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发布: 7:00am 11/05/2023

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空域

【無人機飛安/01】體積雖小衝擊力大 無人機一飛限沖天

报道:本刊 林德成 摄影:本报 林明辉

“我是一隻小小小小鳥,想要飛呀飛,卻飛也飛不高……”

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夢想肯定是越高越好,但無人機可沒小鳥這麼自由,得以飆高數千米。因為穿越高空雲霄,全球民航客機正平穩地依照航線飛行,載著數百條人命,容不得半池差錯。

且不談高空,咱來聊聊1000米以下的事。今年1月份,一名中國男子闖入默迪卡118摩天大樓工地,用無人機窺探這座678.9米高的大樓,結果飛到頂部突然失去訊號,失控撞向大樓玻璃並墜落。所幸沒有任何人員傷亡,可是卻敲響了警鐘:無人機帶來的安全隱憂,以及政府的監管法規是否完善。

報道:本刊 林德成
攝影:本報 林明輝、受訪者提供

究竟無人機可以飛多高?這道問題有兩個面向,第一是問高度限制。根據民航局(CAAM)條例,無人機的飛行高度不可以超過400英尺(122米)。作為無人機界的龍頭,大疆創新(DJI)都會把無人機起飛高度限制在500米,以避免威脅到民航飛機。至於起飛的海拔高度則依據型號而定。怎麼說?假設一款無人機的最高起飛海拔是5000米,那麼玩家可以站在5000米海拔的地方起飛無人機,不過最高只能飛500米。

今年1月份,一名中國B站博主在大馬駕駛無人機時,突然失去訊號,結果無人機失控撞向默迪卡118大樓墜機。所幸無人機墜機後沒有造成任何人員傷亡。(圖:視頻截圖)

第二是問無人機的飛行能力。如果玩家動手破解改裝無人機,那麼無人機是有可能達到數千米的高空。專研無人機的英迪國際大學高級講師洪建隆博士說,從技術層面而言,無人機要飛多高取決於整體設計,尤其螺旋槳的設計和形狀。每一種螺旋槳設計會有高度限制。以DJI Inspire 3為例,普通槳所能達到的海拔高度只有3800米,如果換了高原槳,那麼起飛的海拔高度可突破到7000米。

“我問你,什麼東西會影響無人機的上升力?那就是空氣的密度和溫度。當你飛得越高,溫度越冷,空氣密度越稀薄。”洪建隆笑說,這一切與物理有關,每1000英尺(305米),溫度就會下降2度。當空氣越冷,空氣密度越薄(分子越遠),無人機飛到某個高點,螺旋槳幾乎失去了與空氣分子的接觸,自然無法飛得更高。除非玩家自行改裝螺旋槳設計,那或許可突破高度極限。

洪建隆說,撞鳥事件(bird strike)對飛機師來說也是一個重大威脅。與無人機一樣,都會對機身造成重大沖擊力。

曾在空中與無人機“相會”

無人機大致上分成3大類別──消費、商業和軍事用途。軍用無人機肯定可以飛得更高,以便能執行監察任務。針對商業用途的無人機(有攝像鏡頭),相關公司必須獲得大馬測量與圖測局(JUPEM)和民航局的批准才行。

從市佔率來說,普遍上玩家會購買DJI的無人機,而該公司在系統裡面已設置禁飛區和限高機制。如果玩家想在禁飛區拍攝,必須獲得相關部門在該區域的飛行準證。如果有準證,那麼可以在線向DJI申請解禁,前往禁飛區拍攝。

洪建隆本身除了是無人機玩家,也是擁有私人飛機駕駛執照的飛機師。當問及為何會專研無人機,他回憶道,在2018年,他正好在空中練習,從柔佛飛往梳邦機場途中,控制塔突然通知他……“他們告訴我不要飛去我的右邊,(因為)大概多少米有無人機活動,儘可能不要飛去那個地區。那也是我第一次注意到在馬來西亞的上空竟然有人操作無人機。”他猶記得那些年並沒有太多人留意無人機對的威脅,正因如此,他才關注無人機的科技發展。

民航機如果撞到無人機會多嚴重?美國戴頓大學研究中心在2018年做了一個模擬實驗。他們將重達1公斤的DJI Phantom 2撞向時速383公里的Mooney M20單引擎飛機。結果機翼嚴重損毀,砸出一個大洞。

●空域也有等級?共有多少個?

為了確保航空安全,空域是會分成6種等級(class),分別為A、B、C、D、E和G。根據“平均海平面”(MSL)高度標準,Class A是民航的空域,高度在1萬8000英尺(約5486米)或以上;Class B則是以國內最繁忙的機場為準,空域高度定在1萬英尺以內;Class C和D則依據機場規模而有個別的空域高度。Class E是受管制空域,而Class G則是不受管制空域。

“每個Class都有一個規則要跟,如果你要飛進Class A空域,飛機必須要有特定器材才可以(申請)飛進去。”針對無人機,嚴格上來說,只能在400英尺以下飛行。如果想要在其他空域飛行都需要申請飛行準證。“不過,一些資深玩家已經不太願意使用‘line of sight’(目視)的操作模式,而是用無人機的鏡頭和傳感器來探索。”

他坦言,部分玩家不滿足於無人機現有的能力,會想要“破解”無人機,這是人性使然。畢竟在高空中,那種景觀和視野截然不同,許多玩家在高空俯瞰整個現代城市和自然景物,彷彿重新認識了自己所身在的世界。同時,玩家視無人機為一個具有挑戰的飛行器,想要掌握更高超的技藝,像是規劃航線、拍攝角度、飛控技術等。這些都能為他們帶來莫大的滿足感和成就。

洪建隆稱,空域一共分成6種等級(class),即A、B、C、D、E和G。每個等級都有相應的條規限制,飛機師不能隨心所欲地飛進去。

●無人機在空中撞民航機有多嚴重?

