在世界屋脊嘗試無人飛行

2015年12月，我接到緊急任務，與西安理工大學航模隊一起協(xié)助陜西某物探隊去西藏進行無人機航測，且當天下午就得趕往西安。剛聽到這個消息時，我內(nèi)心有些抗拒，雖然主業(yè)就是無人機測繪作業(yè)，但高原地區(qū)的氣候條件與平原地區(qū)有諸多不同，而在這方面我的經(jīng)驗值為零。

我連夜從石家莊趕到西安，與西安理工大學的同伴會合后，立刻召開作業(yè)方案論證會。根據(jù)甲方提供的KML文件，需要進行無人機航測作業(yè)的區(qū)域位于西藏山南地區(qū)，一塊是山南地區(qū)政府所在地乃東縣，平均海拔3 500米，航測比例1：1 000，分辨率0.1；另一塊是距乃東縣南200多千米的一個小鎮(zhèn)，平均海拔4 700米，航測比例1：500，分辨率0.05。 團隊現(xiàn)有的拍攝設備有固定翼無人機、索尼RX1相機、尼康D800（24毫米）相機。經(jīng)計算，如果用無人機搭載索尼RX1相機，那么1：500航測比例的相對航高應在336米左右，1：1 000航測比例的相對航高應在673米左右。也就是說，無人機的最大絕對飛行高度均超過了5 000米。如果換用尼康D800（24毫米）相機，那么1：500航測比例的相對航高應在368米左右，1：1 000航測比例的相對航高應在589米左右。盡管最大絕對飛行高度降低了將近100米，但我們的無人機能飛到這個高度嗎？大家心里都打起了小鼓。

其時，先行隊伍已經(jīng)攜帶1架ZC-1低空數(shù)字航測無人機提前出發(fā)，預計5天后到達拉薩。ZC-1是一架“H”形雙垂尾布局的固定翼無人機，翼展2.6米，采用了3W56IB發(fā)動機、“腰”推布局。其最大起飛重量為18千克，最大載重量為5千克，可攜帶尼康D800全畫幅單反相機進行航測作業(yè)，續(xù)航時間超過3小時，實用升限為海拔4 000米。最終團隊得出的測繪方案是：用ZC-1搭載尼康D800測繪乃東縣城，飛行高度為海拔4 089米；用1架手拋式無人機搭載索尼RX1測繪面積較小但海拔更高的小鎮(zhèn)，飛行高度為海拔5 036米。

手拋式無人機由模友們熟知的“死胖子”改裝而成。該機翼展2米、機長1.1米、翼面積45平方分米，搭載索尼RX1、單塊10 000毫安時鋰電池后起飛重量3.5千克，在華北平原地區(qū)可手拋輕松起飛，巡航速度18米/秒，續(xù)航時間可達40分鐘。筆者曾在許多河北省宅基地確權(quán)項目中用過這種配置的“死胖子”作業(yè)，發(fā)現(xiàn)其不僅使用方便，而且特別耐摔。在我的建議下，團隊查閱了相關(guān)資料，得知：海拔5 000米左右的大氣壓強只有海平面值的50%左右，空氣密度則降低到海平面值的60%左右。根據(jù)升力計算公式可得出，如果迎角不變，那么在5 000米海拔下要想讓無人機產(chǎn)生相同的升力（海平面），需將飛行速度提高為先前值的1.3倍。為了增加升力、減小翼載荷，我們專門購置了加長機翼套件，使無人機的翼展增加了0.3米；為了獲得足夠的推力，將螺旋槳尺寸由12×7改成14×7；擔心工作電流過大損壞電調(diào)，把原有的60安培電調(diào)換為100安培；考慮到高原地區(qū)氣溫低，可能導致機上鋰電池和航電設備工作異常，還準備了大量的暖寶寶，用于機艙增溫。在西安白鹿原飛場試飛調(diào)試成功后，團隊一行3人帶著改造后的“死胖子”于12月7日坐上了開往拉薩的火車。

一路上，我無心欣賞窗外美麗、震撼的高原美景，不停地通過手機自帶的氣壓計關(guān)注實時海拔和氣壓。在火車翻越唐古拉山口時，手機顯示當前海拔5 072米，氣壓則降到了驚人的514百帕，而在華北平原地區(qū)氣壓是1 027百帕。翻越唐古拉山口之后，列車的海拔高度一直保持在4 000米以上。由于氣壓陡降，而人的顱內(nèi)壓還保持著在低海拔地區(qū)的水平，因此大家的頭都開始劇烈疼痛。

8日下午，團隊抵達拉薩，并順利與先行隊伍會合。之后我們連夜開車趕到了山南首府所在地——乃東縣。第二天，大家沒顧上休息和高反適應，立刻開始了準備工作。通過對測區(qū)實地勘察，我發(fā)現(xiàn)測繪目標的地形和空域相當復雜。乃東縣坐落于雅礱河和雅魯藏布江交匯處的沖積平原上，四周高山環(huán)繞，匯合口兩岸山峰相對高度有700米，遠超過方案中無人機的相對航高。同時，測繪地距貢嘎機場僅80千米，恰好位于機場降落航線的第四轉(zhuǎn)彎處。而貢嘎機場是一個軍民兩用機場，經(jīng)常有伊爾-76等軍機起降，不遠處的高山上就有一座雷達站。此外，乃東縣城周邊還分布著多支部隊。針對這些情況，我們編寫了申請空域材料，并經(jīng)由城市規(guī)劃部門提交申請。

