盲飞 | 发现杂志

大多数早晨的六点整，迈克尔·J·吉德里中校的CD闹钟都会响起，他会起床并前往他的工作岗位，测试有史以来最具革命性的飞机。吉德里使用卡车的巡航控制，以避免在莫哈韦沙漠的道路上超速行驶，他穿越爱德华兹空军基地，经过1947年查克·耶格尔（第一位突破音障的“真材实料”飞行员）驾驶贝尔X-1降落的地点，然后抵达机库，在那里，21世纪的飞行荣耀——RQ-4A“全球鹰”正在等待他。虽然吉德里的飞机在长度、高度和重量上与20世纪50年代的U-2侦察机相似，但这款未来的飞机更像虎鲸，而非飞行器。它的速度也不快。它由一台传统的罗尔斯-罗伊斯·艾利森喷气发动机提供动力，推力仅为7150磅，无法超越普通的波音737客机。一眼就能看出为什么吉德里和其他人亲切地称它为“虎鲸”（Shamu）。尽管如此，“全球鹰”仍然有令人印象深刻的强大理由。这只“虎鲸”是盲飞的。吉德里不登上飞机。没有人登上飞机。“全球鹰”没有驾驶舱。它自行飞行。吉德里和他的同事们坐在一辆狭窄的伪装拖车里，被称为任务控制单元。他们没有操纵杆、油门或踏板。他们甚至没有从飞机上看到的飞行员视角：“全球鹰”没有前向摄像头。它自己决定如何飞行。而且它在这方面取得了足够的成功，从而引出了一个更大的问题，这个问题的答案肯定会成为大多数商业航空公司乘客未来的一个组成部分：飞行员是否过时了？如果不再需要他们，乘客会接受没有飞行员的飞行吗？“毫无疑问，我们将能够自动驾驶飞机，”麻省理工学院航空航天学教授R·约翰·汉斯曼说。“我们已经在这样做了。”如今的商用自动驾驶系统非常复杂，以至于“如果你驾驶一架777滑行到跑道中线，并告诉它起飞，那么在抵达机场开始刹车之前，你都不必再触摸操纵杆。”“全球鹰”是第一架完全“脱离人工操作的飞机”，吉德里说，他对两台机载电脑能够以比人类更优雅的姿态起飞、飞行和降落的能力仍然感到惊叹。他的“盲鲸”已经证明了它在阿富汗上空作为长时间侦察机具备如此强大的能力，以至于五角大楼的规划者急于完成对两架更先进的无人驾驶战斗机的测试。

