Vincent 新发现杂志 3月12日

全球化如火如荼，航空运力每年增长5%：到2030年，航班数量将会是现在的两倍！为此，需要在接下来的10年中，于全球范围内培养出50万名飞行员——尤其在亚洲。这是一项艰巨的任务，人们担心飞行员的素质会因此下降，事故会因此增多。除非，我们不再使用飞行员……但真的可以吗？

---

无人机革命（见《新发现》2014年8月刊）方兴未艾，飞行员是否将成为多余的人？驾驶舱内已再无这些拥有崇高威望的专业技师的一席之地了？为了安全起见，是不是该换乘全自动飞机了？

坐上无人机……换言之，这意味着把自己与亲人的性命托付给一个可能是由地球另一头某个技师设置的、类似于当前军用无人机使用的软件，如此前景难免令人不寒而栗。

然而，倘若凑近观察，民航飞机所能展现的自动化程度一定会让你大吃一惊。2015年初在美国杜克大学进行的一系列访谈中，那些驾驶最新型号的波音与空中客车的飞行员宣称他们每次飞行至多只需要操控7分钟。

整个飞行途中，飞行员只需亲自操刀7分钟

各种程序协作大幅提高了新型飞机在飞行包线内的安全性，通过规避太冒险的操作，保障着更高的稳定性和精确性。

正如空中客车试飞员让-米歇尔·罗伊（Jean-Michel Roy）所解释的，“对于飞行技师而言，手动保持精准的飞行高度数小时是一件令人筋疲力尽的事情，甚至难以操作：在交通密集区，飞机之间仅垂直错离1000英尺（300米），自动飞行的确势在必行。”

同样，杜克大学人类与自动化实验室（HAL）研究员亚历山大·斯廷普森（Alexander Stimpson）也指出：“要在低能见度下令飞机着陆，手动飞行是不可靠的。”

自动起降已成了无数民用、军用无人机的家常便饭，有些无人机的翼展已与民航相当。而且近两年，美国军方已毫不犹豫地将这些无人机降到了航空母舰的甲板上。

“这是人类最难以完成的任务之一，但对于装备了高性能探测器的计算机来说，那只是小菜一碟！”韩国科学技术院航空航天工程领域的机器人专家沈弦铁（David Hyunchul Shim）也发声力挺。

向全自动迈进

“人类根本无法应付100毫秒之内发生的事情，”这位机器人专家补充道，“但程序可以高频次地获取、修正这些信号。另外，探测器还能感知飞机的微小高度变化，这样的能力也是飞行员力所不及的。说真的，要飞行员根据飞行速度、高度，机身重量以及风况等求解必要的微分方程，从而计算出飞机的着陆点，实在强人所难。”

美国佛罗里达理工学院的航空工程教授斯蒂芬·莱斯（Stephen Rice）也认为：“计算机处理信息的速度比人快出了不少，它们能同时进行数百项任务，而一个人只能兼顾两到三项。何况软件不会有与警惕性、记忆力和疲劳度等相关的问题，压根儿不存在恐慌或是紧张一说。”另外，它们也不会违规，或者，自杀……

然而，一切都没有改变：飞机仍然由飞行员掌控。难道以墨守成规闻名的航空管理部门真的忽视了人与机器的显著差异吗？

无论如何，在实验室中，一些研究员正以实现全自动飞行这一目标而努力着。

2014年9月，芝加哥召开了一次机器人技术大会。会议期间，沈弦铁介绍了首个机器人飞行员“Pibot”。尽管看上去仍有一些笨拙，这台装有机械臂与图像分析系统的机器人还是在模拟器中完成了数个繁复的飞行操作。“无论哪种飞机，它都能操控，我们无需对驾驶舱进行任何改动。”这位机器人专家对这台实验产品非常满意。

pibot

在更现实的层面，我们看到9·11恐怖袭击之后，全球最大飞机制造商波音公司就开始进行“不可中断自动飞行系统”的研发。

一旦飞机被劫持或者被不怀好意的飞行员掌控，软件就会夺取飞机控制权——可在飞机上触发，也可以远程触发——自动驾驶飞机在最近的机场着落。德国之翼的坠机事件发生之后，这一设想又重新回到了聚光灯下。“2006年，我们就已获得了这项设计的专利。”波音的一位发言人确认。

