為應對“調皮搗蛋”的無人飛行器在機場及其他敏感地區附近飛行所帶來的日益增長的安全威脅，美國航空航天局（NASA）已經對其新型空管系統初始構型接下來的演示驗證進行了“彩排”。這種空管系統將用于確保無人機系統在低空的安全運行。

無人機空管系統（UTM）構型1的演示驗證計劃于8月26日至9月4日在加利福尼亞NASA的克羅斯蘭丁機場（Crows Landing Airport）進行。本次試驗的核心關注點是操作員怎樣為無人機的飛行申報空域與無人機按照既定計劃飛行的能力如何。

NASA“自主系統安全運行”（Safe Autonomous Systems Operations）項目主管帕里馬爾·科帕德卡（Parimal Kopardekar）表示，“在NASA進行試驗之后，該軟件將進一步交由FAA的無人機試驗基地和其他核準的用戶進行更多的有序驗證。這可能引起世界的廣泛關注。”

此次演示驗證正值無人機成為社會焦點之際，全美各主要機場有關民航飛行員在進近過程中發現無人機的報道不斷增長，無人機在加利福尼亞干擾作戰飛機交戰試驗、無人機在敏感設施（如核設施）上空徘徊、無人機妨礙公民隱私等報道鋪天蓋地而來。

雖然無人機空管系統（UTM）為商用無人機操作員提供了進入低空空域的入口，但僅僅依靠其尚難以解決棘手的無人機問題。該系統需要補充監視和跟蹤能力，從而確保能夠簡單有效地探測未經許可的無人機。

無人機空管系統的最終目標是基于不同的地理條件（從農村到城市）和多種多樣的應用目的（從空中監視到包裹運送），推動具有不同能力的無人機與有人機在152米（500英尺）以下的空域混合飛行。

無人機空管系統計劃逐步發展構型1~4，其中，構型1的核心是為無人機操作員按照飛行任務申請空域提供暢通的渠道。當第二名操作員申請使用空域時，系統將允許其進入或告知與其他用戶的飛行計劃出現沖突。

此次演示驗證將使用的小型無人機來自NASA與幾個合作伙伴，包括遙感無人機制造商與運營商Precision Hawk公司、自動駕駛儀與操作系統開發商Airware公司。

科帕德卡表示，“構型1可能應用于偏遠地區或水域上空。該系統將能夠滿足農業應用方面的空管需求，但其尚不足以支撐無人機在城市上空的安全運行。”此外，該軟件系統將使無人機可以用于保護野生動物或檢測位于無人區的基礎設施。

同時，本次演示驗證將關注無人機精確執行飛行計劃的能力。科帕德卡表示，“這對設定飛行器周圍的最小間隔和緩沖區非常重要。”從概念上講，這與飛行技術誤差非常相似，即確定有人飛行器能夠以怎樣的精度按照預定軌跡飛行。

在克羅斯蘭丁進行的試驗還將初步觀察空域監視問題與傳感器（如雷達）和系統（如自動相關監視-廣播系統，ADS-B）對“低、小、慢”目標的探測及跟蹤能力。

按照計劃，在此次演示驗證之后將對UTM系統構型1作進一步的功能確認。無人機系統初步安全融入國家空域的攻堅戰需要對FAA試驗基地與國內外其他授權地區的相關數據進行收集和綜合處理分析。

與此同時，NASA將繼續進行UTM構型2的開發工作。這一構型將確保無人機能夠在操作員目視范圍以外進行遠距離任務飛行，并能夠在人口相對稀疏的地區實現低密度運行。“我們從構型1中獲取的經驗將用于構型2的設計，同時我們希望在構型2能夠有新的突破。”按照計劃，UTM構型2將在2016年10月進行試驗。“我們盡最大努力加快進度，爭取早日對構型2進行試驗。”

與其說UTM構型1是一套將用于部署的成熟系統，不如說它是一種原型系統。但隨著后續NASA逐步開發UTM系統構型2、構型3、構型4，這些原型系統對最終實用型UTM系統的功能驗證變得越來越重要。“屆時，我們將面對密度非常高、實用程度非常強的飛行活動。”

按照計劃，UTM構型3將于2018年1月進行試驗。這一構型將增加跟蹤、無人機-無人機/無人機-UTM通信與網絡中心系統、在人口密度適中的地區上空飛行、部分與有人機的交互功能。該構型將支持無人機用于公共安全和特定的包裹運送。

最終版本的構型4計劃于2019年3月進行試驗。這一構型將允許自主無人機系統在城市環境中高密度運行，并能支持無人機的一系列應用——從新聞收集與包裹運送到私人消費。該構型將增加應對大型突發事件的能力，例如，發布一條“全部降落”的指令來隔離一架“調皮搗蛋”的無人機。

NASA之前開發的空管工具已經交由FAA作進一步開發與集成，以融入國家空域系統。至于UTM系統，尚未明確其將來由FAA進行部署，或是由商業化低空空域服務商（例如，大型機隊運營商亞馬遜或谷歌公司）進行部署。科帕德卡表示，“還有很多尚未考慮到的問題，但UTM系統能夠支持各地的服務提供商。”

亞馬遜、谷歌及其他服務商已經各自提出了有關低空空域管理的建議，但科帕德卡表示UTM系統最初的概念（低空空域的安全共享是推動各項服務運營的前提）一直延續了下來。

“我們正在關注一些最新的進展，例如，跟蹤無人機的能力。如果我們一致認可跟蹤能力非常重要，那么接下來的問題是如何跟蹤。可以采用ADS-B系統，也可以采用手機信號，具體取決于在哪兒使用。全美大約45%～50%的區域可以實現手機信號覆蓋。例如，在阿拉斯加州利用無人機保護野生動物時可以采用手機信號或基于衛星的跟蹤系統。”

關注的焦點是確保無人機的性能與其運營環境和應用需求相匹配，無論是用于鄉村地區的農業植保或是城市地區的物流運送。科帕德卡建議采用一套標準、獨立的評價機制來管理無人機——類似于J.D. Power汽車質量排行、消費者報告、保險商實驗室的安全測試，為無人機制造商、消費者與保險公司提供決策支持。

按照設想，被提議的國家無人機標準化性能測試與等級（Nustar）系統將為小型無人機提供一套可自動調整的目錄。在這份目錄中，每種無人機所允許的使用范圍和空域類型取決于其在對應場景下標準化性能測試中所達到的等級。一架在Nustar系統中達到5級標準的無人機可以全程利用軟件、硬件和傳感器自主飛抵目的地，而一架僅達到1級標準的無人機只能在目視范圍內人工遙控飛行。

根據提議，涉及的相關參數包括：探測到障礙物后減速懸停的距離、抗風能力、墜落時的動能、電池壽命、最大航程與飛行高度、噪音水平。測試場景包括：在高墻之間的狹長通道飛行、在強風、雨或霧中運行、在人員附近起降、飛行過程中應對突發狀況的能力。

科帕德卡表示，“每個人都需要相關數據：制造商、保險公司、用戶等。”