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解析无人机撞客机究竟有多危险:破坏远超鸟击

本文授权转载自微信公众号:e起飞民航交流平台 作者:e起飞

1月5日有外媒报道,莫桑比克LAM航空公司的一架B737-700执行从莫桑比克首都Maputo市到Tete市的TM-136航班,在接近Tete市时与一架无人机相撞,最后飞机安全落地,但雷达罩严重受损。

undefined莫桑比克LAM航空公司客机疑似与无人机相撞,雷达罩受损。

undefined莫桑比克LAM航空公司客机疑似与无人机相撞,雷达罩受损。

莫非史上第一起客机与无人机相撞的案例发生了?

然而并没有。

1月10日莫桑比克民航局最新的报告表明,他们认为雷达罩破损的最大可能是因为气流压力造成的结构故障(structural failure),这可能是雷达罩安装不当所致 ,可以排除外来物体撞击损伤。莫桑比克民航局补充说,雷达罩是通过一家提供飞机零部件的美国公司购买,并于2016年6月27日在飞机停场维修期间安装到飞机上的。

值得注意的是,莫桑比克LAM航空公司也是欧盟禁飞名单上的一员。

但这则新闻引发一个思考——我们面临的空中与无人机相撞的风险到底有多大呢?我们今天就一起来聊一聊这个话题。

一个基本事实是,截至目前还没有发生过客机与无人机相撞的案例。不过,世界各地已经发生了很多起无人机与客机危险接近的不安全事件。以下是危险接近事件的不完全记录:

2014年3月22日,美国航空从北卡罗来纳州Charlotte飞往Tallahassee的4650航班的飞行员报告称“一个未报告的无人机飞机......位于Tallahassee机场东北5英里......距离自己非常接近,确信已经撞上了”,但幸运的是,落地后的检查未发现飞机受损。

2016年6月19日,瑞士的一架RJ-100飞机在伦敦进近、高度下降通过约1500英尺时,一架无人机与其危险接近,险些相撞(nearly collided)。

2016年7月14日,Easyjet一架A320客机在巴塞尔机场(瑞士)进近时,机组报告在ILS DME 3.4nm(高度约1080英尺)处,一架无人机从距离飞机约50米处穿越。

2016年7月18日,英航一架A320客机在希思罗机场进近时,在高度下降到4900英尺时,飞行员看到一架直径约0.5米的黑色无人机出现在距离自己右侧仅约20米的位置,险些撞上。

英航这起事件在媒体的传播下,在英国各界引发热议。英国飞行员协会(BALPA)的飞行安全专家史蒂夫·兰德斯评论说:“坦率地讲,发生无人机与客机相撞的事只是时间问题,因为太多无人机是由不了解风险和规则的业余爱好者操作的了。”

我们接下来从几个方面捋一捋。

一、无人机分类

根据中国民航局2015年下发的《轻小无人机运行规定(试行)》,无人机根据重量、种类以及是否超视距等要素分为7类:

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按照这个分类方法,以民用无人机市场占有率超过70%的大疆无人机为例,其热卖的产品均属于I、II和VII类无人机。

其中,大疆的个人用无人机属于I类:

Phantom 4 Pro—1.388kg、

Phantom 4——1.380kg、

Phantom 3(标准版)——1.216kg、

Mavic——0.734kg(不包含云台保护罩)/0.743kg(包含云台保护罩)。

而大疆的专业级无人机属于II类:

Inspire 2——3.29kg(含两块电池、桨;不含云台相机)、

Inspire 1——2.845kg(含电池、桨;不含云台相机)。

二、碰撞几率

碰撞几率取决于无人机出现在飞机飞行空域的可能性。

政策层面,目前各国都出台了无人机管理规定。FAA出台的政策较早,随后国内民航局也陆续出台了一系列政策法规——2009年6月26日下发了《民用无人机空中交通管理办法》,2013年11月18日针对无人机驾驶员下发了咨询通告《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》,2015的12月29日又出台了《轻小无人机运行规定(试行)》。

技术层面,无人机的生产厂家以及管理方制定了很多规则。以大疆无人机为例,通过限高、限距、设置敏感地区如机场周边的“电子围栏”、建立无人机云监控系统(U Cloud)等等。

但这些依然阻止不了危险接近事件的持续发生。

据Avherald.com网站统计,从2014年开始,一共发生过24起无人机与大型客机危险接近/撞击的事件。其中,发生率为2014年1起、2015年9起、2016年13起,发生率逐年攀升。

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如果算上飞机数量更多的通航领域,这个数字更为惊人。FAA(美国联邦航空局)的统计数据表明无人机和飞机的危险接近事件从2014年之后逐年飙升,截至2016年8月一共已有多达650起。

国内也有类似报道。2014年12月24日,广州白云机场使用02号跑道落地的两架飞机均报告五边发现无人机活动,造成空中进近的飞机避让,改用20号跑道着陆,地面飞机全部暂停起飞。

