张仲麟：中国无人运输机，广阔天地大有可为
【文/观察者网专栏作者 张仲麟】
10月19日，一则新闻悄悄出现：TP500无人运输机开始量产总装。
对于TP500无人机这个名字大家可能比较陌生，但它的来头可一点都不小。这架2021年珠海航展上首次露面的无人运输机是由航空工业一飞院（研发运20的单位）研发的，并于2022年6月成功首飞。
而现在，这架无人运输机已经获得了216架订单并启动量产，其中中通快递是启动用户，下了30架订单。不得不说，TP500无人运输机的进展之快让人颇为意外。
厂房内展示的TP-500无人机
TP500无人机签约仪式
无人货运
对于时效性要求较高的货物运输来说，空运是最为合适的选择。但现在使用喷气客机改装而来的运输机，存在着运输成本较高的问题。一方面是货机不论大小，都需要至少两名飞行员执行飞行，人员固定成本摆在那儿。另一方面是就算较小的波音737改装而来的货机，那也是运个十几二十吨才算经济，对大城市之间的干线运输可以有这个货运量，但对流量较小、距离较近的支线航空运输来说就不经济了。
而且现有以干线货机为主的航空货运对机场设施的要求较高，而许多小型机场可能不具备处理干线货运飞机的基础设施，如滑行道、停机坪、起降跑道长度以及货物装卸设备。这意味着即使有需求，干线货机也无法在这些机场起降，导致货物必须先被运到大型机场再进行转运，增加了时间和成本。
而（固定翼）无人运输机可以很大程度上解决上述诸多痛点。目前国内出现的无人运输机方案多为使用活塞发动机，对起降条件要求较低且货物装载容量并不大，适合支线航空货运的低流量物资运输。而使用地面站对无人机进行控制，具备了一个地面站及机组可以同时管控多架无人机的可能，只需要在关键阶段或者遇到告警时进行接管，其他时间只要处于一个监视的状态就可以。而且地面控制站操作员的培训难度与要求低于飞行员，人员成本也更低。
这些因素综合起来，使得无人机货运的成本较喷气货机大幅下降，并且在应用上充满了想象空间。而根据TP500的制造商壹通所言，TP500无人机系统的货运成本只有常规空运的一半左右。
也因此，几个快递巨头对无人运输机充满了兴趣，除了签约成为TP500启动用户的中通快递外，顺丰这个物流运输巨头也早就加入了无人运输机这个赛道。而顺丰拿出来的无人运输机产品，是基于堪称爷爷辈的运五运输机改装而来的无人运输机，也即FH98。
虽说运五是个有着七十多年历史的老飞机了，把这么个爷爷辈的飞机和最先进最时髦的无人飞行结合在一块，多少让人觉得有些错乱。但运五结构简单、起降要求低、操控简单、成本低廉等特点，使其成为了无人运输机试水的最佳平台。2020年首架量产型FH98就已经交付顺丰，并投入商业使用场景执行货运飞行。而除了FH98之外，HY100无人运输机也是基于运五平台研发而来，也算是国内无人运输机研发上的不约而同。
顺丰货运的无人运输机FH98，一眼可见的基于运五平台。
别具匠心
虽然运五平台有着成熟可靠、起降条件要求低等优势，但毕竟这是个七十多年前的老平台了。抛开无人飞行控制部分不说，作为一架飞机其本质依然是运五B，是个使用钢索操控、使用活塞发动机最大飞行速度160公里每小时的陈旧平台。而且受限于运五货舱的构型，基于运五发展而来的无人运输机，只能选择使用散货舱形式进行装货运输，货物的装卸都需要人工，无法用目前普遍使用的、效率较高的集装箱器（ULD）进行运输与装卸，无法和其他自动化装卸设备很好的进行配合。如果用汽车来类比的话，仿佛就是一辆普桑装上了华为的智能驾驶ADS系统，老旧的平台多少有些浪费了这套无人飞行系统。
这时代的气息啊就扑面而来了
也因此，全新正向研发的TP500无疑代表着未来发展的方向。相比基于原有机型改装需要受到有人机的桎梏，TP500显然不需要考虑载人这个因素，因此环境控制设备可以节约下来，也不需要考虑驾驶舱等，摒弃了对载人设施的依赖，这不仅减轻了飞机的重量，也为货物装载提供了更为宽敞的空间。而且如果仔细看TP500的设计细节，会发现很多在传统飞机上看不到的有趣设计。
最为典型的特征莫过于TP500那方型横截面的机身设计。飞机在机身上通常采用圆形或者椭圆形横截面的设计而不使用方型，一方面是因为圆形截面的机身在飞行时所产生的阻力更小，而且可以更均匀的分摊机身内外的压力差以提供更好的结构强度。而方型截面机身则容易在边角处产生边界层分离增加阻力，而且在面对内外压力差时也存在压力分布不均匀，部分位置应力集中的问题。
那么这飞机用方型截面机身是属于一飞院马失前蹄砸了招牌么？并不。TP500的方型截面机身在边角上采用了圆弧处理避免直角，减少了结构应力的产生，而且在飞行中产生的涡流和分离流也较小，降低了阻力。加上TP500无人运输机的飞行高度低于3600米，内外压力差不大，使得压力分布不均匀的问题并不严重。
而方型的机身截面非常便于使用集装箱器进行货物装载，不说集装箱器可以和内壁严丝合缝，留下的空隙也很小，提高货运时的空间利用率。相较于顺丰FH98仅有160公里每小时的最大飞行速度，TP500最大飞行速度达到了260公里每小时，效率与经济性大幅提升。
而且作为一个彻头彻尾的无人机，在设计上也自然可以大开脑洞，比如机身就可以整体打开以方便装卸，并且与专用装卸设备相配合——你看，这就是原生设计的好处，不受原始平台限制。
