程雨佳++鞏天琛

【摘 要】隨著“無人機(jī)快遞”的提出和實(shí)施，針對(duì)輕型無人機(jī)的適航與監(jiān)管工作日益重要。2015年4月，F(xiàn)AA向亞馬遜和谷歌公司發(fā)放輕型無人機(jī)“空中快遞”飛行試驗(yàn)許可，2016年6月，F(xiàn)AA頒布14CFR Part 107《輕型無人機(jī)系統(tǒng)》，制定了輕型無人機(jī)運(yùn)行監(jiān)管要求，標(biāo)志著輕型無人機(jī)“空中快遞”快速發(fā)展的開始。本文對(duì)“空中快遞”輕型無人機(jī)在設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、制造、運(yùn)行和維修五個(gè)方面的適航與監(jiān)管要求進(jìn)行了初步探討。

【關(guān)鍵詞】輕型無人機(jī) 空中快遞 適航 運(yùn)行監(jiān)管

【Abstract】Along with the proposal and practice of “small unmanned aircraft express”， the airworthiness and regulatory of small unmanned aircraft gets more crucial.In April 2015， FAA granted flight experiment permission to Amazon and Google for their “small unmanned aircraft express” program. In June 2016， FAA published 14CFR part 107——Small Unmanned Aircraft Systems， to supervise the operation of small unmanned aircrafts. The airworthiness and regulatory policies in design， verification， manufacture， operation and maintenance of “small unmanned aircraft express” are discussed.

【Key words】small unmanned aircraft； aerial express； airworthiness，；operation regulatory policies

隨著電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，龐大的網(wǎng)購訂單量給傳統(tǒng)快遞行業(yè)帶來了巨大的壓力。由于人工投遞的延誤率、損毀率和丟失率較大，以及偏遠(yuǎn)地區(qū)的投遞難度大，使得傳統(tǒng)快遞行業(yè)的運(yùn)營、管理和人力成本逐年增加[1，2]。傳統(tǒng)快遞行業(yè)的運(yùn)作模式急需調(diào)整，快遞市場需要比人工送件更加方便、更加現(xiàn)代化的無人送件系統(tǒng)，這為無人機(jī)投送快遞提供了必要性。

2016年，美國《航空周刊》創(chuàng)刊100周年之際，評(píng)出共18項(xiàng)未來20-40年具有發(fā)展前景的航空航天技術(shù)，其中無人機(jī)技術(shù)名列第一。近年來，我國民用輕型無人機(jī)市場進(jìn)入快速成長期，預(yù)計(jì)2025年，國內(nèi)無人機(jī)市場總規(guī)模將達(dá)到750億元人民幣，輕型無人機(jī)空中物流將是民用輕型無人機(jī)主要發(fā)展方向之一。

近年來，美國谷歌公司、電子商務(wù)巨頭亞馬遜公司以及國內(nèi)順豐快遞等公司都在研發(fā)“空中快遞”無人機(jī)系統(tǒng)[3-5]。谷歌公司“Project Wing”無人機(jī)快遞項(xiàng)目的研制目標(biāo)是運(yùn)用無人機(jī)快速遞送商品，無人機(jī)重8.5千克，可運(yùn)送1.5千克貨物。亞馬遜公司“ Amazon Prime Air”無人機(jī)快遞項(xiàng)目的目標(biāo)是在30分鐘內(nèi)將貨物送達(dá)客戶，“Prime Air”最多能裝載重量為5磅（約2.27千克）的貨物，目前亞馬遜86%快遞貨物低于這個(gè)重量。圖1為亞馬遜Amazon Prime Air輕型物流無人機(jī)。我國的順豐公司也開展了無人機(jī)快遞項(xiàng)目，其目的是通過輕型無人機(jī)快速運(yùn)載包裹，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的配送問題，可有效擴(kuò)大順豐公司服務(wù)能力，提高物流網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。

2015年4月，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）向亞馬遜和谷歌公司發(fā)放輕型無人機(jī)“空中快遞”飛行試驗(yàn)許可，在美國6個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)場開展飛行試驗(yàn)，并重點(diǎn)開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，標(biāo)志著輕型無人機(jī)“空中快遞”快速、有序、規(guī)范化發(fā)展的開始。