这张图片少了什么？图中显示在爱德华兹空军基地的RQ-4A“全球鹰”，仅凭电脑机组人员就能例行公事地自动飞行。

像迈克·吉德里这样的飞行员加入空军是为了飞行。吉德里曾驾驶F-15战斗机，在伊拉克执行过68次武器系统军官任务。四年前，他曾是宇航员的最终候选人，但未能通过视力测试。他似乎不是452飞行测试中队执行任务的合适人选，因为在那里，机组人员留在地面，飞机自行飞行。但吉德里对此引以为豪。“这架飞机赢得了科利尔奖，”他说，指的是航空界的诺贝尔奖，将“全球鹰”与B-52轰炸机、阿波罗11号登月任务，当然还有耶格尔的X-1飞机相提并论。1999年，一架“全球鹰”成为第一架计算机操作的无人飞机，自行跨越太平洋，历时23小时抵达澳大利亚，吉德里说，它“准确无误地降落在跑道中线上”。(1946年，两架没有人类的B-17轰炸机从夏威夷飞往加利福尼亚，但它们完全由地面飞行员通过无线电控制。)“全球鹰”的能力远不止于此：可连续飞行36小时，航程达13500海里，之后才需要降落加油。提前三年，它于去年秋天在阿富汗上空通过了实战考验，以每小时345英里的速度在65000英尺的高空巡航，通过卫星将侦察情报传输给地面军官。它配备光学、红外和雷达传感器，无论白天黑夜，晴天阴天，都能拍摄图像。尽管许多性能细节都属于机密，但吉德里表示，该飞机能在24小时内绘制出整个伊利诺伊州的详细地图，足以显示出单独的人。当吉德里沿着飞机优雅的116英尺锥形机翼漫步时，他来到一个连接到机载计算机的推车上的计算机工作站，通过单个尾部发动机下方的小插孔端口连接。“当你启动它时，”他说，“飞机就会像飞行员一样，对所有系统进行检查。你通过计算机下载任务计划。你告诉它，‘我们希望你对坎大哈和托拉博拉进行成像。’”然后，在一个没有窗户的伪装控制拖车里，吉德里所要做的就是用电脑鼠标“点击起飞按钮”，“然后它就起飞了。”在飞行中，“全球鹰”由两台机载计算机驾驶，它们“跟踪飞机的位置、高度、姿态以及所有控制装置和扰流板的姿态，”吉德里说。使用一套复杂的算法，计算机决定“如何飞行、操纵和拍照以完成任务计划”。人类所做的唯一事情就是通过台式电脑规划任务，并在飞行中监控来自飞机的信号。任务控制拖车中的显示屏显示飞机在地图上的位置和航线，并提供经典驾驶舱仪表读数，如高度、空速和油门设置。一个监视器显示滚动计算机代码。“这告诉我们飞机上的计算机在想什么，”诺斯罗普·格鲁曼公司（建造“全球鹰”的航空航天公司）的飞行测试经理罗伯特·埃廷格说。 “全球鹰”的观察员们坐在伪装拖车舒适的办公椅上，只需点击鼠标即可改变飞机的航向或高度。他们还可以上传另一个任务计划。但吉德里说：“‘全球鹰’在您坐下来让它自行飞行时表现最好。” 飞机的自主控制远远超出了简单地遵循人类编程任务计划的命令。它不能思考，但可以应对突发事件。埃廷格解释说，飞机有自己的自动化应急计划。根据问题的严重程度以及其在任务中的位置，它可能会决定进入盘旋模式等待与地面控制员协商，返回基地降落，或进行紧急降落。埃廷格在成为F-16试飞员之前，曾在越南驾驶F-4执行过100次作战任务，他说：“计算机在紧急降落方面做得比人类飞行员好得多。” 凭借四套机载GPS导航系统，飞机可以在世界任何跑道上自行降落，误差范围仅为50英尺。更令人印象深刻的是，埃廷格说，它可以在几英寸之内沿着飞行路径飞往任何配备特定天线的机场。“我给空军飞行员播放飞机降落的视频，他们只是面面相觑说，‘天哪，这东西比我做得好多了。’”

关于“全球鹰”最大的惊喜是它根本没有任何惊喜。吉德里说，它的技术是“现成的”。它只是将现有无人机技术与现有自动驾驶技术相结合。无线电遥控无人机至少自20世纪40年代以来就被用作靶机，而三轴（俯仰、偏航、滚转）自动驾驶仪早在60多年前就被首次安装在商用飞机上。例如，空军有一种新型无人机，也因其在阿富汗的侦察工作而受到赞扬。RQ-1（在空军的表示法中，R代表侦察，Q代表无人）是一种精致的、27英尺长、1130磅重的倒飞勺形飞机，名为“捕食者”。它配备101马力发动机，最大巡航速度为每小时135英里，从普通跑道起飞，像“全球鹰”一样，没有人类机组人员。但与“全球鹰”不同的是，“捕食者”需要人类飞行员参与控制。“捕食者”的飞行员坐在一个远程拖车里，但他们拥有一个完整的驾驶舱，配备操纵杆和油门控制。驾驶舱屏幕显示来自飞机前部的实时飞行员视角视频图像。如果与无人机的卫星链路中断，“捕食者”将盘旋直到重新建立联系。与“全球鹰”不同，“捕食者”没有自主降落的能力。自主降落也不是尖端技术。大多数现代客机都配备了自动驾驶仪，可以在零能见度或在没有任何人类机组人员帮助的情况下控制飞行。配备此类系统的飞机被称为三类认证，这项技术可以追溯到20世纪60年代。“我们的降落与商业三类降落非常相似，”吉德里说。约瑟夫·巴拉诺夫斯基是一位退役的30年资深商业飞行员，他说飞行员使用三类系统的自动降落功能远比条件要求频繁。“有时你只是累了，”他说，“让飞机自己降落更容易。”麻省理工学院教授约翰·汉斯曼说，航空公司不会公开自动降落的频率，但是，“我会说，如果你经常飞行，你进行过自动降落的可能性超过一半。”

