史校川 金 鐳 王春生 苗延青 張澤京

（1. 中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，北京 100028；2. 北京航空航天大學(xué)，北京 100191）

美國(guó)軍民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故案例分析

史校川1金 鐳1王春生1苗延青1張澤京2

（1. 中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，北京 100028；2. 北京航空航天大學(xué)，北京 100191）

研究梳理了國(guó)外無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故報(bào)告和調(diào)查機(jī)制，對(duì)美國(guó)軍用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)災(zāi)難性事故案例和民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從適航角度分析典型事故產(chǎn)生的原因，并對(duì)標(biāo)國(guó)外無(wú)人機(jī)系統(tǒng)適航性要求，為建立或完善國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故報(bào)告和調(diào)查機(jī)制，形成國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)適航性要求提供參考。

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)；事故；適航

近些年，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用逐漸由軍事領(lǐng)域向民用領(lǐng)域延伸，在電力巡線、人工降雨、海洋監(jiān)測(cè)、邊境巡邏、新聞/賽事直播等領(lǐng)域均出現(xiàn)了無(wú)人機(jī)的身影。隨著研制與應(yīng)用水平的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)在性能、操作性和可靠性等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍與有人機(jī)的可靠性和安全性有較大差距。隨著無(wú)人機(jī)的大量應(yīng)用和事故數(shù)據(jù)的不斷積累，無(wú)人機(jī)高事故率的特征逐漸顯現(xiàn)。全球各地頻發(fā)無(wú)人機(jī)事故，如影響民航正常運(yùn)行、違規(guī)運(yùn)載、墜毀導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡等。據(jù)美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）統(tǒng)計(jì)，2015年前3個(gè)季度飛行員遭遇無(wú)人機(jī)的次數(shù)是2014年同期的2.7倍，超過(guò)600次，凸顯了無(wú)人機(jī)對(duì)民航飛行安全威脅越來(lái)越大。

1 美空軍無(wú)人機(jī)系統(tǒng)災(zāi)難性事故案例分析

1.1 軍用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故報(bào)告和調(diào)查機(jī)制

對(duì)于軍用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，美國(guó)有較為成熟的事故報(bào)告機(jī)制，發(fā)生軍用無(wú)人機(jī)事故后由所有方按照美國(guó)防部指令DODI 6055.07《事故通知、調(diào)查、報(bào)告和證據(jù)保存》[1]相關(guān)規(guī)定，填寫DA FORM 2397-U《無(wú)人航空器系統(tǒng)事故報(bào)告（UASAR）》[2]表單，進(jìn)行事故報(bào)告。表單中包含無(wú)人機(jī)本身信息、事故過(guò)程相關(guān)信息、飛行數(shù)據(jù)等較為全面的信息。

美空軍的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故調(diào)查是由空軍航空器事故調(diào)查委員會(huì)（AIB）根據(jù)空軍指令A(yù)FPD51-5《軍事法律事務(wù)》、AFI 51-503《航空事故調(diào)查》、AFI 51-507《地面事故調(diào)查》等規(guī)定組織開展。對(duì)于每一次事故，最終形成的事故報(bào)告包括兩份：一份是事故報(bào)告摘要，一份是事故報(bào)告完整版。委員會(huì)主席是AIB報(bào)告的唯一作者。AIB的事故報(bào)告如果獲批可以公開發(fā)布，將會(huì)在專門的網(wǎng)站上列出。

1.2 美空軍軍用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)災(zāi)難性事故案例分析

此次統(tǒng)計(jì)的美國(guó)空軍無(wú)人機(jī)系統(tǒng)災(zāi)難性事故案例[3]共涉及3大類（RQ/MQ-1 Predator（捕食者）、RQ-4 Global Hawk（全球鷹）、MQ-9 Reaper（收割者））11個(gè)型號(hào)81起事故，事故發(fā)生時(shí)間橫跨13年（2000-2013年）。參考國(guó)際上事故原因常用分類方法[4、5]，結(jié)合無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故特點(diǎn)，分為人為因素、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障、環(huán)境及其他等3類，各類事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)量及占比見(jiàn)表1。

由表1看出，人為因素類事故占比不到30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有人機(jī)事故中所占比例，而無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類事故占比近七成。進(jìn)一步將無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類按照專業(yè)分為：飛行、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和構(gòu)造、動(dòng)力裝置、設(shè)備、使用限制和資料、指揮與控制鏈路、地面站等8類。表2中詳細(xì)列出了6類別事故的數(shù)量和占比。

表1 美空軍無(wú)人機(jī)系統(tǒng)災(zāi)難性事故原因分類統(tǒng)計(jì)

表2 美空軍無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類事故分類統(tǒng)計(jì)

