瞄准未来：北航物流无人机

受访人：张朔

采访人：吴佩新

背景手记

5月31日，2018全球智慧物流峰会在杭州举行。阿里巴巴旗下菜鸟网络科技有限公司推出“驼峰计划”，吸引众多公司加入。想定中，一个包裹投递后，将由人工智能实现自动分拣以及投递路线的规划，接下来就是无人机和无人车辆的接力，24小时内全国送达。

北京航空航天大学背景的长鹰信质公司也加入了“驼峰计划”。2016年，北航将其无人驾驶飞行器设计研究所改制重组为独立的法人企业，也就是北京北航天宇長鹰无人机科技有限公司，目前由上市企业长鹰信质控股。这次北航重点推出了一种新概念物流无人机。

设想了一下北航物流无人机的运用场景，又跟在现场的总设计师张朔聊了几句。回到北京后不久，我们又见了面，还是聊这种理念新潮的物流无人机。

记：北航物流无人机针对的市场需求是什么？

张：国内这些年的物流市场发展很快。在研发物流无人机之前，我们也认真分析了有关数据。比如中西部地区，幅员辽阔，高原、山区不少，交通不便，而有货物快运需求的地点往往又很分散。这些地方通常还面临一个实际问题，如果单次运量不多，派人派车的成本肯定就很高。如果派有人机去，就为了送一次快递，成本就更高了。

我们的设想是，依托现有通航机场等基本条件，建立一个由无人机参与的支线航空物流网络。无人机的航程可能在1000千米或者2000千米以内，能与干线航空的物流系统结合起来。

记：北航物流无人机的构型看着很新奇。为什么要这么设计呢？

张：市场的需求会反映到飞机的具体设计上来。比如，把货运到哪里去，运多远，装卸货的速度，转运的效率……这些因素我们必须全面考虑到，才能提升飞机在全生命周期内的竞争力。举个例子，要提升转运的效率，这个时候你是花钱雇工人一件一件把货物从飞机上搬下来再搬到车上呢？还是整装整运、自动化卸货，然后对接到无人运输车辆上？

有人大型运输机，美国洛克希德C-5飞机的运输方式目前来看效率最高，前后舱门都打开，前后贯通，进出货都非常迅速。我们设计的无人机货舱也采用了类似的思路，货物本身事先装入标准集装箱，实现整体装卸。将来，无人智能叉车可以把货物直接送上飞机货舱，卸货时这些集装箱又可以直接搭上叉车被运走，大大减少中间的人工环节。

记：它可以载货1吨左右？

张：对。如果用200千克的货运集装箱装载货物，货舱最多可以容纳6个集装箱，也就是总重量112吨的货物。

记：北航物流无人机的吨位是多少？在设计思路上和轻型有人运输机有哪些不同？

张：在通用航空飞行器中，“物流无人机”属于3吨级别的固定翼飞机。设计上我们采用了货舱前后贯穿的形式，机身整个是空的，不用像有人机那样必须给飞行员驾驶舱留出空间，这样就增大了货舱的有效空间。另外我们把无人机的机翼也设计得很大，以便能容纳更多油料保证航程。整架飞机的尺寸比3吨级的有人飞机要大不少。

记：很多同级别的有人亚声速小飞机的机翼都是平直的。而北航物流无人机的机冀有一定的后掠角度。为了实现较高的飞行速度？

张：我们把机翼设计成后掠的外形，主要考虑的还不是实现较高巡航速度要求，而是利用整个机翼的设计，提供全机的各种稳定性，包括航向、横向、俯仰的稳定性。主要是从气动布局考虑的。此外还要考虑载货后，全机重量配平的要求。

我们的飞机处于常规式布局和全飞翼式布局中间的过渡样式，是基于未来无人智能物流场景设计的。采用这种非常规的气动布局，主要是为了弥补宽大机身所造成的飞行阻力的增加，尽全力提升全机的气动效率。其实飞机设计之中，每个环节、每个参数都是相互影响的。最后综合出来，整机的气动布局就是我们现在看到的这种效果。

记：它的核心飞行控制算法是咱们自己开发的吗？

张：控制算法是我们自己开发的。北航在之前研发的高空、长航时无人机型号的算法基础上，进行扩充，研发了物流无人机的核心控制算法，技术起点是比较高的。控制的力度、精度，包括可靠l生，都非常好。举个简单的例子，从目前的控制效果来看，在侧风比较强甚至超过设计要求的情况下，飞机还是能稳定地完成起降，表现相当可靠。

记：如果航线上突然出现了一些野生鸟类，或者说突然出现另一家公司的无人机，怎么办？

张：除了独创的气动布局，我们的飞机将引入智能控制的模式。这就是我们下一步要研究的方向。现在的无人机，采用的是自主控制，相当于按照预先编程的航线完成起降。将来，我们希望物流无人机能够具备初步的智能，首先要能自主观察周围的环境，能看清，能识别，能检测危险程度。然后，飞机能自主做出相应的决策，比如规避危险，规划航线、航迹。这是一个很大的课题，但肯定是要做的。

