无人驾驶的飞机更安全

LuLu最后更新: 2016-10-28 19:36:32

有数据显示,在所有致命的空难事故当中,有大约一半由机组成员的失误造成。那么,如果消除这个(人的)因素,把民航客机完全交由电脑来自动驾驶,将会更加安全。

真相

致命性空难多数是由于外界因素导致的人·机职责交互混乱而发生的,并非全是人的责任。而在处理突发的机械故障时,人的决策往往更加灵活。未来将飞行职责全权交给机器的方法是否更加安全,还需要广泛的实验来清楚地证明。

谣言百科论证

空难,是天灾,还是“人祸”? 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。4年后的7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。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。

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——当然了,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?

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。

多余的人类? 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,使他“在导航和飞行控制时犯错。”

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,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。在调整方向、空速和高度方面,它都要比人类迅速得多。

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。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。

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——那是一个名叫“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(Rod Buchanan)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。康明斯估计,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。这相当于是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。她指出,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。

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。

另外,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。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。

全自动的隐患 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。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。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。不过,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。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”。

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。那么,他自己会乘坐一架由机器驾驶的飞机吗?需要广泛的实验来清楚地证明它的确安全。

内容来源 无人驾驶的航班,你坐不坐?Paul Marks,果壳网科学人主题站