高空飞行的“全球鹰”最擅长的是侦察。它可以在任何天气条件下，无论白天黑夜，获取详细图像——就像这张（上图）城市交叉口的图像。在任务控制拖车（下图）中，操作员通过显示仪表读数（如高度和空速）的监视器跟踪飞行。

在爱德华兹空军基地的其他地方，公众视线之外，停放着一架承诺将挑战极限并突破极限的飞机——X-45A（X代表实验型）。它也被称为空军UCAV，即无人作战飞行器。X-45A于四月完成了高速自主滑行测试，并于五月成功完成了首次试飞。紧随其后的是海军版本，能够从航空母舰上起降。虽然“全球鹰”看起来即使有人给吉德里开个舱口也能容纳他，但空军UCAV流线型的27英尺长复合材料和铝制精简设计显然没有人的空间。波音设计师为中央安装的6300磅推力发动机、用于计算机和导航系统的小型舱位以及用于弹药的大型舱位留出了空间。“UCAV将远远超越‘全球鹰’，”项目经理迈克尔·莱希上校说。它们的自主性将如此强大，以至于只需一名操作员就能同时监管四架。莱希说，这些“四胞胎”将“成群结队地狩猎”，编队飞行并随时调整作战计划。例如，在执行摧毁敌方防空阵地的任务中，如果一架UCAV被击中并失去传感器，所有四架飞机的计算机将在没有任何人类帮助的情况下协商战术，并找出发射受损飞机弹药的最佳方法，利用其他三架飞机上工作的传感器。这些自飞、自规划、集群狩猎的UCAV预计将于2008年投入使用，在对有人驾驶飞机来说风险过大的情况下，作为对抗敌方防空系统的第一波部署。最终，工程师们希望建造空战UCAV，这一想法令资深顶尖飞行员埃廷格兴奋不已。他说，有人驾驶战斗机在几十年前就达到了机动性极限，因为人类飞行员无法承受超过9个正G的力。相比之下，巡航导弹可以进行20G的机动，UCAV也可以。“当它完全开发出来时，”埃廷格说，“UCAV的思维和运动能力将优于人类飞行员，并且会是一个更好的空战机。”海军UCAV需要更高的复杂性才能进行舰载降落，这长期以来被认为是飞行中最困难的挑战。海军飞马UCAV项目经理大卫·马祖尔说，该飞行器将使用舰载相对GPS系统，该系统可以精确到8英寸内提供飞机相对于颠簸的航母甲板的精确位置。“在恶劣海况下，它应该比飞行员降落得更好，”他说。此外，海军UCAV必须适应航母交通的蜂群式繁忙。“我们希望在有人和无人混合的情况下无缝操作，”诺斯罗普·格鲁曼海军UCAV项目经理兰迪·塞科尔说。UCAV在未经人类许可的情况下不会做的一件事，至少目前是如此，就是投掷炸弹和发射导弹。“在武器释放之前，必须有人承担道德责任，”马祖尔说。但在关键时刻——当地对空导弹阵地即将将UCAV从空中炸毁时——将人类重新纳入控制循环可能会变得很棘手。

