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      反無人機|低慢小無人機預警防御系統機場部署需求分析

        近年來,以多旋翼飛行器為主要形式低空慢速小目標無人機(以下簡稱:無人機)發展迅速,其空中攝像、凌空飛抵、實時圖傳、運輸投放等能力,給保密、安防和反恐等工作帶來了新挑戰。對于機場而言,更是迫切需要部署反無人機系統預警系統,這里從機場潛在風險評估、相關法律法規要求、市場發展前景分析等方面闡述我公司自主研發的多旋翼無人機預警防御系統的機場部署需求。

        機場潛在風險評估

        無論民用飛機還是軍用飛機,其機場起降過程需要一定的范圍的“凈空”予以保護,這樣才能保證飛機的安全。然而,近年來大量出現的無人機能夠隨時不受約束的闖入機場“凈空”管理區域,引發航空不安全事件,給航空業帶來巨大損失。

        威脅航空器起降安全

        無人機直接威脅到航空器的起降安全,這是無人機飛入機場存在的最大隱患。這里以成都雙流機場為例分析無人機對民航客機起降的威脅。雙流機場平面圖如圖1所示,兩條跑道分別為3600米長45米寬,和3600米長60米寬。


      1成都雙流機場平面圖


        雙流機場民航客機進場和離場航路圖如圖 2所示,進場最大指示空速(IAS)為480km/h,起始進近最大 IAS為370km/h;離場轉彎最大 IAS為380km/h。


      2成都雙流機場客機進場和離場航路圖


        根據大疆無人機官網的數據(如圖 3所示),INSPIRE2無人機(型號T650)的最大水平飛行速度可達 94km/h,普通槳的最大起飛海拔高度為2500m,最大起飛重量為4kg。


      3大疆 INSPIRE 2無人機技術參數


        根據上面的數據,假設無人機與客機在進場航路立面相對運動時相遇,其情景示意圖如圖 4所示。



      4無人機與機場進場客機 100~500米低空迎面相遇示意圖


        根據物理學中的動量守恒,考慮飛機質量和無人機質量的巨大差異,無人機撞上飛機后將變成飛機相同的速度矢量運行,也就是說質量為4kg速度為94km/h的無人機在撞上飛機后變成相反方向的370km/h,其速度改變量為(370+94)km/h,而相撞時間極短,約為3ms,根據牛頓運動定律,客機受到無人機的撞擊作用力可以計算如下:

        F=ma=m × ( Δ v / Δ t ) =4kg × (( 370+94 ) km/h/3ms ) =4kg ×128m/s/0.003s=170666N

        即,客機受到撞擊力約為 17萬牛頓大小,這相當于一顆炮彈的能量。而無人機與客機的接觸面積又極小,約為 0.02平方米,所以飛機被撞擊位置受到的壓強約為8.53 兆帕。目前,飛機材料還無法經受不住如此大的壓強,這樣的撞擊必將造成客機的嚴重事故。

        此前國外一次無人機對民航客機機翼撞擊的視頻截圖(如圖 5所示),可以印證上面的推算,圖 5中無人機對機翼的撞擊直接導致了機翼被撞部分的折斷。



      5無人機與客機相撞視頻截圖


        延誤正常飛機起降

        當機場發現無人機闖入“凈空”管理區域后,必須對無人機進行有效的處置,才能允許機場正常起降作業。但是,目前對于無人機的處置尚沒有快速有效的手段,需要大量的時間來處理威脅,因此,可以說一旦無人機闖入機場凈空保護區,幾乎必然對延誤機場的飛機起降,例如:

        2013年12月29日,首都機場以東空域發現無人機,導致機場10余班次航班延誤起飛、兩班次航班空中避讓。

        2014年8月7日下午,新西蘭皇后鎮機場,一架無人機出現在跑道盡頭處,一架 A320飛機為了避免與無人機相撞不得不復飛。

        2014年8月15日晚9點左右,臺中清泉崗機場上空,突然闖入一臺無人機,導致一架從香港飛臺中的飛機無法降落,在空中盤旋等待半小時,又因油料不足,還飛到高雄加完油,才又飛回臺中降落,降落時已經是深夜11點19分,旅客被延誤超過2小時。

        2016年5月28日,在成都機場東跑道航班起降空域發生因無人機阻礙航班正常起降事件,導致成都機場東跑道停航關閉 1小時零20分鐘,直接造成55個航班不能正常起降,其中進港26個,出港29個。