由表2得出，設(shè)備與動(dòng)力裝置類是占比最大的兩類，而通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，以往無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)很小，且需要的發(fā)動(dòng)機(jī)等級(jí)又與一般飛機(jī)不同，因此，世界主流發(fā)動(dòng)機(jī)廠商不愿投資研發(fā)無(wú)人機(jī)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)人機(jī)大多只能挑選市場(chǎng)上已有但未必符合需求的發(fā)動(dòng)機(jī)，必然會(huì)影響安全性與可靠性。

2 FAA民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候案例分析

2.1 民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候報(bào)告和調(diào)查機(jī)制

對(duì)于民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候報(bào)告，美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB）新修訂的49 CFR 830[6]《航空器事故或事故征候與延誤航空器的報(bào)告和航空器殘骸、郵件、貨倉(cāng)的保存和記錄》在830.2中新增“無(wú)人機(jī)事故”的定義，且要求操作人員將涉及無(wú)人機(jī)的事故報(bào)告給NTSB。明確地闡明了修訂后的49 CFR 830規(guī)章對(duì)于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的適用性。規(guī)章中要求報(bào)告的無(wú)人機(jī)事故需滿足兩個(gè)條件：任何人員死亡或嚴(yán)重受傷和無(wú)人機(jī)最大起飛重量達(dá)到300lb（136kg）或以上，且遭受嚴(yán)重?fù)p壞。此外，F(xiàn)AA新頒布的PART 107.9[7]要求對(duì)于符合要求的小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故，操作員需要在事故發(fā)生10天內(nèi)向FAA報(bào)告。事故所需滿足的兩個(gè)條件包括：對(duì)任何人造成嚴(yán)重?fù)p傷或?qū)е乱庾R(shí)喪失和財(cái)產(chǎn)損失（除小型無(wú)人機(jī)），財(cái)產(chǎn)損失需滿足以下條件：

● 維修成本（包括材料和人力）不超過(guò)500美元；

● 總的損失的財(cái)產(chǎn)市場(chǎng)平均價(jià)不超過(guò)500美元。

對(duì)于民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候調(diào)查，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)美國(guó)還未形成有效的機(jī)制。而國(guó)際航空安全調(diào)查員協(xié)會(huì)（International Society of Air Safety Investigators，ISASI）于2015年1月份發(fā)布了一份指南性文件《無(wú)人機(jī)系統(tǒng)手冊(cè)和事故/事故征候調(diào)查指南》[8]。該指南由ISASI的無(wú)人機(jī)工作組（UAS WG）起草編制，主要目標(biāo)有：

● 確定需額外規(guī)定的調(diào)查能力，以更好地支持與無(wú)人機(jī)相關(guān)的事故的調(diào)查；

● 確定ICAO附件13對(duì)于無(wú)人機(jī)事故的適用性；

● 對(duì)于無(wú)人機(jī)相關(guān)的事故，確定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)捕獲的數(shù)據(jù)集；

● 對(duì)于航空安全調(diào)查人員確定額外的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)專用的培訓(xùn)要求；

● 對(duì)于創(chuàng)建或保存無(wú)人機(jī)事故相關(guān)的證據(jù)，確定可能需要的補(bǔ)充規(guī)定。

2.2 民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候案例分析

從2 009年10月起，F(xiàn)A A通過(guò)UA S A&I（Preliminary Reports of Accidents and Incidents Database）平臺(tái)來(lái)收集民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候。截止到2014年8月21日，F(xiàn)AA共收到了274起事故/事故征候，其中170起由美國(guó)土安全部報(bào)告，后因涉及國(guó)家安全問(wèn)題從FAA刪除[9]。余下的104起民用無(wú)人機(jī)事故/事故征候的報(bào)告者主要分為7個(gè)來(lái)源，包括研究機(jī)構(gòu)（Academic，如堪薩斯州立大學(xué)）、美國(guó)宇航局（NASA，如德萊頓飛行研究中心）、警察執(zhí)法（Law Enforcement，如西雅圖警察局）、美國(guó)商務(wù)部（DOC，如國(guó)家海洋和大氣局）、美國(guó)內(nèi)務(wù)部（DOI，如國(guó)家商務(wù)中心航空管理局）、特殊適航證-試驗(yàn)類（Special Airworthiness，如洛克希德·馬丁公司）、美國(guó)能源部（DOE，如橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）等。FAA將上報(bào)的無(wú)人機(jī)事故/事故征候的時(shí)間、地點(diǎn)、機(jī)型、過(guò)程描述等簡(jiǎn)要信息在其官網(wǎng)上公布，但并不做深入的分析。對(duì)于無(wú)人機(jī)事故調(diào)查，F(xiàn)AA仍未形成有效的調(diào)查機(jī)制。