根據民航局條例,機場肯定是無人機的禁區,任何未經批准的無人機不得在機場區域的9.25公里以內飛行。在起飛或降落時,洪建隆會格外小心,“雖然我們被允許降落,可是我們還是要檢查跑道有沒有東西,如果看到旁邊的叢林裡突然有野豬或四腳蛇衝出來,我們是會取消降落。通常我們不會玩命(碾過去),這不關殺不殺生,而是安全問題。”

無人機體積看似很小,但衝擊力不亞於一顆小口徑的炮彈。洪建隆本身駕駛Piper Warrior小型飛機(型號PA28-161),起飛速度最低是65knots,換成時速就是120公里。“這就好像你在高速公路的時速是120公里,撞到東西的話是很嚴重的。”可別忘了,若無人機的電子儀器在碰撞後卡在機身(特別是機翼內部的油箱),有可能引發火災。要是無人機被吸進民航機的左右引擎,後果更加不堪設想。

民航機的飛行速度更高,當飛機師發現無人機時就已經太遲了。倫敦帝國學院機械工程學講師瓦伊迪安納森曾說過,一架重量超過2公斤的無人機若迎面而來,有可能擊穿某些客機型號駕駛艙的玻璃。

這就是洪建隆所駕駛的Piper Warrior PA28-161小型飛機。

一般上,如果在起飛時撞到無人機,飛機師必須馬上找地方降落。然而,飛機師還得胥視跑道剩下多長,是否足夠讓飛機降落。“飛機跑道大約3公里或以上,跑道雖然很長,但是一般的空運客機起飛時,已經用了超過一半的跑道。”

●有沒有無人機的Waze?

當問及有沒有無人機的“Waze”,以便能讓飛機師避開無人機的飛行區域,洪建隆說,對私人飛機師而言,他們有一個系統名為NOTAM(Notice to Airmen),可以得知附近是否有私人飛機和無人機在飛行。

“我們起飛之前都會檢查清單,比如檢查天氣、輸入飛行路徑,然後檢查NOTAM。”他笑稱,NOTAM就相等於Waze,當路上發生交通意外時會顯示出來,駕車人士可提前知道和避開有關路段,NOTAM也有類似的功能。

洪建隆指著NOTAM網頁上的通告,其中一個便顯示有UAV無人機的飛行計劃。根據通告內容,申請者將會在南北大道用無人機檢查交通狀況,並清楚列明瞭任務名稱、日期、為期多久。同時,他們亦會表明緩衝區的距離,比如大道的左右兩旁有100米的緩衝區,意即無人機會在這個距離裡面飛行,其他飛行員不要靠近緩衝區。“你在飛機上是會看到高速大道的,所以自己就預測,不要靠近(緩衝區)。”

通過NOTAM的網頁或應用程式可以得知附近是否有無人機在飛行。界面上都會顯示很詳細的通告,讓飛機師避開有關地區。

至於會不會擔心突然有無人機冒出來?普遍上不會有最後一分鐘的無人機任務,除非是非法改裝的無人機突然急速升空。如果企業按照規則申請無人機飛行準證,飛機師都會知道,如果臨時加插任務,控制塔的無線通訊系統亦會通報飛行員,不必擔心有緊急狀況。

無人機是教導STEM教育的工具

目前,大馬的所有無人機活動必須遵守《1969年民航法令》第4條文(3號法令)、《2016年民航條例》(MCAR 2016)第98、第140到144條文,以及民航指令(CAD)。這些條例和指令是為了確保操作人員可以很負責任地駕駛無人機,不會危害到民眾的生命安全。

近年可以發現市面上的無人機體積越來越小,降低了進入無人機領域的門檻。但不意味著危險係數會變得更高。一些無人機公司會為機身配置防護機制,比如DJI Tello的螺旋槳就有專屬的保護罩。發生意外時,可以避免人體受到螺旋槳的傷害。

2023年3月,英迪國際大學的工程和工料測量學院舉辦了2023年FEQS創新周。洪建隆(左)與Drone Academy Asia在其中一個環節探討無人機市場的就業前景和發展潛能。

身為一名教育工作者和無人機愛好者,洪建隆非常希望學生可以更早地接觸到無人機技術,開拓更多設計和應用。“現在小孩子的想像力很豐富,過去的設計可能來到一個瓶頸,小孩子所設計的形狀或許是我們從來沒有想像過的形狀。”他舉例,以往螺旋槳都會發出嘈雜的聲音,近期便有研究團隊成功設計出無聲的環形螺旋槳。

“對一個教育工作者來說,無人機是一個很好的教學工具,它是一個傳遞科學知識和技術的教材。”

延伸閱讀:
【無人機飛安/02】釋放應用潛力 無人機改變商業規則
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