飛機為什么會怕無人機?
4月中到月底,成都機場發生了接近10起入侵事件,全部原因都是無人機違規在機場附近起飛。最嚴重的的一次造成58架次航班備降,無數航班延誤,超過萬名旅客被滯留,經濟損失達到數百萬。如此集中的機場入侵前所未見,也是這個原因,再次將無人機黑飛的問題推到了風口浪尖上。但是無人機起飛,與飛機之間有一定的高度和距離差異,為什么飛機見到無人機會如此害怕呢?今天大C就跟大家一起探討一下這個問題。
無人機對于飛機的干擾主要是兩個維度,一個是信號干擾,另一個是撞擊的風險,我們先來聊聊信號干擾這個問題。
信號干擾是飛機起飛降落階段的殺手
飛機的起飛、降落階段被稱為黑色10分鐘,也就是起飛階段的3分鐘和降落階段的7分鐘。根據調研,80%的飛機事故都出現在這黑色10分鐘里,所以這段時間的安全是整個飛行過程中最重要的環節。但是起飛、降落階段時,飛機上的飛行控制系統、自動導航系統、自動驅動系統、起落裝置以及通訊設備,很多都有可能受到其它無線信號的干擾,造成系統判斷錯誤釀成大禍。這也就是為什么在起飛、降落階段時,我們會被強制要求關閉手機、電腦等等具有通訊功能的電子設備的主要原因。
飛機的起飛、降落階段最容易出現事故
飛機在起飛、降落階段會依賴自動導航系統,而自動導航系統又需要比較純凈的電磁環境,一旦受到干擾很可能會接收到錯誤的信號,產生錯誤的應對措施。比如說被信號干擾造成飛機與塔臺通訊鏈路中斷,也許只是干擾和中斷極短的時間,也可能造成飛機的軌道偏移。因為飛機本身的飛行速度很快,所以有很大概率會發生撞上塔臺或者其它建筑等等事故,后果十分嚴重。
無人機靠無線電技術實現定位、遙控、圖像傳輸等功能
目前所有的民用無人機都需要用到無線電技術來實現定位、遙控、圖像傳輸等功能。無人機飛的通訊頻段也基本是2.4G或者900M、5.8G;而機場所有的通訊頻段基本都是固定的,或者規定的被限制保護的頻段范圍。按理說不會造成沖突,大家意識中感覺不會出現干擾問題,但是誰又能夠保證呢?還有,現在民用無人機(比如大疆的精靈3、精靈4、悟)圖片傳輸都只有默認的8個通道,很多人為了能夠避免干擾中斷圖片傳輸,會強行破解原有的限制,獲得最多32個信道(網上雖然有教程,但是大C勸誡無人機玩家千萬不要做這些事情),這樣很有可能造成無人機的無線信號與民航的無線信號沖突和相互干擾。如果剛好無人機在機場附近飛行,釀成大禍的可能性就會很高。
當然現在的電子儀器尤其是飛機上的設施都十分精密,而且具有很好的防護性和抗干擾性,假如無人機能夠干擾飛機無線信號,那也絕對是概率極小的偶然事件,但是你能說因為概率極小就不采取措施嗎。難道冒著危險,檢測到無人機在旁邊還要照常起飛、降落,萬一飛機出現事故,那可是幾十到幾百條人命的大事情。
所以,我們看到每次無人機入侵到機場范圍內,所有天上航班都會臨時備降其它機場,機場內航班都會暫時停運,小小的無人機和飛手的“黑飛”行為,都會造成無數的經濟損失。
無人機對于飛機的第二個威脅:撞擊
縱觀民用航空發展的這些年,航班的數量和航線的數量增加之快讓人驚訝。我們頭頂空間的航道已經和生活中的交通道路一樣錯綜復雜了,尤其是大型城市。航道的布局和航班的飛行順序、飛行時間等等方面的梳理已經讓航空管理從業者十分頭疼了,現在還要擔心對于飛機造成的新威脅:無人機撞擊。
飛鳥撞擊每年都會引發非常多的飛機事故