雖然輕型無人機(jī)“空中快遞”項(xiàng)目快速發(fā)展，但是多數(shù)處于自主發(fā)展?fàn)顟B(tài)，如何能夠規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，得到適航當(dāng)局（如中國民用航空局CAAC、歐洲航空安全局EASA、美國聯(lián)邦航空管理局FAA等）的監(jiān)管、認(rèn)可和批準(zhǔn)，需要依據(jù)適航規(guī)章與適航程序從設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、制造、運(yùn)行和維修五個(gè)方面逐步表明適航符合性，才能真正實(shí)現(xiàn)輕型無人機(jī)“空中快遞”合法商業(yè)化及其監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)化。下面根據(jù)現(xiàn)行適航政策，結(jié)合國外適航規(guī)章，對(duì)輕型無人機(jī)的適航性設(shè)計(jì)、適航驗(yàn)證、制造符合性檢查、運(yùn)行監(jiān)管及維修方面的要求進(jìn)行初步探討。

1 輕型無人機(jī)的適航性設(shè)計(jì)

物流輕型無人機(jī)應(yīng)依據(jù)適航規(guī)章CCAR-23《正常類、實(shí)用類、特技類和通勤類飛機(jī)適航規(guī)定》或CCAR-27《正常類旋翼航空器適航規(guī)定》制定“物流輕型無人機(jī)適航設(shè)計(jì)要求”，獲得適航當(dāng)局批準(zhǔn)后開展以下幾個(gè)方面適航性設(shè)計(jì)工作：

（1）航空器結(jié)構(gòu)：機(jī)體結(jié)構(gòu)、飛行控制面；

（2）航空器系統(tǒng)：動(dòng)力系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、導(dǎo)航、飛行控制管理系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛、控制鏈路；

（3）貨運(yùn)系統(tǒng)：貨運(yùn)設(shè)備及其連接設(shè)備；

（4）地面支持設(shè)備：包括發(fā)射和回收系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)終端、發(fā)電機(jī)和功能設(shè)備。

2 輕型無人機(jī)的適航驗(yàn)證

適航符合性驗(yàn)證是為了保障民用航空活動(dòng)安全，采用不同的說明和驗(yàn)證方法獲得所需的證據(jù)資料向?qū)彶榉奖砻鳟a(chǎn)品對(duì)于適航條款的符合性[6]。根據(jù)CCAR-21《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》中21.171條規(guī)定，國內(nèi)輕型無人機(jī)需要獲得特殊適航證[7]，因此物流輕型無人機(jī)需要開展以下幾個(gè)方面的適航符合性驗(yàn)證工作：

（1）航空器性能特性：最大高度、最大續(xù)航時(shí)間、最大航程、空速、最大爬升率、最大下降率、最大滾轉(zhuǎn)角和盤旋律限制。

（2）航空器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)詳細(xì)說明（包括結(jié)構(gòu)圖紙、設(shè)計(jì)報(bào)告等）、材料規(guī)范、制造工藝規(guī)范、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、試驗(yàn)室試驗(yàn)以及飛行試驗(yàn)。

（3）航空器系統(tǒng)：各系統(tǒng)詳細(xì)說明（包括系統(tǒng)架構(gòu)圖、設(shè)計(jì)圖紙等）、系統(tǒng)仿真分析報(bào)告、系統(tǒng)備份方案、驗(yàn)證試驗(yàn)等，其中適航驗(yàn)證試驗(yàn)主要驗(yàn)證各系統(tǒng)在極限的高低溫環(huán)境、氣流環(huán)境、雷電環(huán)境、電磁和地磁干擾環(huán)境下的穩(wěn)定性以及導(dǎo)航系統(tǒng)的精準(zhǔn)飛行和響應(yīng)能力。

（4）貨運(yùn)系統(tǒng)：貨運(yùn)系統(tǒng)安裝圖、強(qiáng)度分析、驗(yàn)證試驗(yàn)。重點(diǎn)是對(duì)輕型無人機(jī)加裝貨運(yùn)系統(tǒng)后，需要對(duì)外形、重心等參數(shù)變化對(duì)飛行穩(wěn)定性影響進(jìn)行極限邊界的分析和驗(yàn)證。

（5）應(yīng)急情況：分析和驗(yàn)證在嚴(yán)酷的各種自然環(huán)境和人為環(huán)境、甚至是人為威脅和打擊的情況下、保持繼續(xù)飛行的能力；對(duì)于各種故障無法保持飛行狀態(tài)情況，裝機(jī)能量（考慮裝貨情況最大起飛重量條件下的沖擊能量）對(duì)地面人員和財(cái)產(chǎn)造成危害以及必須應(yīng)急著陸時(shí)對(duì)地面人員及物品的危害減災(zāi)能力進(jìn)行分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。

（6）地面支持設(shè)備：地面使用的所有設(shè)備，包括發(fā)射或回收系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)終端等詳細(xì)說明及其功能驗(yàn)證試驗(yàn)。