编队飞行、空战格斗、航母操作：如果要求苛刻的军事飞行都能由自主飞机轻松完成，为什么不能让搭载数百名乘客的自主客机也做到呢？人们已经将生命托付给交通灯和轻轨等简单的自动化系统。除了可靠性问题（例如当乘客在35000英尺高空时，两台控制计算机都失效会发生什么）之外，工程师们担心计算机的即兴应变能力不佳。“机器需要信息，”汉斯曼说。“如果我能编写规则，机器就能做到。但如果我不能提前编写规则，机器就做不好。”另一方面，人类可以随机应变。例如，1989年7月，美国联合航空232号航班发生了一件无人预料的事情：DC-10飞机的尾部发动机的风扇转子脱落，切断了连接飞行员与方向舵和副翼等控制面的主液压管线和备用液压管线。飞机严重右倾，本会坠入玉米地，导致机上296人全部遇难，但机长和机组人员想出了一个解决方案。通过逐一调整两台翼装发动机的油门，飞行员能够通过差动推力粗略地操纵飞机——就像通过拉动一支桨来划船一样。他们设法在爱荷华州苏城机场迫降，救了机上184人。如果当时只有自动驾驶仪在驾驶那架DC-10，没有人会幸存，但麦克唐纳·道格拉斯公司的工程师随后对自动驾驶仪进行了编程，使其能够通过油门操纵一架没有方向舵的飞机。由于成本原因以及液压系统完全失效被认为可能性太小而无需担心，这项改进从未被纳入商业自动驾驶仪。这其中涉及到航空业成本与安全之间一个有趣的权衡。如果航空公司能将飞行员薪资投入到计算机飞行员的改进上，飞机制造商或许就能赋予自主飞机计算机大脑来自飞行史上每一次事故的飞行经验。这将使其能够执行人类飞行员在紧急情况下想到的每一个出色动作，更重要的是，使其不会犯下人类错误，因为人类错误被认为是70%致命坠机事故的原因。新的紧急情况无疑还会出现，自主飞机也肯定会坠毁。但汉斯曼表示，自主飞机在大多数情况下在效率和可靠性方面超越有人驾驶飞机，成为高度可见的替代品，应该用不到十年时间。届时，信息技术将在飞行中超越即兴应变能力，就像“深蓝”在国际象棋中战胜加里·卡斯帕罗夫一样。“这不是一个‘我们能否做到？’的问题，”汉斯曼说。这是一个公众接受度的问题。“虽然机器做出正确决定的概率可能更高，但如果错误的后果是死亡，我还不确定我们是否准备好信任机器胜过人类。”与此同时，吉德里中校仍然坚信：如果“全球鹰”有足够的空间，他会让妻子和女儿乘坐它去任何地方。

对于“全球鹰”来说，人工操作是罕见的，只在进行例行维护时才会发生。

驾驶还是不驾驶……

飞行员往往认为自主飞机是个糟糕的主意。“你们必须让我们驾驶飞机，”资深机长约瑟夫·巴拉诺夫斯基说。“现在，空客飞机上的电脑会覆盖飞行员的反应。它不会让你进入60度的倾斜角。但是，如果我需要60度的倾斜角来避开一栋建筑物呢？电脑飞行员就会让你坠毁。”巴拉诺夫斯基承认，飞行员失误是大多数飞机事故的原因。“我确信工程师们认为他们的[自主飞机]死亡率会低于我们。但别自欺欺人了——可接受的损失就是可接受的损失。这个行业就是这么想的。”奇怪的是，巴拉诺夫斯基宁愿看到行业走向完全自动化，没有飞行员，也不愿让当前的自动驾驶技术继续削弱飞行技能。“这一代飞机被设计为可编程的，而不是飞行的，”他说。西南航空公司前飞行标准主管米尔顿·佩恩特表示同意：“我们非常害怕自动化会削弱飞行员技能这一事实。”西南航空主要是一家短途航空公司，没有严格的自动化导航使用政策。“我乘坐其他航空公司的折叠座椅，当你看到一个严重依赖自动化的飞行员时，你会发现他们的态势感知能力下降了。我坚信飞行员和飞行技能。当一个系统出现故障时，你需要飞机上有飞行员。” —W. S. W.