監(jiān)視颶風(fēng)的無人機(jī)
“大烏鴉”無人機(jī)
“伊哈納”無人機(jī)
“Aerosonde Mark 3"無人機(jī)
北京時(shí)間9月26日消息，據(jù)美國國家地理網(wǎng)站報(bào)道，無人機(jī)已經(jīng)開始越來越多地運(yùn)用在各行各業(yè)。從美軍在阿富汗和巴基斯坦的軍事行動(dòng)，到海洋和環(huán)境監(jiān)視，這種新興技術(shù)正極大程度的改變著我們的生活，而美國宇航局在這一方面走的更遠(yuǎn)，他們將軍方原本用于戰(zhàn)場的大型高空無人機(jī)改造，用來進(jìn)行對颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴的監(jiān)視和研究工作，無人機(jī)在美國也被廣泛地用于土地管理和野生動(dòng)物監(jiān)測等領(lǐng)域。
盡管上周美國公民自由聯(lián)盟（ACLU）和奧巴馬政府在法庭上為了美國軍方在反恐戰(zhàn)爭中使用無人機(jī)一事爭論不休，美國宇航局卻正使用無人機(jī)進(jìn)行著旨在加深我們致命風(fēng)暴的理解并嘗試做出預(yù)報(bào)的工作。
9月19日，一架美國宇航局的全球鷹無人機(jī)離開位于弗吉尼亞的惠洛浦航空基地，它此行的目的地是颶風(fēng)納丁的臺(tái)風(fēng)眼，這一颶風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)肆虐北大西洋長達(dá)一周時(shí)間。這已經(jīng)是這架全球鷹無人機(jī)今年的第三次出航，本次是3年來首次進(jìn)行的一項(xiàng)耗資3000萬美元，利用高空長時(shí)間的無人機(jī)監(jiān)測來自收集數(shù)據(jù)，從而對熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度的演化過程開展研究。和之前經(jīng)常使用的有人駕駛飛機(jī)相比，翼展35米，裝有一臺(tái)引擎的全球鷹無人機(jī)可以連續(xù)飛行30小時(shí)以上，飛行距離可達(dá)1.77萬公里。
拉馬什·卡卡（Ramesh Kakar）是這項(xiàng)隸屬美國宇航局地球科學(xué)項(xiàng)目的研究計(jì)劃的首席氣象研究員。他說：“我們可以借此深入到此前有人駕駛飛機(jī)無法抵達(dá)的區(qū)域。”斯科特·布勞恩（Scott Braun）是美國宇航局新的全球鷹項(xiàng)目主管。他認(rèn)為無人機(jī)的續(xù)航能力意味著“調(diào)查”和“監(jiān)視”兩者之間的差異。他說：“如果你每次都僅僅是路過藥品經(jīng)銷商的房子，你可能沒辦法正好看到他。但如果你在那里待上一整天，你就很有可能遇上他。”
在此之前，全球鷹無人機(jī)一直承擔(dān)著為美國軍方進(jìn)行偵查和長時(shí)間的情報(bào)收集工作任務(wù)。美國宇航局的科學(xué)家和美國國家海洋和大氣管理局，以及全球鷹無人機(jī)的生產(chǎn)商諾斯羅普·格魯曼公司開展合作，希望他們所作的努力將可以呈現(xiàn)熱帶風(fēng)暴的完整生命周期，并幫助完善颶風(fēng)預(yù)警模式，減少由于颶風(fēng)損害和撤離行動(dòng)造成的損失。布勞恩表示：“如果我們能改進(jìn)預(yù)報(bào)工作，我們便可以節(jié)約金錢，拯救生命。”
使用無人機(jī)對于美國宇航局而言并非什么新鮮事，早在2009年開始美國宇航局便開始使用全球鷹無人機(jī)開展極端天氣和氣候變化方面的研究，當(dāng)時(shí)他們從美國軍方那里獲得了兩架全球鷹無人機(jī)。而美國宇航局對于其它類型無人機(jī)的應(yīng)用則更加歷史久遠(yuǎn)了。但這次執(zhí)行的任務(wù)是首次從美國東海岸起飛，如此便可以確保在大西洋上飛行更久的時(shí)間，而之前的幾次飛行任務(wù)都是從美國西海岸的加州起飛的。
在過去的3年間，美國宇航局已經(jīng)對多個(gè)熱帶風(fēng)暴系統(tǒng)開展了研究，其中就包括這里所展示的“弗蘭克”。這張照片拍攝時(shí)無人機(jī)正飛行于1.8萬米高空，可以看到在弗蘭克中心周圍分布著很多雷暴云系。無人機(jī)上安裝的設(shè)備觀測顯示該風(fēng)暴云系中的風(fēng)力為97公里每小時(shí)，此時(shí)“弗蘭克”正向著東太平洋方向運(yùn)動(dòng)。