3 輕型無人機(jī)的制造符合性

制造符合性檢查是型號(hào)合格審定過程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，制造檢查代表按國家有關(guān)規(guī)定，通過對(duì)民用航空產(chǎn)品和零部件實(shí)施審定和監(jiān)督，確認(rèn)航空產(chǎn)品和零部件的制造、試驗(yàn)、安裝等符合經(jīng)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)[8]。2011年，中國民用航空局適航審定司發(fā)布管理程序《航空器型號(hào)合格審定程序》（AP-21-AA-2011-03-R4）[9]，輕型無人機(jī)的制造符合性檢查應(yīng)根據(jù)該管理程序，制定“物流輕型無人機(jī)制造符合性檢查要求”，獲得適航當(dāng)局批準(zhǔn)后開展制造符合性檢查工作，主要包括地面試驗(yàn)、飛行測(cè)試試驗(yàn)件、貨運(yùn)系統(tǒng)以及輕型無人機(jī)零部件的制造符合性檢查工作。

4 輕型無人機(jī)的運(yùn)行監(jiān)管

4.1 美國對(duì)輕型無人機(jī)的運(yùn)行監(jiān)管

2016年6月21日，F(xiàn)AA正式頒布14CFR Part 107《輕型無人機(jī)系統(tǒng)》。該規(guī)章規(guī)定了55磅（25公斤）以內(nèi)輕型無人機(jī)在國家空域系統(tǒng)的運(yùn)行要求。14CFR Part 107輕型無人飛機(jī)系統(tǒng)由A、B、C、D四個(gè)分部組成，共44個(gè)條款，其中，A分部為總則（107.1～107.9），B分部為運(yùn)行規(guī)章（107.11～107.51），C分部為無人機(jī)操控員適航審查（107.53～107.79），D分部為豁免（107.200～107.205）[10]。物流輕型無人機(jī)在符合14CFR Part 107《輕型無人機(jī)系統(tǒng)》44個(gè)條款的基礎(chǔ)上，對(duì)其中與輕型無人機(jī)快遞運(yùn)行監(jiān)管直接關(guān)聯(lián)的6項(xiàng)條款應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，并在設(shè)計(jì)、驗(yàn)證階段表明適航符合性。

（1）重量（FAR107.3）。輕型無人機(jī)是指起飛重量小于55磅（25kg）的無人飛機(jī)。定義了輕型無人機(jī)航空器與快遞貨物的最大重量值。

（2）速度（FAR107.51）。輕型無人機(jī)最大地面速度為87節(jié)（100英里/小時(shí)），該速度限制是必須的，當(dāng)物流無人機(jī)發(fā)生應(yīng)急情況時(shí)，飛行速度越大造成的對(duì)人員、財(cái)產(chǎn)和其他航空器的風(fēng)險(xiǎn)越大，而且更低的速度限制將為無人機(jī)操縱者的感知和避讓提供充裕的時(shí)間。

（3）危險(xiǎn)品運(yùn)輸（FAR107.36）。物流輕型無人機(jī)不能運(yùn)輸危險(xiǎn)品，《中國民用航空危險(xiǎn)品運(yùn)輸管理規(guī)定》（CCAR-276）給出了具體規(guī)定，“空中快遞”須嚴(yán)格執(zhí)行，并應(yīng)得到嚴(yán)格的監(jiān)管。

（4）飛行中的應(yīng)急情況（FAR107.21）。FAR-107規(guī)定飛行中如果出現(xiàn)應(yīng)急情況，無人機(jī)操控員必須馬上采取措施，并要求事后書面報(bào)告局方。該條款要求無人機(jī)操控員針對(duì)本次物流飛行路線、使用環(huán)境、裝載貨物等因素可能出現(xiàn)的應(yīng)急情況都有明確的處理程序，并已經(jīng)得到適航當(dāng)局批準(zhǔn)。同時(shí)，事后需要書面報(bào)告適航當(dāng)局。

（5）危險(xiǎn)運(yùn)行（FAR107.23）。不允許輕型無人機(jī)上墜落任何物品對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成風(fēng)險(xiǎn)。該條款對(duì)輕型無人機(jī)及其貨運(yùn)系統(tǒng)的安裝及連接提出了適航性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證要求。