另一项与机组人员相关的计划也引发了讨论：美国国家航空航天局（NASA）与美国航空电子设备巨擘罗克韦尔·柯林斯公司正在考虑改变当前货机的双飞行员配置，只在驾驶舱中安排一名飞行员。

要知道，在信息与通讯技术取得大规模进步之前，最多时曾有五名机组人员在驾驶舱内同时操作。这项建议旨在削减沉重的薪金负担，预防未来的飞行员短缺。

一名飞行员？这似乎预示着离全自动驾驶只有一步之遥了。当然在飞行操作最繁重、最棘手的阶段（天气不佳、航班密集、机械故障、着陆等），一旁名副其实的电子副驾驶会辅助机长。但假如这位仅有的人类飞行员身体不适或者做出了不恰当的操作，那该怎么办？

“我们正在研究远程夺取飞机控制权，或是让机载的自动飞行系统来接替的可能性。”罗克韦尔·柯林斯公司认知领域的研究人员迈克尔·马特萨（Mickael Matessa）提出了他的设想。挑明了说：这项仍停留于理论阶段的计划的支持者认为，下一代飞机的机载计算机必须要具有全局掌控权。

2013年以来，英国航空航天系统公司（BAE Systems）一直在爱尔兰海上空测试一款能够自动飞行的小型客机（19座），它暂由两名飞行员负责起降。

测试的目标是：说服欧洲航空管理部门向无人机开放民用航空领域。这要求他们设计的软件能像有人驾驶的传统飞机一样，对其他飞机以及地面民众提供安全保障；懂得回避撞机与天气恶劣区域；飞机受损时，能在备用机场迫降；面临无从挽回的坠机险情时，规避居民区，等等。

那么，无人驾驶的民航飞机马上就要问世了吗？“我们正在为能够植入我们飞机的设计和技术忙碌，并不意味着它们将在近未来投入实用。”波音的一位代表立刻更正。

相对于设计已经相当复杂的无人机，国际航空运输业的要求实际上更高。我们所谈论的这一类飞行器将搭载着百余名男女老少，以900千米/时的速度在10000米高空飞行……这意味着，对飞机的任何细微改动，或是提升哪怕一丁点儿自动化控制能力，都绝不能以拖累飞机的安全水平为代价，需知2014年，平均440万次飞行才发生一起事故。

意外情况？

“全自动着陆并没有技术难度，但是要保证这个系统重复使用十亿次不发生一起故障却极其困难。”美国爱荷华大学人因工程学研究员托马斯·施奈尔（Thomas Schnell）强调。

突飞猛进的人工智能，获得新学习能力的机械，受昆虫启发、为小型自动飞行器研发的光流传感器：所有这些技术突破都必须通过风险分析的考验。

事实上，对无人机进行的粗略统计触目惊心：自2001年以来，美国军方已记录了超过400起由于技术原因导致的军用无人机坠毁事件。根据不同的评估报告，这些无人驾驶（也没有乘客）的飞机的事故率比商用飞机高350到5000倍！

军用无人机（图为美国海军的X-47B）已具备全自动起飞、着陆，甚至在甲板上降落的能力。

而每天往返于世界各地的大约10万个商业航班并非总是在蔚蓝的天空中飞行。暴风雨肆虐，空域拥堵，传感器冻结，计算机失灵，飞行途中引擎熄火，自动降落信号偶发偏差，防碰撞系统的错误警报，可持续数小时的无线电通信紊乱……各种困难层出不穷。