此次統(tǒng)計(jì)的FAA公布的民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候案例共涉及44個(gè)型號(hào)104起事故/事故征候。將其事故原因按照人為因素、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障、環(huán)境及其他3類劃分，各類數(shù)量及占比見(jiàn)表3。FAA民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類事故/事故征候分類統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

由表3得出，人為因素類事故占比不到10%，相對(duì)于美空軍無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故比率更低，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有人機(jī)事故中所占比例；而無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類事故占比超過(guò)八成，比美空軍無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故比例高。進(jìn)一步將無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類按照專業(yè)分為：飛行、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和構(gòu)造、動(dòng)力裝置、設(shè)備、使用限制和資料、指揮與控制鏈路、地面站等8類。表4中詳細(xì)列出了6類別事故的數(shù)量和占比。

表3 FAA民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候（2010年～2014年）原因分類統(tǒng)計(jì)

表4 FAA民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類事故/事故征候分類統(tǒng)計(jì)

通過(guò)表4可以看出，設(shè)備類和指揮與控制鏈路類是無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類事故/事故征候中數(shù)量最多的兩類。主要原因在于民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備研制生產(chǎn)過(guò)程控制不足，且可追溯性不強(qiáng)；而鑒于民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)重量和應(yīng)用特點(diǎn)，其指揮與控制數(shù)據(jù)鏈路在設(shè)計(jì)過(guò)程中很少會(huì)設(shè)計(jì)冗余備份，因而造成無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備和指揮與控制鏈路的可靠性和安全性不高。

3 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故與適航性要求

通過(guò)表1和表3可以看出，美國(guó)軍民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類均占比近七成或以上，人為因素不超過(guò)三成，而這種占比關(guān)系與當(dāng)前有人機(jī)的事故占比截然不同，這反映了現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與有人機(jī)事故需考慮的安全要求的側(cè)重不同?，F(xiàn)階段，無(wú)人機(jī)固有安全性水平的提高是無(wú)人機(jī)事故率降低的基礎(chǔ)。而新技術(shù)和新標(biāo)準(zhǔn)在無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)中的采用可有效提升無(wú)人機(jī)固有安全性水平。

國(guó)際上已有研究組織根據(jù)民航適航性要求制定了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的適航性要求，如北約（NATO）頒布的STANAG 4671《無(wú)人機(jī)系統(tǒng)適航性要求（USAR）》[10]、歐洲無(wú)人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)章制定機(jī)構(gòu)（JARUS）頒布的CS-LURS《輕型無(wú)人旋翼航空器系統(tǒng)審定規(guī)范》等?；诒?和表4的梳理，對(duì)比北約頒布的STANAG 4671《無(wú)人機(jī)系統(tǒng)適航性要求（USAR）》中相關(guān)適航性要求，發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類的事故致因均可在適航性要求中找到相關(guān)設(shè)計(jì)要求，典型事故案例如下。

典型事故案例一：

事故過(guò)程：2002年1月25日，13:08（Z），一架RQ-1B捕食者無(wú)人機(jī)S/N96-3022在位于美國(guó)中央司令部轄區(qū)內(nèi)的一個(gè)機(jī)密前沿作戰(zhàn)區(qū)著陸時(shí)墜毀。事故飛行員的首次著陸嘗試由于突風(fēng)效應(yīng)造成復(fù)飛。在第二次嘗試中，在相似的風(fēng)況下，事故無(wú)人機(jī)在滑行平飛中機(jī)頭產(chǎn)生拉飄。事故飛行員企圖通過(guò)推動(dòng)機(jī)頭向前以改變這個(gè)狀況。在事故飛行員還沒(méi)有能夠再次啟動(dòng)復(fù)飛程序時(shí)，無(wú)人機(jī)機(jī)頭在不受控制的情況下前傾。起落架以過(guò)度沖擊力撞在跑道上，折斷了起落架支柱。過(guò)度硬著陸的另一個(gè)后果是無(wú)人機(jī)的右橫尾翼與機(jī)身分離。這種不對(duì)稱的俯仰和偏航導(dǎo)致了無(wú)人機(jī)急速向右偏航，并最終墜毀在距離跑道東部100碼處。

事故原因：事故報(bào)告顯示，強(qiáng)突風(fēng)造成的反向效應(yīng)導(dǎo)致飛行員未能保持對(duì)飛機(jī)俯仰的有效控制。結(jié)果先著陸的前起落架造成結(jié)構(gòu)損壞，接著是飛機(jī)的失控，最后撞向地面。

