非传统参与者推动空中交通管理发展

比尔·凯利

包括小型无人机、城市空中交通、超声速飞机、商用航天器和高空伪卫星（HAPS），以及先进气球等非传统航空器的发展，展现了新的收益潜力，也推动了将为这些飞行器制定空中交通管理政策的发展。

由于新冠疫情的爆发，航空业在过去的一年中收到了巨大的冲击。出现飞机运行架次大大减少、技术部署放缓、从业人员待岗等诸多困境。空中交通管理行业的管理者们正在谋划未来的场景，并考虑将空域系统中的非传统参与者纳入整个体系。

这些非传统参与者，包括在疫情期间也仍迅速发展的小型无人机、城市空中交通（UAM）飞行器、超声速飞机、商用航天器和高空伪卫星（HAPS），以及热气球等。

国际民用航空组织（ICAO）表示，新型电动飞行器和喷气式飞行器可以在性能特征、高/低空飞行以及可选有人驾驶方面设想出不同组合，这推动了制定空中交通管理（ATM）新程序和新法规的需求。

国际民用航空组织建议：“随着航空业出现前所未有的创新趋势，以及考虑新冠疫情对目前航空业的影响，长期以来对航空业未来的设想将得到根本性的重塑。”因疫情而资金难以为继的空中导航服务提供商和第三方服务提供商，都看到了非传统参与者成为新营收来源的潜力。

一个典型的案例，肯尼亚民航局（KCAA）已从高空气球运营中获得收益。2020年7月，肯尼亚电信公司和阿尔法贝塔旗下的在肯尼亚推出了一项新的移动互联网服务。该公司提供了一个由35个气球组成的网络基站群，每个气球均配备LTE无线基站，气球在东非上空20km的平流层中不断移动。肯尼亚民航局总干事吉尔伯特·基贝称这带来了一笔收入，肯尼亚民航局像对待其他飞机一样向这些气球收取导航费。

据2020年9月中旬的数据显示，美国30个核心机场的航班运营数量相比正常时期下降了51%。出于这一原因，在因疫情而改为在线举行的空中交通管制协会（ATCA）年度技术研讨会上，无人机和UAM飞行器的议题占据了重要地位。

图1 2020年5月，FAA 发布了适用于在18300m以飞行器的上层E 类交通管理操作概念第1版。

图2 2018年8月，一架空客Zephyr S高空伪卫星创下近26天的飞行续航纪录。

FAA 加强eVTOL审核

FAA适航审定管理机构执行总监厄尔·劳伦斯将其部门描述为进入空域系统的门户，他所在的办公室正在对多个项目进行型号认证（TC），这些项目涉及到电动垂直起降（eVTOL）飞行器和用于基础设施检查与送货任务的无人机。

该部门正在处理30种无人机的型号认证申请。其中，44%的申请人希望根据第91部通用航空飞行员的操作规则操控无人机，32%的申请人希望根据第135部商业航空承运人提供无人机服务。余下的24%申请人希望根据第91部和第107部来运营无人机，这两项法规适用于重量不到25kg的商用无人机。

劳伦斯在ATCA研讨会上说，现在有4项eVTOL飞行器的正式型号认证申请，这些将成为未来的城市空中交通飞机。这些项目不仅仅停留在概念上，而是完全活跃的型号认证项目。FAA在2022年之前有望向其中一种无人机发布型号证书。

该部门还在处理多个补充型号证书（STC）项目的申请，对现有飞机进行无人、自主化改装，变为无人机使用，特别是在货运业务领域。这些项目都是活跃的STC应用，虽然目前仍主要用于研究，但已开始走向商业使用。

商业太空更加频繁

截至2020年9月中旬，FAA商业太空运输办公室（AST）已经批准了32次商业太空发射，创下了新记录。FAA负责商业太空运输的副局长韦恩·蒙蒂思指出，仅在8月，NASA所支持的发射数量就相当于2010至2011年的总和。他在商业太空运输咨询委员会的一次在线会议上说，即使是在全球疫情紧急情况下，商业太空运输办公室仍将迎来有史以来最繁忙的一年，并且在不远的将来每年将进行50、75、100次发射。

虽然商业航天活动有所增加，但FAA还没有启动空间数据集成器（SDI），该系统可在火箭通过空域时将遥测数据传送到FAA的交通流量管理系统。经过数年的发展，空间数据集成器将有助于减少FAA在发射过程中进行围栏控制的时间和空间。该系统原定2020年8月投入使用，由于疫情期间而推迟。

