瞄準(zhǔn)未來：北航物流無人機(jī)

受訪人：張朔

采訪人：吳佩新

背景手記

5月31日，2018全球智慧物流峰會(huì)在杭州舉行。阿里巴巴旗下菜鳥網(wǎng)絡(luò)科技有限公司推出“駝峰計(jì)劃”，吸引眾多公司加入。想定中，一個(gè)包裹投遞后，將由人工智能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀以及投遞路線的規(guī)劃，接下來就是無人機(jī)和無人車輛的接力，24小時(shí)內(nèi)全國送達(dá)。

北京航空航天大學(xué)背景的長鷹信質(zhì)公司也加入了“駝峰計(jì)劃”。2016年，北航將其無人駕駛飛行器設(shè)計(jì)研究所改制重組為獨(dú)立的法人企業(yè)，也就是北京北航天宇長鷹無人機(jī)科技有限公司，目前由上市企業(yè)長鷹信質(zhì)控股。這次北航重點(diǎn)推出了一種新概念物流無人機(jī)。

設(shè)想了一下北航物流無人機(jī)的運(yùn)用場(chǎng)景，又跟在現(xiàn)場(chǎng)的總設(shè)計(jì)師張朔聊了幾句。回到北京后不久，我們又見了面，還是聊這種理念新潮的物流無人機(jī)。

記：北航物流無人機(jī)針對(duì)的市場(chǎng)需求是什么？

張：國內(nèi)這些年的物流市場(chǎng)發(fā)展很快。在研發(fā)物流無人機(jī)之前，我們也認(rèn)真分析了有關(guān)數(shù)據(jù)。比如中西部地區(qū)，幅員遼闊，高原、山區(qū)不少，交通不便，而有貨物快運(yùn)需求的地點(diǎn)往往又很分散。這些地方通常還面臨一個(gè)實(shí)際問題，如果單次運(yùn)量不多，派人派車的成本肯定就很高。如果派有人機(jī)去，就為了送一次快遞，成本就更高了。

我們的設(shè)想是，依托現(xiàn)有通航機(jī)場(chǎng)等基本條件，建立一個(gè)由無人機(jī)參與的支線航空物流網(wǎng)絡(luò)。無人機(jī)的航程可能在1000千米或者2000千米以內(nèi)，能與干線航空的物流系統(tǒng)結(jié)合起來。

記：北航物流無人機(jī)的構(gòu)型看著很新奇。為什么要這么設(shè)計(jì)呢？

張：市場(chǎng)的需求會(huì)反映到飛機(jī)的具體設(shè)計(jì)上來。比如，把貨運(yùn)到哪里去，運(yùn)多遠(yuǎn)，裝卸貨的速度，轉(zhuǎn)運(yùn)的效率……這些因素我們必須全面考慮到，才能提升飛機(jī)在全生命周期內(nèi)的競(jìng)爭力。舉個(gè)例子，要提升轉(zhuǎn)運(yùn)的效率，這個(gè)時(shí)候你是花錢雇工人一件一件把貨物從飛機(jī)上搬下來再搬到車上呢？還是整裝整運(yùn)、自動(dòng)化卸貨，然后對(duì)接到無人運(yùn)輸車輛上？

有人大型運(yùn)輸機(jī)，美國洛克希德C-5飛機(jī)的運(yùn)輸方式目前來看效率最高，前后艙門都打開，前后貫通，進(jìn)出貨都非常迅速。我們?cè)O(shè)計(jì)的無人機(jī)貨艙也采用了類似的思路，貨物本身事先裝入標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，實(shí)現(xiàn)整體裝卸。將來，無人智能叉車可以把貨物直接送上飛機(jī)貨艙，卸貨時(shí)這些集裝箱又可以直接搭上叉車被運(yùn)走，大大減少中間的人工環(huán)節(jié)。

記：它可以載貨1噸左右？

張：對(duì)。如果用200千克的貨運(yùn)集裝箱裝載貨物，貨艙最多可以容納6個(gè)集裝箱，也就是總重量112噸的貨物。

記：北航物流無人機(jī)的噸位是多少？在設(shè)計(jì)思路上和輕型有人運(yùn)輸機(jī)有哪些不同？

張：在通用航空飛行器中，“物流無人機(jī)”屬于3噸級(jí)別的固定翼飛機(jī)。設(shè)計(jì)上我們采用了貨艙前后貫穿的形式，機(jī)身整個(gè)是空的，不用像有人機(jī)那樣必須給飛行員駕駛艙留出空間，這樣就增大了貨艙的有效空間。另外我們把無人機(jī)的機(jī)翼也設(shè)計(jì)得很大，以便能容納更多油料保證航程。整架飛機(jī)的尺寸比3噸級(jí)的有人飛機(jī)要大不少。