        2016年 6月  11日,世界最繁忙的迪拜國際機場遭一架來歷不明的無人機入侵,造成迪拜機場臨時關閉 69分鐘,從當地時間  11日上午  11時  36分關閉至中午 12時  45分,部分航班延誤   4小時,22個航班被迫改道其他機場降落。

        2017年  2月  2日  21點   26分,綿陽機場塔臺收到一架正在降落航班的緊急報告,發現來歷不明發光飛行器。塔臺立即通知多個部門、立即啟動了應急預案,暫停所有航班進出港。3個航班備降成都、重慶,5個出港航班延誤,機場  2 個多小時后才恢復正常起降。據綿陽警方初步調查,懷疑是附近有人操控“黑飛”無人機。(如圖 6所示)


      62017 2 2日綿陽機場遭遇無人機黑飛示意圖


        增加航空運營成本無人機闖入凈空保護區導致機場和航空公司運營成本上升,消耗大量的人力物力資源。首先,按照當前的處置方法,機場為應對無人機的威脅,需要部署大量的人員和物資予以應對,造成直接持續成本的上升;需要根據無人機威脅重新調整機場起降方案,造成運營成本上升。再者,造成飛機起降延誤,需要安排和處理旅客相關事宜,機場和航空公司的直接和間接的經濟成本巨大。

        據《中國民航報》報道,2013年  12月,北京某科技公司的  3名員工,在沒有航拍資質、未申請空域的情況下,操縱燃油助力航模無人機進行航空測繪,造成多架次民航飛機避讓、延誤,軍隊出動直升機迫降的后果。為處置此次事件,原北京軍區空軍組織各級指揮機構和部隊共 1226人參與處置,兩架殲擊機待命升空,兩架直升機升空,雷達開機 26部,動用車輛  123臺,造成大量人力物力損失。北京市平谷區人民法院一審判處當事人有期徒刑 1年 6個月,緩刑2年。

        泄露隱私和國家秘密

        無人機所提供攜帶的攝像、錄音以及某些特制的竊密設備將嚴重侵犯乘客隱私和機場、軍事基地等敏感地域的信息安全。無人機入侵機場、重要場所等,跟蹤和拍攝居民的行蹤,嚴重妨礙個人隱私,也可能造成商業機密泄露;無人機入侵軍用設施,能夠跟蹤和拍攝軍用裝備的行動,對軍事基地和機場等核心地域進行測繪等,這些都會造成軍事秘密泄露,其泄密途徑示意圖如圖 7所示。


      7無人機入侵軍事設施竊密示意圖


        現實中的案例包括:

        2015年11月17日下午,空軍駐河北涿州某部直升機訓練飛行時,在機場以西15公里處,發現  1架低空飛行的無人機,經空軍相關部門研判為“黑飛”后,迅速將這架無人機迫降于地面。同時,派出地面小分隊協助地方公安力量及時趕赴迫降地域,控制住涉事人員和無人機。經初步調查,這架無人機為北京某航空科技公司所有,當日未申報飛行計劃。另外,還發現這家公司多架無人機。

        2017年春晚安保指揮部統計,截止到2017年1月25日,已經驅趕違規闖入核心區域的無人機24架次,并且擊落收繳了6架次無人機,避免了春晚節目的泄露和場地安全。

        相關法律法規要求

        為應對無人機對于航空業的侵擾,各國都在采取法律手段進行約束或控制。

        國外法律法規

        各國紛紛對無人機使用制定法律法規。例如:日本內閣確認,包含小型無人機管制措施的《航空法》修正案已正式敲定。今后,未獲許可的無人機將禁止在住宅密集地及機場周邊飛行。違者將處以50萬日元(約合2.5萬元人民幣)罰金。英國民航局發布無人機安全管理規范。普通用途的無人機只能在視線可及的距離內(大約500米)操作,飛行高度不可超過122 米;載有攝像頭的無人機不能在距離人、車輛或建筑物50米以內的地方飛行。英國民航局警告稱,在英國機場起飛和降落的無人機一旦被發現干擾客機飛行,其操控者屬于刑事犯罪,將會面臨指控和監禁。

