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发布: 7:00am 11/05/2023

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空域

【无人机飞安/01】体积虽小冲击力大 无人机一飞限冲天

报道:本刊 林德成 摄影:本报 林明辉

“我是一只小小小小鸟,想要飞呀飞,却飞也飞不高……”

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梦想肯定是越高越好,但可没小鸟这么自由,得以飙高数千米。因为穿越高空云霄,全球民航客机正平稳地依照航线飞行,载着数百条人命,容不得半池差错。

且不谈高空,咱来聊聊1000米以下的事。今年1月份,一名中国男子闯入默迪卡118摩天大楼工地,用无人机窥探这座678.9米高的大楼,结果飞到顶部突然失去讯号,失控撞向大楼玻璃并坠落。所幸没有任何人员伤亡,可是却敲响了警钟:无人机带来的安全隐忧,以及政府的监管法规是否完善。

报道:本刊 林德成
摄影:本报 林明辉、受访者提供

究竟无人机可以飞多高?这道问题有两个面向,第一是问高度限制。根据民航局(CAAM)条例,无人机的飞行高度不可以超过400英尺(122米)。作为无人机界的龙头,大疆创新(DJI)都会把无人机起飞高度限制在500米,以避免威胁到民航飞机。至于起飞的海拔高度则依据型号而定。怎么说?假设一款无人机的最高起飞海拔是5000米,那么玩家可以站在5000米海拔的地方起飞无人机,不过最高只能飞500米。

今年1月份,一名中国B站博主在大马驾驶无人机时,突然失去讯号,结果无人机失控撞向默迪卡118大楼坠机。所幸无人机坠机后没有造成任何人员伤亡。(图:视频截图)

第二是问无人机的飞行能力。如果玩家动手破解改装无人机,那么无人机是有可能达到数千米的高空。专研无人机的英迪国际大学高级讲师洪建隆博士说,从技术层面而言,无人机要飞多高取决于整体设计,尤其螺旋桨的设计和形状。每一种螺旋桨设计会有高度限制。以DJI Inspire 3为例,普通桨所能达到的海拔高度只有3800米,如果换了高原桨,那么起飞的海拔高度可突破到7000米。

“我问你,什么东西会影响无人机的上升力?那就是空气的密度和温度。当你飞得越高,温度越冷,空气密度越稀薄。”洪建隆笑说,这一切与物理有关,每1000英尺(305米),温度就会下降2度。当空气越冷,空气密度越薄(分子越远),无人机飞到某个高点,螺旋桨几乎失去了与空气分子的接触,自然无法飞得更高。除非玩家自行改装螺旋桨设计,那或许可突破高度极限。

洪建隆说,撞鸟事件(bird strike)对飞机师来说也是一个重大威胁。与无人机一样,都会对机身造成重大冲击力。

曾在空中与无人机“相会”

无人机大致上分成3大类别──消费、商业和军事用途。军用无人机肯定可以飞得更高,以便能执行监察任务。针对商业用途的无人机(有摄像镜头),相关公司必须获得大马测量与图测局(JUPEM)和民航局的批准才行。

从市占率来说,普遍上玩家会购买DJI的无人机,而该公司在系统里面已设置禁飞区和限高机制。如果玩家想在禁飞区拍摄,必须获得相关部门在该区域的飞行准证。如果有准证,那么可以在线向DJI申请解禁,前往禁飞区拍摄。

洪建隆本身除了是无人机玩家,也是拥有私人飞机驾驶执照的飞机师。当问及为何会专研无人机,他回忆道,在2018年,他正好在空中练习,从柔佛飞往梳邦机场途中,控制塔突然通知他……“他们告诉我不要飞去我的右边,(因为)大概多少米有无人机活动,尽可能不要飞去那个地区。那也是我第一次注意到在马来西亚的上空竟然有人操作无人机。”他犹记得那些年并没有太多人留意无人机对的威胁,正因如此,他才关注无人机的科技发展。

民航机如果撞到无人机会多严重?美国戴顿大学研究中心在2018年做了一个模拟实验。他们将重达1公斤的DJI Phantom 2撞向时速383公里的Mooney M20单引擎飞机。结果机翼严重损毁,砸出一个大洞。

●空域也有等级?共有多少个?

为了确保航空安全,空域是会分成6种等级(class),分别为A、B、C、D、E和G。根据“平均海平面”(MSL)高度标准,Class A是民航的空域,高度在1万8000英尺(约5486米)或以上;Class B则是以国内最繁忙的机场为准,空域高度定在1万英尺以内;Class C和D则依据机场规模而有个别的空域高度。Class E是受管制空域,而Class G则是不受管制空域。

“每个Class都有一个规则要跟,如果你要飞进Class A空域,飞机必须要有特定器材才可以(申请)飞进去。”针对无人机,严格上来说,只能在400英尺以下飞行。如果想要在其他空域飞行都需要申请飞行准证。“不过,一些资深玩家已经不太愿意使用‘line of sight’(目视)的操作模式,而是用无人机的镜头和传感器来探索。”

他坦言,部分玩家不满足于无人机现有的能力,会想要“破解”无人机,这是人性使然。毕竟在高空中,那种景观和视野截然不同,许多玩家在高空俯瞰整个现代城市和自然景物,仿佛重新认识了自己所身在的世界。同时,玩家视无人机为一个具有挑战的飞行器,想要掌握更高超的技艺,像是规划航线、拍摄角度、飞控技术等。这些都能为他们带来莫大的满足感和成就。

洪建隆称,空域一共分成6种等级(class),即A、B、C、D、E和G。每个等级都有相应的条规限制,飞机师不能随心所欲地飞进去。

●无人机在空中撞民航机有多严重?

