机在半空熄火，或者防止飞机因为速度太慢而坠机。他们都错了。2015年2月4日台湾复兴空难造成40余人死亡，黑匣子解读为：不排除飞行员关错发动机导致坠机。研究发现，这类人机混合操作系统是许多空难的一个重要原因，而且这种混淆正变得日益严重。随着自动化部件越来越多，飞行员可能在飞机出现严重故障时感到困惑，弄不清自动驾驶何时结束，自己的职责又何时开始。结果就是酿成空难（图1）。

那么，现在是不是到了彻底淘汰飞行员的时候呢？许多航空业者显然就是这么认为的。他们主张，与其让飞行员待在机舱内驾驶，远不如将他们调到数千米之外的办公室远程监督，而让飞机自动飞行。以安全而论，这确实是一个合理的方案，因为在所有致命的飞行事故当中，有大约一半是由机组成员的失误造成的。

如果安全得到加强，无人驾驶客机就能大大降低航空公司和乘客的花销。在美国杜克大学研究自动飞行的玛丽·康明斯教授指出，没有了飞行员，航空公司就能大大节省工资、模拟器、培训、医保、酒店和退休金的开支，从而使机票票价下降。而且，自动飞行应该更省燃料，这也会进一步降低成本，并减少温室气体的排放。此外，机头部位没有了机组成员，前排的乘客就能够饱览壮美的全景——当然，这要支付一笔额外费用。剩下的关键问题只有一个：登上一架无人掌舵的飞机，你会作何感想？

无人驾驶飞机的难题

这场革命的核心是一个简单的事实：现代飞机上的大量工作都是由电脑完成的，客机飞行员已经没有了多少驾驶的机会。在飞机刚刚离地30米之后，自动飞行电脑就会接过飞机的控制权，并按照驾驶员输入飞行管理系统的速度、航向和高度继续驾驶。而且在很久之前，电脑就已经能够追踪跑道上的无线电信标，驾驶飞机自动降落了。

不过，自动化也给飞行员带来了全新的难题：当自动飞行电脑遇到了程序之外的状况，比如飞机结构发生破损，或者像法航447航班那样遭遇极端天气，它们就会冷不丁地将驾驶权扔回飞行员手里。在发生这类严重事故的时候，飞行员可能对突然到来的驾驶权手足无措。同样危险的是，机载电脑还会在危急关头向飞行员倾泻大量警示信号、检查清单和有声警报，使飞行员应接不暇。比如2010年11月，载着469人的澳大利亚航空32号航班发生引擎爆炸，650条控制电路因此切断。然而，当机长理查德·德·克雷斯皮尼尝试在新加坡降落时，他和副机长却被屏幕上闪出的120个指令菜单晃得眼花缭乱。

美国联邦航空管理局也认识到，人和电脑的组合未必是最安全的。2013年，美国空管局公布了一份为时7年的研究报告，连篇累牍地罗列了人类和机载电脑的组合所构成的危险。美国空管局的首席调查员凯西·阿伯特发现，飞行员往往会过度依赖自动飞行系统，“即便怀疑系统没有正常运行，也不愿出手干预”。报告还提醒说，现在的飞行员依然在为自动飞行系统的状态而困惑。

短期之内，航空公司准备更改电脑系统，对飞行员加强训练，以此来降低这些风险。长远来看，降低驾驶舱内的自动化水平似乎是一个不错的法子。不过，许多航空从业者追求的是另一条道路，那就是进一步减少容易出错的人类在驾驶舱内的作用。

波音、空客、BAE系统公司和达索这几家飞机制造商，已经共同斥资3000万欧元，准备用4年时间研发出一套协助飞行员应对紧急状况的计算机辅助系统。这个项目称为“降低压力和工作量的高级驾驶舱”（简称ACROSS），旨在用电脑降低飞行员工作负荷中的危险峰值，以避免在危急时刻造成混乱。这个系统的目的在于，使机长或副机长能够在对方失去行动能力的时候单独应付危机。不过，它的功能还不止于此。它的设计者希望，建立一个能够完全取代副机长的自动飞行系统，使得客机从起飞到落地只需要一名飞行员。而ACROSS的功能之一就是，认清实现这个目标需要克服的难题。

不过，就算高度智慧的机器智能真能充当合格的副机长，如果唯一的飞行员也失去了行动能力，结果又会如何？在康明斯看来，要让电脑副机长和人类一同驾驶，它就必须能够在机长身体不适的时候单独控制一架飞机，自行完成起飞、巡航和着陆任务。如果是那样，那还需要人类做什么？去掉了人类，就肯定能减少人机配合中的那种混乱局面了。

人类多余吗？

2013年，美国航空航天局（NASA）艾姆斯研究中心在一项研究中支持了这种推理。研究指出，安装在新一代单人驾驶轻型喷气机中的自动飞行系统，同样会增加飞行员的负担，在导航和飞行控制时犯错。康明斯说：“所有飞行研究者都承认，飞行员从两人减少到一人只是一个中间步骤，最终的目标是没有飞行员。”不仅如此，康明斯还相信全自动飞行的时代迟早会到来。她在担任美国海军飞行员的时候明白了一点，那就是战斗机的自动飞行系统根本不需要她的参与，它驾驶飞机降落航空母舰的技术远远高于人类。她说：“在调整方向、空速和高度方面，它都要比我迅速得多。”电脑在极短时间内的操作的确优于人类，因为人眼和人脑之间的沟通速度比不上传感器和处理器之间的传输。“从你看到一个需要行动的刺激，到实际采取行动，中间至少要经过半秒钟的耽搁。而相比之下，一台电脑从侦测信号到采取行动，只需要几毫秒的时间，这是人类绝对跟不上的。”

