自主式补给无人直升机开始飞行验证

时杰

为期5年的“自主航空货运/通用系统”（AACUS）科研项目是美国国防部迄今关于自主控制的最大研究项目。AACUS是响应美国海军陆战队紧急作战需求而构思，这个需要要求无人直升机将货物运送到没有数字地图和GPS的着陆区，具有自主规避航线上障碍物的能力，并可在有限的空间内选择安全着陆点。

极光飞行科学公司按照美国海军研究办公室（ONR）“自主航空货运/通用系统”（AACUS）项目开发的自主无人直升机已开始飞行验证。

AACUS的飞行验证

2017年12月晴朗、寒冷的一天，极光飞行科学公司在弗吉尼亚州的一个城市训练基地开展了AACUS项目的飞行验证。一架无人直升机在美国海军陆战队匡提科（Quantico）基地的两个着陆场之间运送补给品。试验看起来非常容易，但设在模拟村子附近帐蓬里的一排屏幕上显示，这架自主无人直升机在很费力地工作。

一名俯瞰着陆区的水兵，在一个简单的平板电脑显示屏上录入运送补给品请求。在数千米以外的地方，无人直升机自主规划其递送补给品的航线。

地面站操控员审查和预设航线，并操控无人直升机起飞。爬升后，无人直升机搭载的激光传感器扫描地形、树木、电线和其他障碍物。若探测到航线上有树，无人直升机则在飞向目的地之前，将爬升到较高、较安全的高度。

无人直升机在航线上不断扫描，为避开探测到的障碍物，无人直升机将略微调整其规划的飞行航线。在着陆区等待的水兵，探测到危险物的出现，可能是有人想越过清空的着陆区，水兵立即按平板电脑上的一个复飞按钮，无人直升机则自主执行360。转弯，返回到规划的航线，在接收到解除警报的信号后继续飞行。

在接近模拟的村子时，前視激光传感器集中扫描着陆区，对墙和其他可能的障碍物进行测绘，估算地形的倾斜度和粗糙度，然后系统自主调整到安全的着陆地点。

在最后进近阶段，系统探测到着陆区的一个小型障碍物，一只鹈鹕笼子，并使无人直升机侧向移动，使其在着陆时，障碍物在旋翼的旋转范围之外。降落后，有人跑向无人直升机，将补给品卸下来。然后当该区域被清空后，小山上的水兵便按平板电脑上的一个按钮，使无人直升机返回基地。

这些飞行验证是AACUS项目的结束演示。这个为期5年的科研项目是美国国防部迄今关于自主控制的最大研究项目。AACUS是响应美国海军陆战队紧急作战需求而构思，要求无人直升机将货物运送到没有数字地图和GPS着陆区，具有自主规避航线上障碍物的能力，并可在有限的空间内选择安全着陆点。AACUS被设计成是一种自主装置，可安装在任何旋翼机上，将它转换成补给或救援平台。

后续的试飞

今后两年内，美国海军研究办公室计划进行一系列操作试验来确定对海军陆战队MUX项目的自主控制要求。MUX是海军陆战队的大型多用途远程无人机，可能于本世纪20年代初作为与陆军的联合项目出现。

美国海军陆战队战斗实验室在2018年春天开始的“海龙”（Sea Dragon）2025的第2阶段综合训练中，将采用上述ACUSS试验直升机，即极光公司从一架UH-1H改装的，具有自主能力的AEH-1无人直升机进行试验。“海龙”训练重点是试验后勤技术。

接着是美国海军航空系统司令部于2018年8月验证其吊挂载荷操作，10月验证着舰操作。美国陆军和海军航空系统司令部计划在201 9年3月验证将包含自主医药补给和伤亡撤离，一些可由未来MUX执行的任务。

2011年至2014年，美国海军陆战队曾在阿富汗部署两架洛马/卡门公司的K-Max货运无人直升机，为前线基地提供补给，从实战中学到了如何在地面控制这些飞行器的有价值知识。但ACUSS与它完全不同，需要有自主控制能力。

AEH-1试验机

AEH-1作为AACUS的试验机，已被改装成一个具有数字式飞行控制系统的无人直升机。AEH-1采用罗克韦尔·柯林斯公司的飞控计算机，来驱动与该无人直升机舱底下与机械控制系统连接的伺服作动器。AACUS装置在波音公司的UH-6“小鸟”无人直升机和贝尔206直升机上试飞后，安装于AEH-1。

AEH-1无人直升机的机头、机腹和尾桁处分别安装了激光雷达传感器，可对无人直升机的任务环境进行测绘。近地自主公司已与极光公司一起研究此感知系统。为表征着陆区的实景，系统还采用了不同波长的摄像机，系统因此能知道着陆区是坚实的土地，还是长满百合的池塘。这些传感器还用于视觉测程法（Odometry），采用摄像机图像在无GPS的情况下，为无人直升机导航。

机头上安装的威力登（Velodyne）公司的激光雷达作为主传感器，扫描飞行中和着陆区的障碍物。它在飞行过程中旋转，扫描范围为270 °。其数据为由块组成的3D数据格网（即由激光雷达产生的一种数字地图），根据激光雷达的回波，这些块可标记为空的，或占满的。取决于飞行阶段，基于所需的分辨率，这些块可变大或变小。在接近目的地时，前视传感器集中扫描着陆区的更窄范围，以探测小物体。当无人直升机进近时，这可使自主系统选择一个安全的降落点，而无须先飞越着陆区。

AEH-1也可选择由飞行员驾驶，而当以自主模式飞行时，机上配备一名安全飞行员。这样就可以用安全和高效的方式迅速扩展系统的工作范围。选择有人驾驶可使此原型机集中于研发自主控制，而不是飞行器管理，由飞行员操作发动机，并在自主系统工作不好时接管对直升机的控制。

装在座舱中的一个由NASA研发的“天上公路”显示器会把自主系统计划执行的工作及其原因告诉飞行员。而地面站和平板电脑上由库塔（Kutta）技术公司研发的等效状态知晓显示器则使操作员和用户了解无人直升机的飞行情况。

AACUS被设计成像飞行员那样驾驶无人直升机。使用者经不到半天时间的培训，就能使用平板电脑上的一个APP将此无人直升机召唤到他面前，而且它可像由飞行员操纵那样自主飞行到着陆区。

AACUS可使自主式无人直升机在无任何航空知识的使用者操控之下，飞到没有任何地面基础设施的着陆区着陆。

极光公司将AACUS设计成平台通用的便携式任务装置，而且采用开放结构，可按无人直升机不同的尺寸和速度增加或减小装置的大小。系统的每个部件都可在无人直升机间通用。其由卡内基·梅隆大学开发的航迹和航路规划算法可移用到各型无人直升机上。传感器是模块式的。飞行器性能模型可通过输入飞行手册适合不同的无人直升机。

虽然AACUS的一个目标是用于美国海军陆战队提出的MUX无人机，但此自主技术可用作任何电传控制直升机的飞行员辅助装置，提高视觉不良环境下的操作安全性。它还可使任何有人或无人直升机的飞行控制自主化。美国海军陆战队已与陆军在一架马洛伊（ Malloy）航空公司的小型货运无人机上联合试验此感知系统，并考察步兵作战单元如何在建制上采用这种能力。

美国海军陆战队对自主补给的兴趣由其向分布式作战方式的演变所引起，此种作战需要支援分布在广大地理区域的小型作战单元，需要将补给品迅速分送到前线。在AACUS项目下研发的自主能力还可用于包括电子战在内的其他任务，以及支援班这样的小型作战单元。

（责任编辑：刘英姿）