根据民航局条例,机场肯定是无人机的禁区,任何未经批准的无人机不得在机场区域的9.25公里以内飞行。在起飞或降落时,洪建隆会格外小心,“虽然我们被允许降落,可是我们还是要检查跑道有没有东西,如果看到旁边的丛林里突然有野猪或四脚蛇冲出来,我们是会取消降落。通常我们不会玩命(碾过去),这不关杀不杀生,而是安全问题。”

无人机体积看似很小,但冲击力不亚于一颗小口径的炮弹。洪建隆本身驾驶Piper Warrior小型飞机(型号PA28-161),起飞速度最低是65knots,换成时速就是120公里。“这就好像你在高速公路的时速是120公里,撞到东西的话是很严重的。”可别忘了,若无人机的电子仪器在碰撞后卡在机身(特别是机翼内部的油箱),有可能引发火灾。要是无人机被吸进民航机的左右引擎,后果更加不堪设想。

民航机的飞行速度更高,当飞机师发现无人机时就已经太迟了。伦敦帝国学院机械工程学讲师瓦伊迪安纳森曾说过,一架重量超过2公斤的无人机若迎面而来,有可能击穿某些客机型号驾驶舱的玻璃。

这就是洪建隆所驾驶的Piper Warrior PA28-161小型飞机。

一般上,如果在起飞时撞到无人机,飞机师必须马上找地方降落。然而,飞机师还得胥视跑道剩下多长,是否足够让飞机降落。“飞机跑道大约3公里或以上,跑道虽然很长,但是一般的空运客机起飞时,已经用了超过一半的跑道。”

●有没有无人机的Waze?

当问及有没有无人机的“Waze”,以便能让飞机师避开无人机的飞行区域,洪建隆说,对私人飞机师而言,他们有一个系统名为NOTAM(Notice to Airmen),可以得知附近是否有私人飞机和无人机在飞行。

“我们起飞之前都会检查清单,比如检查天气、输入飞行路径,然后检查NOTAM。”他笑称,NOTAM就相等于Waze,当路上发生交通意外时会显示出来,驾车人士可提前知道和避开有关路段,NOTAM也有类似的功能。

洪建隆指着NOTAM网页上的通告,其中一个便显示有UAV无人机的飞行计划。根据通告内容,申请者将会在南北大道用无人机检查交通状况,并清楚列明了任务名称、日期、为期多久。同时,他们亦会表明缓冲区的距离,比如大道的左右两旁有100米的缓冲区,意即无人机会在这个距离里面飞行,其他飞行员不要靠近缓冲区。“你在飞机上是会看到高速大道的,所以自己就预测,不要靠近(缓冲区)。”

通过NOTAM的网页或应用程式可以得知附近是否有无人机在飞行。界面上都会显示很详细的通告,让飞机师避开有关地区。

至于会不会担心突然有无人机冒出来?普遍上不会有最后一分钟的无人机任务,除非是非法改装的无人机突然急速升空。如果企业按照规则申请无人机飞行准证,飞机师都会知道,如果临时加插任务,控制塔的无线通讯系统亦会通报飞行员,不必担心有紧急状况。

无人机是教导STEM教育的工具

目前,大马的所有无人机活动必须遵守《1969年民航法令》第4条文(3号法令)、《2016年民航条例》(MCAR 2016)第98、第140到144条文,以及民航指令(CAD)。这些条例和指令是为了确保操作人员可以很负责任地驾驶无人机,不会危害到民众的生命安全。

近年可以发现市面上的无人机体积越来越小,降低了进入无人机领域的门槛。但不意味着危险系数会变得更高。一些无人机公司会为机身配置防护机制,比如DJI Tello的螺旋桨就有专属的保护罩。发生意外时,可以避免人体受到螺旋桨的伤害。

2023年3月,英迪国际大学的工程和工料测量学院举办了2023年FEQS创新周。洪建隆(左)与Drone Academy Asia在其中一个环节探讨无人机市场的就业前景和发展潜能。

身为一名教育工作者和无人机爱好者,洪建隆非常希望学生可以更早地接触到无人机技术,开拓更多设计和应用。“现在小孩子的想像力很丰富,过去的设计可能来到一个瓶颈,小孩子所设计的形状或许是我们从来没有想像过的形状。”他举例,以往螺旋桨都会发出嘈杂的声音,近期便有研究团队成功设计出无声的环形螺旋桨。

“对一个教育工作者来说,无人机是一个很好的教学工具,它是一个传递科学知识和技术的教材。”

延伸阅读:
【无人机飞安/02】释放应用潜力 无人机改变商业规则
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