将来，空管系统还可以借助智能技术，对无人机加强监控和管理。其他飞机可能像小汽车，而物流无人机可能更像火车，按时发车，有自己专享的轨迹，空管系统始终可以把其位置通报所有飞机。如果建立联合共享的空管系统，大家就能明确知道，某片空域对应航线的某个时段上有没有别家的无人机，有的话，什么时候过去，什么时候回来。无人机之间可以协同通信，共享信息，提前规避。趋势上，无人机系统将由封闭式向开放式发展。无人机空管和有人机空管，最终会融合成一个整体。

记：飞机与地面的数据传输，目前打算怎么解决？

张：第一阶段，我们打算还是采用比较成熟的手段，也就是采用卫星通讯数据链（简称卫通）。相关技术已经非常成熟。我们先实现基本的功能，然后再根据技术的发展进行迭代。

记：像西部有些地方，可能上千里都没有人烟。

张：这就是为什么我们提出来用卫通数据链的原因。使用卫通数据链，就可以避免大量建设地面站。我们已经能坐在北京，控制海南的无人机起飞，技术上完全可以做到。把这些技术根据用户的需要做一些检测，功能上更加具体化，我们就可以对无人机实施远程操控。

记：不可能一个人都不需要吧？比如维修，还是得来一个人拆开飞机瞅瞅吧？

张：当然。另外飞机降落后，你总得指挥它停到哪儿，得把货舱门打开吧。我们用物流无人机进行点到点的运输。维修维护基地肯定还是会需要，而且也得有一些必要的设备和设施。不过，我们希望通过无人技术，尽量简化设备，缩减需要设施的数量，减少人的工作量，人员最好只承担必要的检测和检修。

记：飞机现在用的是活塞发动机。能飞多高呢？

张：至少能够飞到海拔7000米以上吧。既然针对中西部，我们就要事先考虑一些特殊的地理或气候环境，比如高原地区、缺氧环境。物流无人飞机需要300～400马力（224-298千瓦）量级的发动机。备选的发动机在市场上有好几种，各自的性能也都差不太多。

记：无非是针对不同发动机的尺寸，把发动机舱设计的粗点儿还是细点儿，长点儿还是短点儿？

张：是的。实际这些发动机品牌的尺寸也都差不多。

记：物流无人机对起降条件有什么特别要求吗？

张：我们特别的一个概念，就是让飞机尽量适应中西部地区的复杂环境，减少对机场的依赖，最好可以在路面甚至草地起降。因为它不但是定期无人货运航班，还可能要从事一些应急救援、应急空投的任务。我们特地考虑了起降条件的要求。

记：这种吨位的飞机起飞。一般需要多长的跑道？

男：一般来说，需要四五百米。我们希望把飞机的起飞滑跑距离减到300米，甚至200米左右。

记：假如我是物流公司，肯定要保证无人机的出勤率。同时还要降低运营成本。这对物流无人机内外场检测有哪些要求？

张：物流无人机各系统在保证可靠性的前提下，要尽量实用化，采用成熟技术，把维护成本降下来。外场检测的话，可能就仅仅需要一部检测车。而内场操作室里也可能只需要一个监控员，哪出问题，在哪调一下而已。

记：无人机有可能成为大数据的终端。怎样看待物流无人机的数据价值？

男：首先，针对飞机自身，过去有哪些数据记录，现在是什么状态，什么时候什么部件需要更换，什么时间需要检修，这些关键的数据，将整合进一个统一的无人机管理系统。根据大数据分析，我们可以根据市场需求，调整航线或者班次，此外还可以收集众多的社会、经济数据。当然，在整个智慧物流系统中，我们目前在做的还是相对独立的设计工作，首先还是要把产品做好。

记：您对北航物流无人机的信心来自哪里？

北航“物流无人机”3大技术创新：气动布局设计新颖，降阻省油，提升货载能力;掌握核心飞行控制技术，向智能控制方向发展;针对未来智能物流网络，留有充分的升级空间。

张：我们还是要专注于产品。采用什么技术，准备用什么系统以及什么配置，大概从一年前开始，各种方案就逐渐开始收敛，到现在已经成型。我们完全是针对物流行业的需求来设计这架飞机的。有人机以载人为考评标准，我们以未来智能物流为考评标准。既然需要一个新的平台，肯定就要干出一个技术上实現阶梯式跨越的东西。对我们来说，就是让飞机的系统效率、装卸效率、运输效率，都有一定的提高。我们希望这架飞机有比较旺盛的生命力，预留了充分的改进升级空间，不只是单纯应对未来十几年里的需求场景。

责任编辑：吴佩新