这种装卸方式搁有人机上属于超乎想象
谨慎摸索，大胆应用
目前无人运输机在我国乃至世界范围内尚属于新鲜事物，在国外无人运输机方案基本还是PPT状态的情况下，我国不仅仅完成了首飞还进入了试飞阶段，走在了使用的前列。虽说相比情况复杂、应用落地难度较高的汽车自动驾驶，飞机由于在飞行中情况较为简单，也有较为成熟的自动飞行甚至自动起降，但目前民用飞机依然需要飞行员在驾驶舱内进行监督以随时准备接管。而对于民用无人机来说，由于飞机上并没有机组人员而是由地面站控制人员进行远程操作，因此在监管与适航要求上显然也是有较大的不同。
如果翻阅民航局对于TP500无人机的专用适航审定要求意见征询稿，会发现我国目前在无人运输机的适航审定与应用上态度属于比较谨慎的，这在民航局对TP500无人运输机的专用适航条件中可见一斑。除了一些常规的针对飞行器的适航要求外，那些针对无人运输机的特别条件，仔细一看也是颇有深意：
1.只能在隔离空域飞行，且隔离空域与其他用户空域相距至少10公里，无人机在隔离空域内距离边界至少5公里。
2. 只能在3600米高度以下飞行。
3. 飞行过程中所有子系统均要全程可控。
4. 无人机需具备自动完成预定飞行任务的能力。
5. 具备应急回收能力（指立即中断正常飞行且安全可控的返场、备降或者迫降）且在不依赖数据链路的情况下自动进行应急回收。
6. 无人机在运行的任何阶段（地面、飞行）均能进行人工干预并进行直接操控。
7. 地面站要能有效操控无人机，至少两人执飞且做好内保安全。
8. 地面站也需要具备数据记录和语音记录的能力（类同飞机的黑匣子FDR和CVR）。
9. 多数据链路且不会单链路失效引发灾难性失效状态。
10. 无人机在完全丧失数据链时能按预设措施安全飞行和着陆。
11. 无人机设备、系统和网络应当采取措施，防止未授权网络交互带来灾难性后果，且这些措施被认定为可靠的。
12. 为被劫持状态制定程序和措施，以确保安全防护措施有效。
从上述要求中可以看出，在现阶段民航局对于无人运输机的应用处于一个非常谨慎的态度，对于公众广泛担心的无人机控制系统被黑从而进行“911式”袭击也有充分考虑，在适航条件的制定上就对链路安全、反劫持、应急回收等做出了详尽的要求与规定。而对于无人运输机的使用，是严格限定在隔离空域内使用。
通俗点来说，隔离空域就是专门划出一块空域供无人机飞行用，与正常飞机使用的空域是互不相干，而且保持极大的距离。这也使得隔离空域不可能设置在航线密集的地区，例如东部沿海地区是没有空域设置隔离空域供无人运输机使用的。也因此，我国的西北地区充分具备设置隔离空域供无人运输机使用的条件。而地广人稀且货运流量较小，运输不便又分布分散的西部以及三沙市等地区，无疑是最为适合TP500及FH98之类无人运输机大展身手了。
广阔天地，大有可为
对以活塞发动机为动力的无人运输机而言，对起降跑道的要求很低，基本只需要一段平坦的空地，理论上就具备了起降条件。如果以公路标准修建一段几百米跑道的话，也足够供活塞无人运输机起降了。对于普及来说，真正的关键在于简易无人机起降场是否需要配置引导其自动起降的设备与本地无人机控制站。如果ILS设备部署难度较低、维护需求不高且无需本地设置无人机控制站可以千里之外完全远程控制，那么无人运输系统无疑具备极大的想象空间。
例如对如海岛、油田等孤岛型区域进行运输，无疑是非常适合无人运输机使用的，可以以较低成本进行高时效性的运输。也可以将原本可能一周甚至半月一次的运输补给，提升到每天一次甚至每天多次。我们不妨想象一下，在距离城市千里之外油田工作的石油工人们，如果只用三四天就能收到自己在电商上买的物品快递，那将何等振奋人心。我们又不妨想象一下，在南海“大自然的鬼斧神工”上，来自祖国的无人运输机每天都能给岛礁上的战士送去来自祖国的新鲜果蔬、快递包裹，那又将是多美妙的画面。
无人运输机系统未来的应用前景和发展潜力，无疑是旺盛的。除了上述的孤岛型区域，还有许多其他的领域与场景急需这样的创新技术介入。在遭遇自然灾害如地震、洪水、火灾等时，道路往往遭到毁坏，传统的交通工具可能无法快速抵达受灾地区。而无人运输机可以迅速空投急需的救援物资，如食物、水、药品和急救设备，为灾民和救援队伍提供及时的支持。
再者，农村地区也可大大受益于此。例如一些交通困难的边远地区（如墨脱等），由于交通不便、物流成本高昂，导致很多生活必需品的价格居高不下。而无人运输机无视地形限制与较低的运输成本，可以有效缓解这一问题，为农村地区带来更加便捷的物流服务，同时也为农产品进入城市市场提供了更为迅速的通道。
但无人运输系统的未来发展也面临诸多挑战，飞行安全、恶劣天气条件、与现有的航空管理体系协同工作等问题都需要解决。而且技术研发、法规制定和基础设施建设，也都需要得到相应的加强和完善。但不管前面有多少困难，我们已经踏出了第一步，并且准备坚持下去；TP500只是系列无人运输机中的第一款，载货量从2吨（TP2000）到10吨的后续型号也在研发中。
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