在無人機出現之前,飛機最害怕的空中物體是鳥類,也就是我們經常聽說的飛鳥撞擊飛機的事故。根據國外權威機構的統計,每年全世界范圍內發生飛鳥撞擊飛機的事故能夠達到10000起之多,數字著實令人震驚。自1960年以來,世界范圍內由于飛鳥撞擊事故至少造成了78架民用飛機損失、201人因此喪命;同時造成了250架軍用飛機的損失、120名飛行員喪命。根據國外知名大學的研究,在飛鳥撞擊的事故中,約有3%的幾率會對飛機造成損壞,對人類造成直接傷害的幾率十分微小。如果出現重大事故,是因為飛機遭遇鳥群的集體撞擊。自1989年以來,中國民航的航空器中,每10萬架起降中,約有2.7架次發生飛鳥撞擊事故。看似是非常小的概率,但是一旦發生嚴重事故,損失是無法估計的。
現在,飛鳥撞擊的問題都沒有被妥善解決之前,無人機悄悄的來了,對飛機的威脅提升到了新高度。無人機的飛行高度和鳥類相似,但是速度方面遠超過鳥類。即使是小型的玩具無人機,與客機發生碰撞造成的破壞力也要高于飛鳥撞擊。鳥類雖然體型大小各異,但主要由皮肉和骨骼組成。而無人機則是由固態塑料、金屬結構、電池等等元素構成,硬度和堅固性方面的提升會導致發生撞擊之后,破壞力遠超過鳥類。
模擬的無人機撞擊實驗(飛機雷達罩已經被撕裂)
無人機撞擊飛機的破壞力到底有多大?之前英國克蘭菲爾德大學的教授及其團隊進行過相關的實驗。他們將一個與無人機大小、重量和材質相同的物體彈射向靜止的飛機雷達罩上,彈射的速度可以達到321公里每小時,與飛機低空飛行時的速度相仿。通過實驗,可以看到無人機撞擊之后的雷達罩被輕松地撕開一個缺口。同樣環境和速度下,模擬的飛鳥裝置則是被雷達罩彈回來,只會撞擊出一個坑。這個實驗說明了在相同速度的情況下,無人機由于其材質和堅固性的優勢,造成了更多的破壞力。
那么如果是不同的速度呢?當物體與機身發生碰撞時,危害程度和兩者的相對速度成正比,因為碰撞時釋放的動能與速度的平方成正比。在現實中,不管是鳥類還是無人機,哪個與飛機的相對速度更大,造成的破壞力也就越大。
飛鳥撞擊后的發動機
目前的客機主要以噴氣式渦輪發動機設計為主,要是無人機撞擊發動機呢?在這個問題上,相對速度已經不在討論范圍內了,破壞的程度由當前飛機發動機的功率級來決定(也就是渦輪葉片的轉速)。之前一名研究專家介紹過兩起鳥類被吸入發動機的事故。第一個是一只重量為一公斤的鳥類被吸入轉速很高的發動機內,導致螺旋葉片被打破;第二個是一只重量為兩公斤的鳥類被吸入到發動機中,但是發動機運轉功率較低,所以只受到了輕微的損壞。無人機的體積重量與大型鳥類相似,所以破壞力也類似。
另外,無人機上都會有鋰離子電池,假如電池進入了發動機的燃燒室中,內部的物質會被點燃,后果不堪設想。如果是撞在擋風玻璃上,也會造成很大程度的傷害,甚至可能是人員傷亡。
在目前的鳥類和無人機破壞飛機機身和發動機的事故中,雖然絕大部分事故沒有造成嚴重的損壞,但是維修的周期也會十分漫長,而且費用也是巨大的。
當然,無人機也不是繼鳥類之后唯一的威脅,孔明燈、風箏等等也是對飛機新的威脅,畢竟飛機的雷達是無法準確的探測到這些物體和它們所處的位置,所以不能夠從遠程進行防范。當飛行員通過肉看到這些物體的時候,距離已經非常近,危險也非常近了。
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