“计算机手足无措的危急情况并不罕见。”法国民航管理局（DGAC）安全事务负责人乔治·维特林（Georges Welterlin）指出。

认知偏差

“飞行员数度化险为夷，但航空界却极少提及这些情况，而且不幸的是，关于这方面，我们也没有进行过任何统计研究。”法国国立高等航空航天学院（ISAE）的神经人因学家弗雷德里克·德艾（Frédéric Dehais）不无遗憾地指出，“要知道，在里约飞巴黎的那个航班因测速管冻结而坠毁之前，几十起类似的意外并没有酿成惨祸：只有人才能在瞬息万变的长空中理性地思考。”

面对飞机设计者无法预估的状况，有血有肉的飞行员才能够经受住积极性、适应性、创造性的考验，总之，只有他们才能够随机应变。

“在2009年1月15日的全美航空1549号航班迫降事件中，引擎故障的飞机成功迫降在了哈德逊河上。这完全是机长切斯利·萨伦博格的一项创举。如果是计算机，它会尝试在就近的机场降落，飞机很有可能因此坠毁。”航空人类因素顾问丹尼·雅沃（Denis Javaux）指出。

这架A320的两台引擎在飞机起飞1分30秒后双双熄火：它们吸入了一队大雁。机长切斯利·萨伦伯格（Ch

从根本上杜绝飞行员与他们悲剧性失误的航空运输方案？想得美……“当情况恶化、自动飞行无能为力的时候，机载计算机会让位于飞行员。”丹尼·雅沃继续说，“但问题在于，在现代化的驾驶舱内，飞机员在激活自动飞行后就脱离了控制链。

危急时刻，他们对情势的把握是有缺陷的。”从原本单一的辅助监管角色，猛然跳转到需要快速反应、纠正认知偏差的危局场面，会引发研究人员所说的“悬崖效应”。“这就好像一辆以130千米/时的速度行进的自动汽车，突然将汽车控制权在结冰的高速公路上交还到你的手上。”

弗雷德里克·德艾打了一个比方，“在飞机受损时，驾驶舱会一下子变得非常‘啰嗦’：不停发出大量警报，甚至包括一些并非紧急的信息……某种程度上，为人脑营造了犯错的环境。”“当前的驾驶舱会让简单的操作更简单，复杂的操作更复杂。”托马斯·施奈尔概括道。

统计层面上的“70%人为事故”由此不再有什么价值可言。“很明显，在坠机事件中，被指出的那些人为过失并不能证明自动飞行更好：当前我们更需要做的，是重新设计现有的人机交互界面。”柏林工业大学的飞行控制专家克里斯蒂安·伯特（Christian Berth）强调。

重新以飞行员为中心

空中客车A320是首个搭载信息控制系统的机型，自它面世以来已过三十余载，现在，是反思的时候了。不仅要调和人与机器在驾驶舱里的关系，同时还得消除“把飞行员放在一边，认为只有自动飞行最好的偏见”，帕特里克·马吉森指出。

A320

“我们确信，必须重起炉灶，将机组人员重置于整个系统的中心。”泰雷兹航空电子公司（Thales Avionics）的创新负责人丹尼·伯奈（Denis Bonnet）评论道。让-米歇尔·罗伊也证实：“空中客车公司也提倡回归本原：很明确，我们并不想取代人在驾驶舱中的位置。”“真正的新范式最终将创建出人与机器的一种新协作，”参与了某个欧洲相关项目的丹尼·雅沃也表示，“双方都需要了解对方的意图。计算机将根据机组人员的工作任务调整其作用范围：这就是自适应自动飞行。”

在民航飞机内部完成所有这些改变需要整整30年，因此至少在近未来，我们仍然需要人类飞行员。“长远来看，航空运输业的全自动化似乎大势所趋，但正如今天已经十分普遍的自动地铁一样，人的监督将永远是必要一环。”行业风险分析专家雷内·阿玛尔贝尔迪（René Amalberti）预测，“航空领域会有全新的职业与技能应运而生。”

人与软件相互理解的难题并不局限于航空运输领域。它贯穿着，或说即将贯穿整个社会。

该如何与人工智能共存，这是个绕不开的问题。

撰文 Vincent Nouyrigat

编译 苏迪