相關(guān)適航性要求：USAR.253（a）：“可能引起無(wú)意中速度增加（包括節(jié)距和橫滾方面的組合）的操縱情況和操縱特性必須通過(guò)任何可能速度（一直到VMO/MMO）上的無(wú)人機(jī)配平來(lái)進(jìn)行模擬。這些情況和特性包括突風(fēng)干擾，爬升與下降過(guò)程中從馬赫數(shù)受限制的飛行高度拉平到空速受限制的飛行高度?！?/p>

典型事故案例二：

事故過(guò)程：2014年7月3日，堪薩斯州立大學(xué)向FAA報(bào)告了1起Zephyr型無(wú)人機(jī)事故征候。事故時(shí)，無(wú)人機(jī)手?jǐn)S發(fā)射后，在手動(dòng)控制下無(wú)人機(jī)爬升到離地50ft，并執(zhí)行了左轉(zhuǎn)指令，但隨后非指令性轉(zhuǎn)彎增大。無(wú)人機(jī)繼續(xù)滾轉(zhuǎn)，直到撞擊地面，而操作手只能有最小的控制。

事故原因：由于控制右升降副翼伺服的線路太靠近自動(dòng)駕駛儀而形成的電磁干擾。

相關(guān)適航性要求：

● USAR.685（e）：“按照USAR.1431的規(guī)定，無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)能夠抵抗外部或內(nèi)部電磁干擾源的干擾。”；

● USAR.1431（g）：“必須對(duì)所有（a）條中確定的靈敏且不可缺少的設(shè)備，進(jìn)行防內(nèi)部或外部電磁干擾（EMI）源的保護(hù)。”；

● USAR.1605（a）：“必須對(duì)指揮與控制數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行抗電磁干擾（EMI）的防護(hù)?！?。

通過(guò)以上兩起無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候案例與國(guó)外適航性要求的對(duì)比得出，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類的事故致因可在適航性要求中找到相關(guān)設(shè)計(jì)要求。此外，通過(guò)表1和表3中無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障類占比不同可以看出，基于美空軍無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中已在設(shè)計(jì)中引入適航性要求，而民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中仍未開展，可以看出在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入適航性要求將有助于降低無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故率，進(jìn)而提高無(wú)人機(jī)系統(tǒng)安全水平。

4 結(jié)論

本文通過(guò)綜合對(duì)比分析美空軍無(wú)人機(jī)系統(tǒng)災(zāi)難性事故案例（2000～2013年）和FAA民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故/事故征候案例（2010～2014年），對(duì)標(biāo)國(guó)外無(wú)人機(jī)系統(tǒng)適航性要求，得出現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的安全性水平處于提升無(wú)人機(jī)固有安全性水平來(lái)降低事故率階段，因此建議制定或完善國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)適航性要求，從而將會(huì)有效減少無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故，提高無(wú)人機(jī)系統(tǒng)安全性水平。同時(shí)，建議建立或完善國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故報(bào)告和調(diào)查機(jī)制，以規(guī)范無(wú)人機(jī)系統(tǒng)事故調(diào)查對(duì)適航性要求的促進(jìn)作用。

[1] Department of Defense Instruction（DODI）6055.07. Mishap Notification， Investigation，Reporting，and Record Keeping[S].

[2] DA FORM 2397-U.Unmanned Aircraft System Accident Report（UASAR）[S].

[3] USAF Accident Investigation Board. AIB REPORTS [M/OL]. USA；USAF，2010-2014.http://usaf.aib.law.af.mil.

[4] 林清，王英勛，蔡志浩，吳坤. 國(guó)外幾型無(wú)人機(jī)事故統(tǒng)計(jì)及分析[C].2014（第五屆）中國(guó)無(wú)人機(jī)大會(huì). 2014.

[5] 曾天翔. 飛機(jī)事故及其原因統(tǒng)計(jì)分析[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，1998，6.

[6] 49 CFR Part 830，Notification and Reporting of Aircraft Accidents or Incidents and Overdue Aircraft，and Preservation of Aircraft Wreckage，Mail，Cargo，and Records [S].

[7] PART 107，Operation and Certification of Small Unmanned Aircraft Systems [S].

[8] ISASI Unmanned Aircraft System Handbook and Accident Incident Investigation Guidelines [R].2015，1.

[9] Robert. E. “Buck” Joslin. Insights into Unmanned Aircraft Systems Accidents and Incidents（2009-2014）[C]. Aviation, Aeronautics，Aerospace International Research Conference.2015，1.

[10] STANAG 4671，UNMANNED AERIAL VEHICLE SYSTEMS AIRWORTHINESS REQUIREMENTS (USAR) [S].

V221

C

1003-6660（2017）03-0046-04

10.13237/j.cnki.asq.2017.03.011

2017-01-13

（編輯：雨晴）