FAA副局长丹·埃尔威尔在ATCA研讨会上表示，传统空中交通活动的减少并没有让商业太空运输办公室的工作变得轻松。空间数据集成器还没有启动和运行，发射依然不容易，因为FAA需要发放发射许可证，而发放发射许可证的工作情况也没有改变。现在已经能够更加动态地优化发射窗口，这是运营商和FAA共同努力的结果，FAA在所保护的空域和窗口开放的时长上都取得了进步。

无人机交通管理

2020年3月，FAA发布了无人机交通管理（UTM）操作概念的第2版。该文件描述了对在地面以上120m高度飞行的无人机交通进行管理的框架，并涉及穿越G类非监管空域（即非管制空域）和其他类别监管空域等更复杂的操作。

图3 2020年9月3日，SpaceX“猎鹰” 9火箭进行“星链-11”发射任务，从佛州肯尼迪航天中心发射升空。

UTM是NASA在2013年提出的概念，建立在由第三方无人机服务供应商支持的云服务设施上，在FAA的监管下，通过网络信息交换达到协作管理低空无人机飞行的目的。

FAA已开展第二轮现场演示以验证UTM的结构。2020年4月，FAA选择弗吉尼亚理工大学中大西洋航空合作伙伴公司和纽约的格里菲斯（Griffiss）国际机场，在其UTM试点项目下测试第二阶段工作中的无人机交通管理服务手段。FAA表示，测试期间收集的数据将有助于制定跨机构的UTM启动计划。

波音和空客的空中交通管理（ATM）部门共同构想了一个单一集成的空域管理系统，从地面往上延伸并包含所有空域用户。该部门在2020年6月中旬向国际民航组织的空中导航委员会简要介绍了这个愿景，发表了“航空业新数字时代”的主题演讲。

制造商们希望UTM和ATM融合，利用自动化、数字化和连通性作为共同主线，将空域领域编织在一起。支撑UTM的这些技术主干将迁移到空域系统中，在很大程度上仍依赖于人类的监控干预以及飞行员和管制员之间的无线电通信。

空客副总裁兼UTM负责人德尔波佐表示，为了确保整合不同类型的飞行器，不仅是为了小型无人机，也不仅仅是为了低层空域，UTM是一次巨大的机遇。

德尔波佐在国际民航组织的一次视频采访中补充，这是空客与波音共同的愿景，开发能在全球范围集成并满足最终用户需求的飞行器。需要按照全球标准和全球理解交通管理的方式，以一种可互操作的方式进行管理，这与飞行器的发展密切相关。波音在一份声明中解释了这一联合陈述：“这样做的目的是让所有航空利益相关方都参与进来，共享对未来空域和交通管理的期望，将新飞行器运营安全纳入现有飞机中。”

制定高空飞行管理

2020年5月，FAA发布了适用于在18300m以上飞行的飞行器的上层E类交通管理（ETM）操作概念第1版。该文件源于NASA艾姆斯研究中心与FAA和航空航天公司于2019年4月和12月共同举办的桌面演练，目的是加深对人迹罕至高度上的计划飞行操作的理解。

参与演练的工业部门包括AS2超声速公务机开发商伊利昂公司（Aerion）、RQ-4“全球鹰”高空长航时无人机制造商诺斯罗普·格鲁门、先进高空气球开发商潜鸟公司、平流层飞艇开发商斯凯公司（Sceye），以及太阳能固定翼飞机“鹰-30”（Hawk30）开发商航空环境公司（AeroVironment）、“西风之神”（Zephyr）太阳能无人机开发商空客和“奥德修斯”（Odysseus）高空伪卫星开发商极光飞行科学公司。

FAA称目前还没有适用于这一层级的民用飞机运行的空域管理法规。目前适用的法规为低空E类空域，受监管空域的高度一般不超过5500m，尚未另做分类。ETM将借鉴NASA艾姆斯研究中心对小型无人机构想的UTM结构。

操作概念文件指出：“虽然ETM的开发可能借助了UTM的概念元素，但它的协作分离环境已经过修改，以支持这一空域所独有的特点——长时间飞行、跨国土飞行、差异极大的飞行速度和性能特征以及不同的高空安全风险等。”■

图4 潜鸟公司高空气球装有LTE天线，前面是一个移动式龙门起重机发射器。