貨運(yùn)無人機(jī)能否打破航運(yùn)僵局?

12月23日凌晨4點(diǎn)，一架MD-11貨機(jī)剛剛降落在美國(guó)加州圣貝納迪諾附近的物流基地，由于大霧，該貨機(jī)著陸延遲；洛杉磯盆地的其他機(jī)場(chǎng)也被大霧籠罩，導(dǎo)致圣貝納迪諾的許多飛機(jī)無法起飛。

為了避開亞馬遜、沃爾瑪?shù)仍诰€零售商爭(zhēng)相發(fā)運(yùn)圣誕禮物的貨運(yùn)高峰，地勤人員盡快卸下MD-11上的貨物，將包裹裝入快遞卡車和小型飛機(jī)。與此同時(shí)，施工導(dǎo)致通往洛杉磯的10號(hào)州際高速公路發(fā)生擁堵，15號(hào)州際高速公路也因?yàn)榇箪F導(dǎo)致路況不太樂觀。類似的混亂局面在全世界的擁堵點(diǎn)屢見不鮮，快遞行業(yè)面臨著諸多問題。 想象一下，MD-11在圣貝納迪諾降落后，如果與其對(duì)接的若干架小型無人，每架都加滿了足夠支持一整天飛行的燃料，機(jī)上沒有飛行員，也不受天氣限制，情況又會(huì)如何。地勤人員將4個(gè)滿載2 400公斤貨物的LD-2集裝箱拖進(jìn)每架飛機(jī)的機(jī)頭，關(guān)閉艙門，然后噗的一聲，這些飛機(jī)起飛了，再大的霧也不會(huì)影響它們起飛。所有無人機(jī)起飛30分鐘后即可抵達(dá)附近各個(gè)機(jī)場(chǎng)，比如加州的奧克斯納德機(jī)場(chǎng)，之后會(huì)滑行到包裹所對(duì)應(yīng)的快遞公司坡道上。地勤人員隨即將貨物卸下、分揀，再將重新打包的包裹裝上無人機(jī)，運(yùn)往貝弗利山包裹分揀處。 在獲準(zhǔn)起飛之后，第一架飛機(jī)像直升機(jī)一樣上升，隨后前往僅有2名地勤工作人員的貝弗利山莊站點(diǎn)。這架外形奇特的飛機(jī)著陸時(shí)機(jī)翼可折疊起來，能夠避開樹枝或電線。如果此時(shí)有卡車駛進(jìn)預(yù)定的著陸點(diǎn)，無人機(jī)會(huì)察覺到障礙物，然后上升到等待位置，待地勤人員清除該區(qū)域障礙后，再進(jìn)行著陸、卸貨、裝載新貨物，重新獲準(zhǔn)起飛。 它們?nèi)绱诉@般地推動(dòng)著供應(yīng)鏈運(yùn)轉(zhuǎn)。大霧、凍雨等不良天氣導(dǎo)致的裝卸貨工作癱瘓問題都會(huì)得到解決，即便臨時(shí)著陸區(qū)的地面接應(yīng)車輛出現(xiàn)故障都不再是困難。例如，一輛叉車無法駛過泥濘的田地來卸下集裝箱時(shí)也沒關(guān)系，地勤人員只需將無人機(jī)機(jī)頭向上傾斜、放下掛鉤，用起貨機(jī)就可以直接拖出貨物集裝箱。奧克斯納德和南加州的其他機(jī)場(chǎng)一天將能夠進(jìn)行超過15次這種分揀、裝載和起飛流程，最后將4500公斤的有效載荷裝載到飛往圣杯納迪諾的飛機(jī)上。無人機(jī)只需在當(dāng)天結(jié)束時(shí)加一次油。