这些危险接近的事件中,发生在欧洲、美国这样的发达地区居多。一方面是我们的监管得当,另一方面还是因为我们的无人机市场没有欧美发达所致。

难道不是我们的无人机爱好者素质更高吗?对不起,如果你到各大无人机论坛里逛一逛就知道,虽然遵纪守法的正能量是主流,但绝对少不了想突破各种限制的暗流涌动,私自破解改限制让无人机飞得更高的“英雄壮举”也屡见不鲜。

根据我国《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》,绝大多数小型无人机玩家都需在目视条件下飞行(即飞行高度不超过120米,人机距离不超过500米)。而在各大网站上,我们可以看到不少无人机玩家秀出的从广州小蛮腰顶上俯视的航拍图,飞行高度均在500米以上。也可以看到为数更多的超视距截图照片——通常人机距离都在3公里以上。

一些资深玩家弄出的动静更大。

2013年12月29日,北京就曾发生无人机“黑飞”导致多架次民航飞机避让、延误的事件,最后空军出动直升机成功将其击落。2015年11月17日,空军又再次在河北涿州处置一起无人机“黑飞”事件。

这两起事件中的无人机都是体型比较大的燃油助力无人机,与我们日常见到的大疆那种I型或II型无人机不同。后者由于体积较小,基本不能被常规地面雷达扫描到。2015年1月26日,一架大疆无人机就曾误入这个星球安保措施最严密的地方之一:白宫。

三、碰撞危害

1、与飞机机身碰撞的损害

曾有学者依据飞机与和民用无人机类似重量的鸟撞击后飞机很少严重受损的例子,来证明无人机撞客机的危害并不大。其实这种推测并不严谨。

在非大型客机的比如通用航空领域,无人机撞飞机的事件其实已经真实发生过。2015年8月27日,一架Piper型号的小飞机在芝加哥的O'Hare国际机场西南20海里与一个无人机相撞,所幸无人受伤。

下图是飞机受损的情况,这种锐利的切口不太可能是由自然界的鸟类造成的。

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通常大型客机的速度是小飞机的约2-3倍,如果是大型客机的机翼以正常的飞行速度碰撞到无人机,我们可以知道其所受到的冲击会比上面这个图片的大很多。当然,大型客机的结构强度也会比小飞机更强。

为了研究无人机撞击会对飞机机体造成什么影响,英国Cranfield大学的Ian Horsfall教授做过一项研究。Horsfall教授为了模拟无人机撞击飞机的效果,制作了与典型无人机具备一样物理特性的“弹药”,由一台4英寸口径的“炮”将“弹药”以200节的速度打向雷达罩。

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研究表明,无人机对雷达罩的破坏要超过鸟击对雷达罩的破坏。同等重量的模拟的鸟只会被雷达罩弹开,而无人机撞击会撕开甚至穿透雷达罩结构。对于影响无人机撞击结果的因素,“硬度”的影响要远远超过“重量”。

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此外,无人机在撞击过程中、以及在穿透飞机结构留在飞机内部后,无人机里的电池起火甚至爆炸也是鸟击事件中没有的风险因素。

2、与发动机碰撞的损害

目前,还没有厂家拿真实的发动机做过无人机撞击发动机的影响实验。事实上,目前所有生产的航空发动机在设计时都没有考虑过像无人机这样的坚硬物体撞击对发动机的影响。

不过美国弗吉尼亚理工大学的研究团队通过计算机对这类碰撞进行了模拟实验。研究团队设置的模拟参数为:一个重8磅(3.6kg)的4轴旋翼无人机撞击一台叶片直径9英寸的涡扇发动机。模拟结果显示,无人机撞击要比同等重量的鸟撞击导致更多的发动机叶片受损——也就是说发动机受损更加严重。

当然,需要指出的是,这个实验所使用的无人机样本重量为3.6kg,和最常见的大疆个人用无人机(I类)有着比较大的差别,但大疆的专业级无人机(II类)与实验所使用的无人机样本比较接近。

四、安全建议

虽然目前看发生无人机与客机相撞的风险发生的几率很小,但是随着无人机市场的高速增长,我们还是有必要未雨绸缪,至少我们可以进行一些有益的思考。

1、评估适航标准

航空界面临的是以前从未遇到过的问题——天空中多了这么多人造的“铁鸟”。我们的飞机制造、发动机制造的适航审定标准都是在这种情况出现之前制定的。我们是否需要重新审视、并通过足够的实验数据来说明目前的标准是安全的、或是需要改进的?

2、创新科技


目前的措施都是被动防御——即防止无人机进入关键空域。我们可否从主动防御的思路考虑一下呢?比如由飞机制造商设计一个装置,让飞机持续发射干扰频率,阻止无人机靠近飞机。

3、公众教育+严格执法

在适航审定标准的评估和更新的科技出来之前,最直接有效的还是对加大无人机爱好者的公众教育和严格执法。广大无人机爱好者朋友必须清楚,我们越来越繁忙的天空里并非只有蓝天,还充斥着越来越多的载人航空器,上面有和我们一样的骨肉同胞。无人机看似很小,但一旦撞上飞机,产生的破坏可能是巨大。

对于明知故犯、私改无人机安全设置的,可以建立黑名单。情节严重的,可以考虑以“危害公共安全罪”量刑。

沈诗萌 本文来源:网易航空


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