記：很多同級(jí)別的有人亞聲速小飛機(jī)的機(jī)翼都是平直的。而北航物流無人機(jī)的機(jī)冀有一定的后掠角度。為了實(shí)現(xiàn)較高的飛行速度？

張：我們把機(jī)翼設(shè)計(jì)成后掠的外形，主要考慮的還不是實(shí)現(xiàn)較高巡航速度要求，而是利用整個(gè)機(jī)翼的設(shè)計(jì)，提供全機(jī)的各種穩(wěn)定性，包括航向、橫向、俯仰的穩(wěn)定性。主要是從氣動(dòng)布局考慮的。此外還要考慮載貨后，全機(jī)重量配平的要求。

我們的飛機(jī)處于常規(guī)式布局和全飛翼式布局中間的過渡樣式，是基于未來無人智能物流場(chǎng)景設(shè)計(jì)的。采用這種非常規(guī)的氣動(dòng)布局，主要是為了彌補(bǔ)寬大機(jī)身所造成的飛行阻力的增加，盡全力提升全機(jī)的氣動(dòng)效率。其實(shí)飛機(jī)設(shè)計(jì)之中，每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)參數(shù)都是相互影響的。最后綜合出來，整機(jī)的氣動(dòng)布局就是我們現(xiàn)在看到的這種效果。

記：它的核心飛行控制算法是咱們自己開發(fā)的嗎？

張：控制算法是我們自己開發(fā)的。北航在之前研發(fā)的高空、長航時(shí)無人機(jī)型號(hào)的算法基礎(chǔ)上，進(jìn)行擴(kuò)充，研發(fā)了物流無人機(jī)的核心控制算法，技術(shù)起點(diǎn)是比較高的?？刂频牧Χ?、精度，包括可靠l生，都非常好。舉個(gè)簡單的例子，從目前的控制效果來看，在側(cè)風(fēng)比較強(qiáng)甚至超過設(shè)計(jì)要求的情況下，飛機(jī)還是能穩(wěn)定地完成起降，表現(xiàn)相當(dāng)可靠。

記：如果航線上突然出現(xiàn)了一些野生鳥類，或者說突然出現(xiàn)另一家公司的無人機(jī)，怎么辦？

張：除了獨(dú)創(chuàng)的氣動(dòng)布局，我們的飛機(jī)將引入智能控制的模式。這就是我們下一步要研究的方向?，F(xiàn)在的無人機(jī)，采用的是自主控制，相當(dāng)于按照預(yù)先編程的航線完成起降。將來，我們希望物流無人機(jī)能夠具備初步的智能，首先要能自主觀察周圍的環(huán)境，能看清，能識(shí)別，能檢測(cè)危險(xiǎn)程度。然后，飛機(jī)能自主做出相應(yīng)的決策，比如規(guī)避危險(xiǎn)，規(guī)劃航線、航跡。這是一個(gè)很大的課題，但肯定是要做的。

將來，空管系統(tǒng)還可以借助智能技術(shù)，對(duì)無人機(jī)加強(qiáng)監(jiān)控和管理。其他飛機(jī)可能像小汽車，而物流無人機(jī)可能更像火車，按時(shí)發(fā)車，有自己專享的軌跡，空管系統(tǒng)始終可以把其位置通報(bào)所有飛機(jī)。如果建立聯(lián)合共享的空管系統(tǒng)，大家就能明確知道，某片空域?qū)?yīng)航線的某個(gè)時(shí)段上有沒有別家的無人機(jī)，有的話，什么時(shí)候過去，什么時(shí)候回來。無人機(jī)之間可以協(xié)同通信，共享信息，提前規(guī)避。趨勢(shì)上，無人機(jī)系統(tǒng)將由封閉式向開放式發(fā)展。無人機(jī)空管和有人機(jī)空管，最終會(huì)融合成一個(gè)整體。

記：飛機(jī)與地面的數(shù)據(jù)傳輸，目前打算怎么解決？

張：第一階段，我們打算還是采用比較成熟的手段，也就是采用衛(wèi)星通訊數(shù)據(jù)鏈（簡稱衛(wèi)通）。相關(guān)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。我們先實(shí)現(xiàn)基本的功能，然后再根據(jù)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行迭代。

記：像西部有些地方，可能上千里都沒有人煙。

張：這就是為什么我們提出來用衛(wèi)通數(shù)據(jù)鏈的原因。使用衛(wèi)通數(shù)據(jù)鏈，就可以避免大量建設(shè)地面站。我們已經(jīng)能坐在北京，控制海南的無人機(jī)起飛，技術(shù)上完全可以做到。把這些技術(shù)根據(jù)用戶的需要做一些檢測(cè)，功能上更加具體化，我們就可以對(duì)無人機(jī)實(shí)施遠(yuǎn)程操控。