美军无人机的实验也证明了这一点——随着自动化程度的提高，它们的坠机率也大大下降。以往的起飞和降落中常有事故发生，而将这两种操作交给电脑之后，情况明显改善。康明斯指出：“降落和起飞几乎是飞行员任务最重的时候。”几乎有一半致命空难发生在这两个飞行阶段。endprint

无人驾驶客机已然出现

那么，无人驾驶客机离我们还有多远？其实它已经出现了：BAE系统公司的一架无人驾驶喷气客机已经飞行了800千米，以测试它与其他飞机以及空管员的互动情况——不过飞机上还是配了一名飞行员，为防万一。

这架喷气机配备了未来的无人机都会需要的初步机器智能——一种名叫“空域整合处理器”（简称AIP）的智能飞行管理系统。AIP用无线电、雷达和摄像传感器来防止碰撞，并通过卫星与一位地面飞行员保持通讯。BAE的飞行工程师罗德·布坎南介绍说，AIP在接到目的地坐标之后就会制定一条航路，危险的气象情况和空中交通管制都会计算在内。

虽然有了种种进步，但航空公司不太可能首先启用无人驾驶飞机。联邦快递和UPS这样的货运公司会率先将飞行员的人数从两个减少到一个。这相当于在与航空公司同样型号的飞机上试验这项技术，只是机上没有乘客。如果试验成功，这些货运飞机就会在2035年前后彻底抛弃飞行员。公司只要保留一名飞行员，让他在地面借助卫星监测不同的货运飞机，在发生故障的时候远程控制即可。

现在看来，自动飞行技术的成功还可能大大提前。得益于电推进和智能飞行控制系统的快速发展，研究者相信，飞行轿车或“私人空中车辆”（PAV）的时代或许就快要到来了。它们在商业上的成败取决于能否彻底自动化。毕竟，学习飞行要数千英镑，如果大众要坐着PAV安全地飞到拥挤的空中，我们就需要一台电脑来驾驶。工程师迈克·江普指出：“把地面交通的规模搬到空中，就不可能再采用手动控制。”他预测，飞行轿车将在2025年升空。

自动化无疑会吸引航空公司的经营者们：除了燃料，人工是这个行业的最大成本。资深飞行员每年的工资超过24万美元，公司还常常需要对他们进行培训和补习，此外还有医保和退休金之类的福利要支出。他们的工作时间也受到严格限制。英国考文垂大学的航空顾问多诺·威尔逊指出：“机组人员有生理需求和严格的工作周期，这些都会限制飞行时间。”

康明斯指出，自动化也更能节省燃料——自动驾驶系统不会偏离最优路线，因此不会额外浪费燃料。而对航空公司和环境有利的技术也对乘客有利，因为它们能够降低票价。如果无人驾驶飞机能够减少航班之间的周转时间，它们或许就能稍稍减轻一下航班的延误。飞机设计者甚至还可以更改机舱内的布局。威尔逊指出：“既然飞行员不必再坐在前面，设计师就不用再遵循传统的设计。”取消了驾驶舱，乘客就能观赏到以往只有飞行员才能看到的风景了。

大众对全自动驾驶的心理

当然，全自动驾驶也有一大隐患：如果系统故障，飞机上又没有机组成员，那该怎么办？2009年1月，切斯利·苏伦伯格的飞机在纽约上空出现引擎故障，他驾驶飞机在哈德逊河上成功迫降，机上无人伤亡，而一个人工智能“机长”是不可能有这样古怪而高明的决策的。

在美国南加利福尼亚大学哥伦比亚分校研究风险和技术的布兰特·沃克·史密斯表示，电脑或许的确不能做到这一点，但是航空公司可能已经对这类特殊事件有所准备了。他说：“如果自动化能够降低坠机和伤亡的数量和程度，那么就算制造出的飞机更容易坠毁，它们的实际风险也未必会更高。”不过，飞行员当然不可能心甘情愿地被新技术淘汰。比如德·克雷斯皮尼就指出：“只有将人类的意识、知觉和预测都复制到一台机器当中，我们才能制造出可靠的无人驾驶飞机。在那之前，拯救乘客的希望只会落在飞行员的身上。”

英国航空飞行员协会的发言人理查德·图默也同意这个说法：“乘客希望将自己的性命托付在两个充分训练、充分休息的飞行员手里。这一点不会马上改变。”不过，随着无人驾驶汽车即将上路，公众或许会对无人驾驶的交通工具更为接受——康明斯说，她已经在最近的一项研究中看到了一些证据。不过她也承认，无人驾驶飞机还是会受到许多人的排斥。“飞行员从两个减到一个容易，从一个减到没有就难了。”她说，“这个技术难题会受到监管的阻力，还有文化的阻力。”

英国皇家自由医院的临床心理学家罗伯特·波尔指出，这种文化阻力具有深厚的根源。波尔的研究领域是航空心理学，他指出：“这种阻力源于对事物失去掌控的原始恐惧。”乘客喜欢看见一个能干的人掌控飞机，一个在发生意外的时候和他们一样置身险境的人。虽然飞行员坦言自己只是在监测自动系统，但是波尔认为，乘客仍然将他们看作是“身着制服、处变不惊的专业人士”，他们“代表我们操控飞机，与危险搏斗”。波尔表示，“航空业需要证明，无人机的安全性和有人机相同，甚至更胜一筹。我需要广泛的实验来清楚地证明它的确安全。要是明天就有人告诉我说飞行员都到地面上工作了，我也一样会觉得担心的。我认为要人们接受这一点，并不容易。”endprint