有了無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)，美國宇航局希望加深他們對于雷暴云團(tuán)以及來自非洲撒哈拉大沙漠中的沙塵在大西洋上空風(fēng)暴加強(qiáng)過程中所起的作用。這些信息還將幫助科學(xué)家們校正傳統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。
無人機(jī)上安裝了用于測量風(fēng)暴系統(tǒng)溫度，水汽含量，云層結(jié)構(gòu)和深度，懸浮顆粒物或塵埃水平的激光測量儀。超小型的移動(dòng)氣象站被拋下，打開降落傘從高空一直降落到海洋表面，在此過程中采集有關(guān)風(fēng)暴系統(tǒng)中溫度，氣壓，風(fēng)力以及濕度的數(shù)據(jù)。
無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)被通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至美國宇航局的控制中心。隨后該中心會(huì)將數(shù)據(jù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)模型制作，以便幫助進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)工作。而另一組操作員則負(fù)責(zé)監(jiān)視著無人機(jī)的高度，風(fēng)速，燃油和其它參數(shù)。
肯特·富勒（Kent Fuller）是執(zhí)行颶風(fēng)納丁的任務(wù)控制員之一，他之前是一位美國空軍和商業(yè)航班駕駛員。他說：“當(dāng)你使用無人機(jī)時(shí)，你必須遵循美國聯(lián)邦航空管理局（FAA），并在商業(yè)航班密集的空域執(zhí)行任務(wù)。”
麥克·哈特（Mike Hutt）表示，要想使用無人機(jī)，你首先必須通過美國聯(lián)邦航空管理局的批準(zhǔn)。哈特本人是美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局（USGS）無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）辦公室的項(xiàng)目主管，他們已經(jīng)開始利用無人機(jī)開展自己的環(huán)境調(diào)查項(xiàng)目。
全球鷹無人機(jī)在商業(yè)航班途徑空域起飛或降落過程中都需要人工引導(dǎo)，這在它通過密集的商業(yè)航班空域時(shí)非常重要。而一旦它的飛行高度超過了商業(yè)航班的飛行高度，這種引導(dǎo)也就不再需要了。
美國全國境內(nèi)都已經(jīng)普遍開展使用無人機(jī)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控的工作。當(dāng)美國宇航局使用無人機(jī)對颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測研究時(shí)，其它聯(lián)邦政府部門和私人機(jī)構(gòu)也正使用更加小型的無人機(jī)進(jìn)行著各項(xiàng)工作，從監(jiān)測科羅拉多的鳥類數(shù)量到監(jiān)測夏威夷火山的活動(dòng)。
美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局的科學(xué)家們在蒙大拿州的上紅石湖發(fā)射一架“大烏鴉”無人機(jī)。機(jī)上搭載的熱成像相機(jī)將幫助科學(xué)家們搜尋湖面以下溫泉的位置，這些溫泉幫助湖中的魚類熬過嚴(yán)寒的冬季。借助1.2米的翼展和電池驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，大烏鴉無人機(jī)的滯空時(shí)間長達(dá)90分鐘，飛行高度也可以達(dá)到305米。哈特表示：“這些小型，價(jià)格便宜的無人機(jī)讓土地管理者們的手中多了一副有力工具，它將有效輔助和填補(bǔ)衛(wèi)星和有人駕駛飛機(jī)的不足之處。這種技術(shù)也讓我們進(jìn)行這些調(diào)查時(shí)的成本花費(fèi)大大降低了。”