記：不可能一個(gè)人都不需要吧？比如維修，還是得來一個(gè)人拆開飛機(jī)瞅瞅吧？

張：當(dāng)然。另外飛機(jī)降落后，你總得指揮它停到哪兒，得把貨艙門打開吧。我們用物流無人機(jī)進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)輸。維修維護(hù)基地肯定還是會(huì)需要，而且也得有一些必要的設(shè)備和設(shè)施。不過，我們希望通過無人技術(shù)，盡量簡化設(shè)備，縮減需要設(shè)施的數(shù)量，減少人的工作量，人員最好只承擔(dān)必要的檢測(cè)和檢修。

記：飛機(jī)現(xiàn)在用的是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。能飛多高呢？

張：至少能夠飛到海拔7000米以上吧。既然針對(duì)中西部，我們就要事先考慮一些特殊的地理或氣候環(huán)境，比如高原地區(qū)、缺氧環(huán)境。物流無人飛機(jī)需要300～400馬力（224-298千瓦）量級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)。備選的發(fā)動(dòng)機(jī)在市場(chǎng)上有好幾種，各自的性能也都差不太多。

記：無非是針對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，把發(fā)動(dòng)機(jī)艙設(shè)計(jì)的粗點(diǎn)兒還是細(xì)點(diǎn)兒，長點(diǎn)兒還是短點(diǎn)兒？

張：是的。實(shí)際這些發(fā)動(dòng)機(jī)品牌的尺寸也都差不多。

記：物流無人機(jī)對(duì)起降條件有什么特別要求嗎？

張：我們特別的一個(gè)概念，就是讓飛機(jī)盡量適應(yīng)中西部地區(qū)的復(fù)雜環(huán)境，減少對(duì)機(jī)場(chǎng)的依賴，最好可以在路面甚至草地起降。因?yàn)樗坏嵌ㄆ跓o人貨運(yùn)航班，還可能要從事一些應(yīng)急救援、應(yīng)急空投的任務(wù)。我們特地考慮了起降條件的要求。

記：這種噸位的飛機(jī)起飛。一般需要多長的跑道？

男：一般來說，需要四五百米。我們希望把飛機(jī)的起飛滑跑距離減到300米，甚至200米左右。

記：假如我是物流公司，肯定要保證無人機(jī)的出勤率。同時(shí)還要降低運(yùn)營成本。這對(duì)物流無人機(jī)內(nèi)外場(chǎng)檢測(cè)有哪些要求？

張：物流無人機(jī)各系統(tǒng)在保證可靠性的前提下，要盡量實(shí)用化，采用成熟技術(shù)，把維護(hù)成本降下來。外場(chǎng)檢測(cè)的話，可能就僅僅需要一部檢測(cè)車。而內(nèi)場(chǎng)操作室里也可能只需要一個(gè)監(jiān)控員，哪出問題，在哪調(diào)一下而已。

記：無人機(jī)有可能成為大數(shù)據(jù)的終端。怎樣看待物流無人機(jī)的數(shù)據(jù)價(jià)值？

男：首先，針對(duì)飛機(jī)自身，過去有哪些數(shù)據(jù)記錄，現(xiàn)在是什么狀態(tài)，什么時(shí)候什么部件需要更換，什么時(shí)間需要檢修，這些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，將整合進(jìn)一個(gè)統(tǒng)一的無人機(jī)管理系統(tǒng)。根據(jù)大數(shù)據(jù)分析，我們可以根據(jù)市場(chǎng)需求，調(diào)整航線或者班次，此外還可以收集眾多的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。當(dāng)然，在整個(gè)智慧物流系統(tǒng)中，我們目前在做的還是相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)工作，首先還是要把產(chǎn)品做好。

記：您對(duì)北航物流無人機(jī)的信心來自哪里？

北航“物流無人機(jī)”3大技術(shù)創(chuàng)新：氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)新穎，降阻省油，提升貨載能力;掌握核心飛行控制技術(shù)，向智能控制方向發(fā)展;針對(duì)未來智能物流網(wǎng)絡(luò)，留有充分的升級(jí)空間。

張：我們還是要專注于產(chǎn)品。采用什么技術(shù)，準(zhǔn)備用什么系統(tǒng)以及什么配置，大概從一年前開始，各種方案就逐漸開始收斂，到現(xiàn)在已經(jīng)成型。我們完全是針對(duì)物流行業(yè)的需求來設(shè)計(jì)這架飛機(jī)的。有人機(jī)以載人為考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，我們以未來智能物流為考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)。既然需要一個(gè)新的平臺(tái)，肯定就要干出一個(gè)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)階梯式跨越的東西。對(duì)我們來說，就是讓飛機(jī)的系統(tǒng)效率、裝卸效率、運(yùn)輸效率，都有一定的提高。我們希望這架飛機(jī)有比較旺盛的生命力，預(yù)留了充分的改進(jìn)升級(jí)空間，不只是單純應(yīng)對(duì)未來十幾年里的需求場(chǎng)景。

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