這種以電力推進(jìn)和自主飛行為基礎(chǔ)的愿景并非科幻夢(mèng)想，而是許多公司正在追求的現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目。空客已經(jīng)完成了Vahana項(xiàng)目的測(cè)試，這是一種電動(dòng)垂直起降（VTOL）概念飛行器，專門用于城鎮(zhèn)內(nèi)部和城鎮(zhèn)之間的低空載客飛行。還有谷歌一位經(jīng)理人發(fā)明的飛行器Cora，同樣也只用于短距離和低海拔運(yùn)輸。不過，這兩種飛行器都不能運(yùn)載太多貨物，尤其是在惡劣氣候下。 用這樣的方法會(huì)比人工搬運(yùn)貨物容易得多。如果飛機(jī)上沒有乘客，就不需要那些保障乘客安全的笨重設(shè)備。撤掉飛行員，也就省去了協(xié)助他們觀測(cè)定位的儀器以及機(jī)艙的隔音設(shè)備，窗戶、地板梁、艙壁的支撐設(shè)備等。在某些情況下，一架飛機(jī)使用載人相關(guān)設(shè)備會(huì)比不使用時(shí)重25%。 我的公司Sabrewing Aircraft位于加州卡馬里洛，旨在利用并發(fā)揮上述優(yōu)勢(shì)。我們最初以不載人只載物的全新理念開啟業(yè)務(wù)，因此機(jī)上不存在人員危險(xiǎn)，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的有人駕駛飛機(jī)無法安全到達(dá)的地方，我們的飛行器都可以輕松往返。 我們的產(chǎn)品名為Rhaegal。如有需要，它可以像直升機(jī)一樣從地面直接帶起約2500公斤的貨物；如果在短跑道上以標(biāo)準(zhǔn)方式起飛，它的直線飛行載重量可以高達(dá)4500公斤，承載量超過新款塞斯納SkyCourier 408貨機(jī)，而且Rhaegal飛得更高，速度也更快。此外，它還可以在不借助叉車、千斤頂或其他專用設(shè)備的情況下裝卸貨物。 無論地面是柏油路還是沙丘，Rhaegal都可以降落。只需把機(jī)頭向上傾斜，它就可以迅速裝載和固定集裝箱或散裝的貨物。借助高浮力“坦途輪胎”和4個(gè)后置起落架，它可以降落在泥、雪、沙、沼澤或深水坑中。使用帶滾輪的整體裝載坡道，托盤或集裝箱的裝載就很簡(jiǎn)單了。 Rhaegal的最大總重量超過600公斤，在美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）第23部分的監(jiān)管范圍之內(nèi)，該法規(guī)要求對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并要求其一直與空中交通管制保持聯(lián)系。操作員可以在數(shù)百英里甚至數(shù)千英里外通過衛(wèi)星連接對(duì)其進(jìn)行控制。這樣一來，本地空中交通管制局的負(fù)責(zé)人通過飛機(jī)與操作員交談時(shí)就像操作員坐在駕駛艙里一樣。 起飛前，操作員會(huì)將空中交通管制局提供的精確飛行計(jì)劃加載到計(jì)算機(jī)中，該計(jì)劃包括各種天氣條件下的起飛程序，還設(shè)定了飛行器到達(dá)最終目的地的頻率、航線和許可。這樣，即使與操作員或空中交通管制失去聯(lián)系，飛行器也能順利返航。

美國(guó)聯(lián)邦航空管理局要求，傳統(tǒng)飛機(jī)的飛行員必須觀測(cè)并避讓所有交叉飛行路徑的空中交通航線。Rhaegal同樣要遵循這一點(diǎn)。它必須在沒有操作員輸入指令的前提下自主完成這項(xiàng)工作。相關(guān)系統(tǒng)名為探測(cè)與避讓（DAA）系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了多種傳感器，包括佳明公司制造的防撞雷達(dá)、Iris Automation公司制造的基于攝像頭的系統(tǒng)（可以識(shí)別空中交通沖突并發(fā)出避讓指令）、Attollo工程公司制造的激光雷達(dá)或激光測(cè)距系統(tǒng)（可以近距離探測(cè)電線和其他小型障礙物）。DAA系統(tǒng)還使用了廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B），這是一種由美國(guó)聯(lián)邦航空管理局授權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，幾乎適用于在受控空域運(yùn)行的所有規(guī)模的飛機(jī)。無論飛機(jī)采取何種路徑，該系統(tǒng)都可以對(duì)其進(jìn)行追蹤，因此路線制定比老式地面雷達(dá)要靈活得多。