比如對科羅拉多州鳥類進(jìn)行有人駕駛飛機(jī)的監(jiān)測計(jì)劃耗資將是3萬美元左右，而使用大烏鴉無人機(jī)，其花費(fèi)僅需3000美元。哈特表示：“我們應(yīng)當(dāng)感謝國防部，他們在過去的5~10年間已經(jīng)花費(fèi)數(shù)十億美元開發(fā)這些無人機(jī)技術(shù)。只是在最近的3年內(nèi)，商業(yè)和民用的此類無人機(jī)才開始出現(xiàn)。”
2007年美國森林大火肆虐時(shí)，美國宇航局使用“伊哈納”（Ikhana）的無人機(jī)來評(píng)估大火的嚴(yán)重程度，以及災(zāi)害的損失估算工作，這種無人機(jī)比全球鷹稍小一些，其翼展為20米，巡航高度可達(dá)1.2萬米。伊哈納無人機(jī)是軍用無人機(jī)“捕食者”的一種改型，用于民用和環(huán)境監(jiān)測用途。而其軍用改進(jìn)版本則被用于在巴基斯坦和阿富汗直接執(zhí)行對恐怖分子的空襲打擊任務(wù)。
根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的哈特估計(jì)，現(xiàn)在除了軍方以外已經(jīng)出現(xiàn)了上千家業(yè)務(wù)涉及無人機(jī)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的小型公司。他說：“幾乎每天都會(huì)出現(xiàn)一家新公司。”
而現(xiàn)在最新制定的聯(lián)邦航空管理局法規(guī)可能將會(huì)要求即便是那些無人機(jī)愛好者們，當(dāng)他們從事任何帶有商業(yè)目的的飛行時(shí)，包括旅游到商業(yè)地產(chǎn)考察，都將需要獲得飛行許可。
美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的無人機(jī)項(xiàng)目使用類似大烏鴉這樣的無人機(jī)進(jìn)行著海洋哺乳動(dòng)物數(shù)量的調(diào)查。今年5月份，該局使用兩種型號(hào)的無人機(jī)（Aeryon Scout /Ario Vironment Puma AE），對阿拉斯加阿留申群島沿海的海獅數(shù)量進(jìn)行了監(jiān)視。
Scout無人機(jī)可以持續(xù)飛行25分鐘，就像一架電池驅(qū)動(dòng)的直升機(jī)，而Puma AE無人機(jī)翼展3米，可以持續(xù)飛行2小時(shí)。NOAA在一份有關(guān)此項(xiàng)目的報(bào)告中表示：“無人機(jī)可以飛行地比有人駕駛飛機(jī)更低，飛的更慢，更安靜，從而更加適用于在相對較為接近的距離上觀察野生動(dòng)物而不會(huì)造成驚擾。”
美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局（USGS）和下頓蘇部落環(huán)境保護(hù)署的工作人員們在密蘇里河上發(fā)射的一架無人機(jī)飛行過程中，無人機(jī)將沿著長11公里的河岸線飛行并拍攝，之后圖像將會(huì)被用于和去年獲取的相同影像做對比分析，以幫助人們監(jiān)控河流的侵蝕狀況。根據(jù)一些估算，這一地區(qū)每年都會(huì)損失多達(dá)2.4米的河岸線。
USGS科學(xué)家卡錫·內(nèi)澤特（Kathy Neitzert）在一份介紹這一項(xiàng)目的報(bào)告中指出：“此次飛行任務(wù)中獲取的數(shù)據(jù)將被用于對這一地區(qū)的調(diào)查以及對侵蝕程度的監(jiān)視，以及長期以往將會(huì)對當(dāng)?shù)匚幕铜h(huán)境造成的損害。”他說：“通過此次飛行采集的數(shù)據(jù)將被用于制定精確的河岸線基線。”
不管是土地管理者還是氣象研究人員，考慮到無人機(jī)所展現(xiàn)出的以一種便捷且花費(fèi)甚少的方式獲取數(shù)據(jù)的能力，他們都認(rèn)為其將是未來環(huán)境管理領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。美國宇航局的額布勞恩對《國家地理》表示：“這就是我們將在未來從事科學(xué)工作的方式。”
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