无人飞机太“逍遥”了
阅读提示：怀有不良动机而制作的干扰装置能很有效地迷惑无人飞机的导航系统。
翻译｜王馨立
2010年8月2日，一架美国海军直升机因迷航慢悠悠地闯入了美国首都上空高度戒备的禁飞区，该事件对华盛顿的黑根国际机场空中交通监管人员来说，原先可作为一项日常的飞行记录来处理，但令人极为不安的是机上没有驾驶员，飞机上没有玻璃窗，驾驶舱内除了电子仪器外没其他什么东西，这是一架无人飞机。
这架命名为MQ-8B的Fire Scout（火力侦察兵）无人飞机重1429公斤，9.7米长，当时调查人员称其发生了“软件问题”，因而与地面操控人员的通讯链被中断，这使得坐在马里兰州海洋航空站内的操纵员茫然失措，因无人飞机没有强制执行飞回基地的指令，原先担当侦察的Fire Scout迷航进入了安德鲁斯空军基地专供美国空军一号起降的空域。在极度烦扰的半小时后，操纵员终于恢复通讯链，夺回对无人飞机的控制。
迷航事件显示出无人飞机面临着巨大的安全挑战，美国联邦航空署FAA估计，到2020年美国领空将有超过1万架的无人飞机在飞翔，它主要用于搜索救援、对农作物喷洒药物、监查电缆线、科学研究及执行其他各种任务。无人飞机无须驾驶员，座舱内也没有乘务人员和旅客，因而费用大省，如果你雇佣有人驾驶飞机来监查一组高空电缆线的租金可让电力公司买下整套无人飞机系统，再用它来执行好几年同样的作业。
无人飞机的魅力引起美国联邦快递公司的注意，快递创办人及首席执行官F.W.史密斯表示，可用无人飞机来替代公司包裹传送机队，甚至连美国国会也确认商用无人飞机时代已来临。2012年2月，国会通过了FAA现代化和改革条例，在2015年前，要求他们规划出一套综合性方案，将民用无人飞机系统快速安全地融入美国领空，令人遗憾的是，负责管理无人飞机的部门表示很难完成准备工作，特别是9·11事件后，安全问题尤为突出，依据目前的监管装备来面对庞大的无人机机群及复杂的安全系数是巨大的挑战。
至关重要的通讯链
对于无人飞机来说最大最具威胁的挑战是保护好无线电通讯链，无人飞机的上升、下降、侧向或前进需要三个主要通讯链：一是来自GPS卫星的导航信号，二是将自身无人飞机所处的方位告知其他飞机的讯号，三是地面操纵人员与无人飞机的双向链，这三个链中如有一个被中断，其后果将是灾难性的，但依据目前技术力量还难以全部排除这些缺陷。GPS是无人飞机导航系统的关联要件，它能与惯性的导航传感器、地磁仪、高度计甚至摄像机相配合。加上GPS在任何气候条件下都拥有极高的准确性，它所起的作用不可小觑，但民用的GPS不像军用的GPS，它不需要加密，免费对民众开放，这对无人飞机的安全构成威胁，只须发射某种欺骗讯号，就可用假信号轻而易举取代真正的GPS讯号。
2012年6月，在新墨西哥州的白沙漠导弹试射场，实验室人员展示了无人飞机脆弱的GPS如何被假的欺骗讯号中招，在离其半公里处，实验人员利用欺骗装置来控制一架8万美元的无人飞机，当时由该装置来伪造卫星讯号，传送假坐标给无人飞机，结果无人飞机选择了较强的假讯号，被骗后，无人飞机还从欺骗装置中摄取坐标数据，如果假讯号指示无人飞机正在垂直上升，机上的自动导航系统会非常尽责地维持原来的飞行高度，此时的无人飞机是通过假坐标资料来调整位置，实际上机头是在朝沙漠地面下降，只有到操作人员取消被骗的导航指令并起用手动控制才能保持平稳飞行不致于坠毁。
电子欺骗手段的危险性人们熟知它已达10年以上，2001年美国交通部为此曾发表有关电子欺骗威胁的文件，但决策人员和GPS制造商始终忽视对其的警惕，加上可保护GPS讯号的密码水印——即保证安全的数字法签技术还须好几年才能执行，运用其他可行技术还须论证。无人飞机除受发射的欺骗外，干扰导航讯号更是简单且令人吃惊，靠近地球表面的导航讯号特别微弱，测量讯号强度的通量密度仅为2.2万公里外一只50瓦特灯泡的光度，干扰装置只要在相同的无线电频谱上产生杂讯，就能干扰GPS讯号，所有现代的电子装置，包括便携式电脑都可发出杂讯来干扰附近的GPS接收器。
怀有不良动机而制作的干扰装置能很有效地迷惑无人飞机的导航系统，2012年5月，一架重150公斤由舒贝尔公司制造的camcopter卡考帕特S-100失去控制的无人侦察机坠毁在韩国的地面控制站，结果一名工程师罹难及两名无人飞机操控人员受伤，导致该事件的原因是受北朝鲜GPS干扰讯号，再加上韩国操作人员失误而造成。这进一步说明无人飞机的导航系统能否抵抗欺骗讯号和干扰装置成为其在空中安全飞行的重中之重。
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更多的挑战
无人飞机在空中与另一架飞机发生碰撞坠毁这又是一件复杂的事项。传统的飞行员靠的是目视观察再加上以雷达来监测其他飞机来避免碰撞，但无人飞机想要得到提示或警戒防止与其他飞机或飞行物碰撞，在技术上还需很长时间。
防碰撞对小型无人机来讲更是一大挑战，如果安装雷达的话因其体积大，价格贵再加上耗能，显得不可取，现在可供选择的是装红外线摄像机，但它又不能看穿表层。唯一解决办法可使用自动监视广播系统（ADS-B）。它能每秒钟广播一次飞机的位置和速度，并从附近在飞飞机获取类似报告，到2020年，所有有执照的飞行器都需安装ADS-B应答机。
但ADS-B与GPS一样，讯号可以加密并可伪装，2012年美国俄亥俄州空军技术学院的研究人员证实了这一点，美国联邦航空署指望采用另一种技术即多边定位方法来对付伪装的ADS-B讯号，但目前尚存难题，另有一种方法是操纵人员使用控制无线电通讯链来操控无人机。但它也会遭受干扰，无论是蓄意的干扰或来自发生功能障碍，专家称其为断链，使通讯受阻失去联系。另外指挥控制无线电的频谱缺乏专用，无人飞机只好与其他无线电通讯共用来受保护的频谱，而一些合法使用的电子系统也能对无人飞机产生不利影响。
与此同时，许多立法机构人员及议员不太欢迎无人飞机，每天的晚间新闻都有关于无人飞机在海外执行侦察和发射导弹攻击的报道，太雷人。现在美国至少有42个州提出限制无人飞机使用的法案，得克萨斯州议会第912法案还规定不得擅自拍摄私人产业的图像，在业主表示同意下才能许可拍摄。对于无人飞机所须规范的技术及安全飞行，立法人员及议员都表示忧虑，虽然它还存在未察觉的风险，但给人类带来的方便实惠却远远胜过它的风险，对此人们只好让步，允许它在空中飞行。
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