（6）飛行前的檢查（FAR107.49）。確保輕型無人機(jī)運(yùn)輸?shù)娜魏呜浳锸前踩煽康?，不能?duì)飛行特性和無人機(jī)可操控性產(chǎn)生影響。該條款要求輕型無人機(jī)加裝貨物后，本次飛行前需要開展加載貨物后造成的航空器外形、重心等參數(shù)變化對(duì)飛行穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析，確定其在已驗(yàn)證的極限范圍之內(nèi)才允許本次飛行。

4.2 我國對(duì)輕型無人機(jī)的運(yùn)行監(jiān)管

目前，我國尚未發(fā)布無人機(jī)運(yùn)行監(jiān)管的適航規(guī)章。但中國民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司、運(yùn)輸司等部門頒布了多項(xiàng)法規(guī)，對(duì)我國的無人機(jī)運(yùn)營展開監(jiān)管工作[11-13]。

2013年11月18日，中國民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司發(fā)布咨詢通告《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》（AC-61-FS-2013-20），主要解決無人機(jī)的駕駛員資質(zhì)管理，并規(guī)定重量小于等于7公斤的微型無人機(jī)，飛行范圍在目視視距內(nèi)半徑500米、相對(duì)高度低于120米范圍內(nèi)，無須證照管理，但應(yīng)盡可能避免遙控飛機(jī)進(jìn)入過高空域；重量等指標(biāo)高于上述標(biāo)準(zhǔn)的無人機(jī)以及飛入復(fù)雜空域內(nèi)的，駕駛員需納入行業(yè)協(xié)會(huì)甚至民航局的監(jiān)管。

2015年底，中國民航局運(yùn)輸司根據(jù)《中華人民共和國民用航空法》、《通用航空經(jīng)營許可管理規(guī)定》組織制訂了《使用民用無人駕駛航空器系統(tǒng)開展通用航空經(jīng)營活動(dòng)管理暫行辦法》（征求意見稿），并于2016年1月8日前公開征求意見。該辦法適用于使用無人機(jī)開展無人機(jī)駕駛員培訓(xùn)、貨物（郵件）運(yùn)輸、空中噴灑（撒）、電力作業(yè)、航空探礦、航空攝影、空中拍照、空中巡查、空中廣告、海洋監(jiān)測(cè)、氣象探測(cè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等通用航空經(jīng)營活動(dòng)的監(jiān)督與管理。

2015年12月29日，中國民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司公布咨詢通告《輕小無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定（試行）》（AC-91-FS-2015-31）。該AC規(guī)定III、IV、VI和VII類民用無人機(jī)應(yīng)安裝并使用電子圍欄、接入無人機(jī)云，并對(duì)上述類別無人機(jī)在機(jī)場凈空區(qū)和重點(diǎn)地區(qū)的管理作出了相關(guān)規(guī)定。

5 輕型無人機(jī)的維修

依據(jù)FAA AC107-2《輕型無人機(jī)系統(tǒng)》的規(guī)定，物流輕型無人機(jī)維修包括計(jì)劃和非計(jì)劃的修理、檢查、更改、置換以及系統(tǒng)軟件升級(jí)[14]。無人機(jī)制造方可以提供維修手冊(cè)，如果沒有，物流輕型無人機(jī)申請(qǐng)方需要編制相關(guān)文件，維修人員必須依據(jù)維修手冊(cè)開展工作。

非計(jì)劃維修，如果發(fā)現(xiàn)存在超手冊(cè)的維修項(xiàng)目，輕型無人機(jī)申請(qǐng)方必須更新超手冊(cè)的項(xiàng)目進(jìn)入維修計(jì)劃。如果存在超手冊(cè)的維修項(xiàng)目，輕型無人機(jī)操控員不允許開始飛行，直至該差異得到修正并貫徹。

6 結(jié)語

隨著美國與歐洲的無人機(jī)監(jiān)管政策陸續(xù)出臺(tái)，對(duì)無人機(jī)的分類管理趨勢(shì)逐步清晰。2015年4月FAA向亞馬遜和谷歌公司發(fā)放輕型無人機(jī)“空中快遞”飛行試驗(yàn)許可，在“空中快遞”無人機(jī)適航性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，2016年6月21日FAA頒布了《輕型無人機(jī)系統(tǒng)》，制定了輕型無人機(jī)運(yùn)行監(jiān)管的標(biāo)準(zhǔn)化要求，為“空中快遞”輕型無人機(jī)快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。我國應(yīng)當(dāng)密切跟蹤國際上物流輕型無人機(jī)適航以及監(jiān)管政策發(fā)展動(dòng)態(tài)，結(jié)合我國自身特點(diǎn)，制定適應(yīng)于我國航空安全管理的政策和適航性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證要求，逐步使其規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，確保民用輕型無人機(jī)產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。

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