不過，并非所有的交通問題都發(fā)生在空中，有些是地面上的問題。例如，當(dāng)以停車場(chǎng)作為著陸區(qū)時(shí)，隨時(shí)可能有汽車或卡車四處移動(dòng)甚至停留。Rhaegal可以使用人工智能著陸系統(tǒng)從上空識(shí)別障礙物，包括對(duì)車輛、人員、巖石和不平整表面的識(shí)別。這種著陸系統(tǒng)可以識(shí)別多種障礙物和空地，包括海上船舶的著陸墊。 傳感器接口計(jì)算機(jī)從傳感器獲取數(shù)據(jù)，將飛機(jī)周圍環(huán)境融合成單一圖像，以此對(duì)附近的空中交通進(jìn)行監(jiān)控，并計(jì)算如何保持安全距離。如有情況發(fā)生，計(jì)算機(jī)就會(huì)發(fā)信息告知操作員潛在障礙物正在靠近，操作員隨即做出決定并改變飛行路線。如果操作員不進(jìn)行操作，計(jì)算機(jī)就會(huì)自行采取必要的步驟。無論飛機(jī)飛到哪里，計(jì)算機(jī)都能探測(cè)到前方的惡劣天氣并將數(shù)據(jù)傳送給操作員，操作員就可以在空中交通管制員的協(xié)同下變更航線。某些情況下，無人機(jī)還可以在暴風(fēng)雨的上空飛行以避開暴風(fēng)雨。 此外，Rhaegal采用了半自動(dòng)化程序，這意味著它可以在與操作員和一般空中交通管制通信中斷的情況下自行完成任務(wù)。它只需按照預(yù)先計(jì)劃好的航線，在途中發(fā)現(xiàn)并避讓交通沖突，然后降落在遠(yuǎn)處。 Rhaegal的機(jī)身采用全復(fù)合材料分段制造而成，維修人員只需少量手動(dòng)工具就可以在現(xiàn)場(chǎng)快速便捷地對(duì)其進(jìn)行維修甚至更換。這種模塊化設(shè)計(jì)意味著，以往可能會(huì)持續(xù)數(shù)周乃至數(shù)月的飛機(jī)地面檢查，如今數(shù)小時(shí)內(nèi)即可完成。Rhaegal非常適合軍事應(yīng)用，它可以飛得很高、很快，足以避開地面火力，也可以飛得很低，從而避開雷達(dá)，能夠?yàn)槠У牟筷?duì)輸送重要補(bǔ)給。它甚至可以在人員受傷后的“最佳搶救時(shí)間”內(nèi)將4名傷員和2名醫(yī)護(hù)人員送往流動(dòng)醫(yī)院，大大增加傷者的生存機(jī)會(huì)。此外，Rhaegal還有一個(gè)專有系統(tǒng)，能夠在推進(jìn)系統(tǒng)受損的情況下安全著陸。它可以滑翔到安全著陸點(diǎn)；在懸停狀態(tài)時(shí)，即使失去整個(gè)管道組的推力，它也可以著陸。

Rhaegal的動(dòng)力來自渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，它實(shí)際上是一種為轉(zhuǎn)動(dòng)旋翼專門設(shè)計(jì)的燃?xì)鉁u輪機(jī)，而不是像噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)那樣產(chǎn)生推力。它驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)為馬達(dá)供電，使旋翼葉片像螺旋槳一樣轉(zhuǎn)動(dòng)，而封閉式旋翼比開放式旋翼產(chǎn)生的推力更大，并且在著陸到灌木叢或樹木附近時(shí)可以不傷及葉片和地面上的人。這種渦輪電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)可以提高巡航飛行效率，并增強(qiáng)飛機(jī)起飛和著陸時(shí)的功率。效率的提高使得它的載荷量是SkyCourier 408貨機(jī)的2倍，飛行航程是它的4倍，但是碳排量卻比SkyCourier 408貨機(jī)少70%。而且這種渦輪的設(shè)計(jì)使用的是生物燃料，因此更加環(huán)保。 第一架Rhaegal的機(jī)身已于2020年3月完工，我們預(yù)計(jì)會(huì)在本文英文版發(fā)表之際開始進(jìn)行飛行測(cè)試。為了保障新型飛機(jī)的安全，自2017年以來，Sabrewing公司一直在與美國(guó)聯(lián)邦航空管理局就該事宜進(jìn)行討論，近期將獲得啟動(dòng)機(jī)型認(rèn)證的許可。 認(rèn)證并不是一件小事。即使是一架小型私人飛機(jī)的機(jī)型認(rèn)證，花費(fèi)也在5000萬到1億美元不等，而一架貨運(yùn)無人機(jī)的認(rèn)證費(fèi)用只是成本的一小部分。Rhaegal是首架申請(qǐng)認(rèn)證的機(jī)型，領(lǐng)先于其他所有采用垂直起降的電力運(yùn)貨工具。 如果你在不久的某個(gè)時(shí)刻抬頭看到一架Rhaegal從頭頂飛過，那么不必驚訝。不久后的某個(gè)12月，它可能就會(huì)成為全世界偏遠(yuǎn)村莊和大型工業(yè)中心的孩子們的圣誕老人。