        國內法律法規

        在我國無人機管理方面,民航總局、體育總局以及無人機制造商都采取了一系列措施。

        航拍機、森林滅火機、農用噴藥飛機等各種小型飛機屬于通用航空的范疇。中國人民解放軍總參謀部和民航局聯合發布的《通用航空飛行任務審批與管理規定》規定,凡在我國從事涉及軍事設施的航空攝影或者遙感物探飛行,其作業范圍由民航地區管理局商相關軍區審批。而從事涉及重要政治、經濟目標和地理信息資源的航空攝影或者遙感物探飛行,其作業范圍由民航地區管理局商相關省、自治區、直轄市政府主管部門審批。

        同時,中央軍委、國務院頒布的《通用航空飛行管制條例》第一章第四條指出,從事通用航空飛行活動的單位、個人,必須按照《中華人民共和國民用航空法》的規定取得從事通用航空活動的資格,并遵守國家有關法律、行政法規的規定?!吨腥A人民共和國民用航空法》第一百四十六條規定,從事通用航空活動,應當具備下列條件:(一)有與所從事的通用航空活動相適應,符合保證飛行安全要求的民用航空器;(二)有必需的依法取得執照的航空人員;(三)符合法律、行政法規規定的其他條件。因此,無人機飛行須滿足航空器安全要求、無人機操作員資質要求以及其他法律法規的要求。在 2016年9月21日中國民用航空局空管行業管理辦公室最新出臺的《民用無人駕駛航空器系統空中交通管理辦法》中規定:無人機飛行必須在機場凈空保護區以外;無人機起飛重量小于或等于 7 千克;無人機必須在晝間飛行;飛行速度不大于120千米/小時;民用無人駕駛航空器符合適航管理相關要求;駕駛員符合相關資質要求;在進行飛行前駕駛員完成對民用無人駕駛航空器系統的檢查;不得對飛行活動以外的其他方面造成影響,包括地面人員、設施、環境安全和社會治安等。

        我國地方政府也頒布了一系列規定約束無人機“黑飛”。

        2016年9月1日,西部戰區空軍參謀部、民航西南地區管理局、民航西南地區空中交通管理局、四川省公安廳共同發布《關于加強全省軍民航機場凈空區域安全保護的通告》(簡稱《通告》),即日起,未經軍民航職能部門批準,無人機、航空模型等影響飛行安全的升空物體,不得在全省軍民航機場凈空保護區域內飛行。如有違反,軍民航職能部門和公安機關將依法予以查處。

        2016年12月8日廣州市法制辦制定了《廣州市民用運輸機場管理辦法》草案征求意見稿,向公眾征求意見。對于無人機的使用,該管理辦法也作出了規定,禁止在機場凈空保護區放飛影響飛行安全的鳥類動物,施放無人機、無人駕駛的自由氣球、系留氣球或者其他升空物體。雖然我國目前出臺了一系列針對無人機的監管政策,在一定程度上約束無人機“濫飛”的情況,但相關技術手段不足,難于無法從根本上去避免這類事件的發生。

        市場發展前景分析

        近年來,無人機發展迅速,尤其是消費級無人機出現只有四五年時間,但發展卻異常迅猛。世界各大機場都在面臨著日益攀升的無人機安全問題,例如:根據美國聯邦航空管理局相關數據顯示,美國平均每天會發生四次無人機與客機危險接近事件。為解決這一問題,由美國 850 個機場及數百個支持航空業的公司和組織組成的美國機場管理者協會與初創公司  AirMap 合作,近日推出了一套名為數字化通知與預警系統((Digital Notice and Awareness System,D-NAS)。

        根據 2016 年數據,國內無人機銷售量約為 39 萬臺,而根據行業分析公司 IDC預測,2019年中國市場消費級無人機預計出貨量將達到300萬臺,呈大幅度上漲趨勢。雖然民航已經出臺了相關規定約束無人機,但是面對如此數量規模的無人機,沒有受過專業訓練的、為了滿足個人興趣的、無常識無飛行法律法規意識的用戶大量存在,其監管難于在短時間內落實到位,無人機對于機場“凈空”管理的威脅還會長期存在。

        對機場而言,反無人機防御系統市場潛力更是巨大。至2020年我國總規劃民用機場數量244個(如圖8所示),已公開的軍用機場134個,機場總數量達到近400個。


      8國內民用機場規劃圖


        我國必須加快反無人機技術的研發和部署,使機場具備低成本的反無人機技術手段,從而大大降低無人機侵擾給機場帶來的損失。如果每個機場按照 2~3臺套(1~2套值班部署,1套應急備用)部署反無人機防御系統,則預計短期市場規模接近1000余套,如果按照每套單價控制在人民幣500萬元左右計算,市場規??梢赃_到50億。

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