在等待批準空域的幾天里，大家把ZC-1低空數(shù)字航測無人機的發(fā)動機調(diào)試到了當前海拔下的最好狀態(tài)，并在雅魯藏布江江邊找到了一塊良好的起降場地。然而兩天后我們得到消息，因空域過于復雜，部分測繪目標需上報西藏軍區(qū)批準。這樣一來，測繪開始時間至少要推遲半個月以上了。

由于我無法在西藏待這么久的時間，因此團隊決定先讓我用手拋式無人機測繪已批準的乃東縣南部一片小面積測區(qū)。12月的高原早晨相當寒冷，一大早我們收拾好設備，頂著寒風前往200千米外的谷堆鄉(xiāng)?？蛇@段行程并不像想象中那么順利，不僅途中需翻越兩座海拔 5 000米以上的山口，還因無通行證在一個邊防檢查站被扣留，后經(jīng)上級協(xié)商才獲放行。開出主道后，柏油路就消失了，在石子路上又顛簸了將近100千米，我們才于下午兩點到達目的地。因為當?shù)嘏c北京有兩個小時左右的時差，所以到達時太陽正好最高，適合航測。于是團隊決定暫不吃午飯，馬上進行航空測繪作業(yè)。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)周圍是一圈平緩的山地，不會對飛行產(chǎn)生影響。我在谷堆鄉(xiāng)的西邊找到了一塊適合無人機降落的草地，據(jù)說種的是牦牛吃的牧草，質(zhì)地非常柔軟。到了實地，才發(fā)現(xiàn)之前對高原低溫問題的擔心多余了。雖然已是12月，但正午時間的高原陽光充足、紫外線強烈，體感溫度將近20攝氏度。不過測區(qū)刮著4級左右的風，陣風瞬時可達6級。從鄉(xiāng)長那兒了解到，這個季節(jié)每天都會刮這么大的風?？紤]再三團隊決定開展作業(yè)。

作為操縱手，我在無人機起飛前仔細檢查了其上每一個舵面、舵角的連接，并確認了電機和螺旋槳的連接。在地面上測試“死胖子”全油門的動力時，發(fā)現(xiàn)在海拔4 700米下動力依然強勁。檢查完飛控，我示意準備試飛?！?、2、1，拋”，在無人機出手的那一刻，我有些擔心它會失速，便刻意地沒有拉桿。沒想到無人機升力充足、速度提升很快，輕輕拉桿后爬升速度迅速增加，很快就到了海拔5 000米的位置。我趕緊收小油門，操縱其調(diào)整水平并在空中做了幾個矩形航線，并在幾次嘗試后順利降落?？吹綗o人機毫發(fā)無損，我提到嗓子眼的心暫時落下。

在助手的協(xié)助下，我開始換裝電池、檢查飛機、安裝相機、上傳航測航線，抓緊時間開始了航測作業(yè)。在作業(yè)過程中，我緊盯著地面站，生怕有一點閃失——在高海拔地區(qū)，所有隊員走路都帶著喘，一旦無人機墜落到山上，根本沒有可能找回。20分鐘后，無人機順利完成拍攝，返回至回收區(qū)上空。于是我拿起遙控器，將無人機的控制切回手控模式，并操縱其下滑。就在第一次操縱其切入降落航線時，風力突然加強，且氣流開始紊亂，我只好加大油門重新將其拉起。第二次嘗試降落時，風力不降反增，無人機在順風轉(zhuǎn)逆風切入降落航線的關(guān)鍵時刻發(fā)生“螺旋”，徑直墜落下來。我們趕緊跑過去將其撿起，發(fā)現(xiàn)機身輕微斷裂，好在相機沒有損壞。

回到駐地，大家認真分析了此次炸機的原因，一是加大翼展后，無人機的橫向和縱向穩(wěn)定性受到了一定影響，容易進入“螺旋”；二是在轉(zhuǎn)彎過程中遭遇強側(cè)風，導致其失速“螺旋”。至此，我的高原測繪作業(yè)結(jié)束。

這次經(jīng)歷讓我增長了不少高原航測作業(yè)的經(jīng)驗，留下的許多珍貴數(shù)據(jù)對今后的工作大有裨益?；氐焦竞螅犝f西藏軍區(qū)于12月30日批準了作業(yè)空域，物探隊順利地完成了項目，唯一的遺憾是我沒能全程參與航測作業(yè)。希望低空空域的相關(guān)法規(guī)能夠盡快出臺，空域申請審批盡量簡化高效，讓無人機在國家建設上做出更大的貢獻。