程雨佳++巩天琛
【摘 要】随着“无人机快递”的提出和实施，针对轻型无人机的适航与监管工作日益重要。2015年4月，FAA向亚马逊和谷歌公司发放轻型无人机“空中快递”飞行试验许可，2016年6月，FAA颁布14CFR Part 107《轻型无人机系统》，制定了轻型无人机运行监管要求，标志着轻型无人机“空中快递”快速发展的开始。本文对“空中快递”轻型无人机在设计、验证、制造、运行和维修五个方面的适航与监管要求进行了初步探讨。
【关键词】轻型无人机 空中快递 适航 运行监管
【Abstract】Along with the proposal and practice of “small unmanned aircraft express”， the airworthiness and regulatory of small unmanned aircraft gets more crucial.In April 2015， FAA granted flight experiment permission to Amazon and Google for their “small unmanned aircraft express” program. In June 2016， FAA published 14CFR part 107——Small Unmanned Aircraft Systems， to supervise the operation of small unmanned aircrafts. The airworthiness and regulatory policies in design， verification， manufacture， operation and maintenance of “small unmanned aircraft express” are discussed.
【Key words】small unmanned aircraft； aerial express； airworthiness，；operation regulatory policies
随着电子商务的迅猛发展，庞大的网购订单量给传统快递行业带来了巨大的压力。由于人工投递的延误率、损毁率和丢失率较大，以及偏远地区的投递难度大，使得传统快递行业的运营、管理和人力成本逐年增加[1，2]。传统快递行业的运作模式急需调整，快递市场需要比人工送件更加方便、更加现代化的无人送件系统，这为无人机投送快递提供了必要性。
2016年，美国《航空周刊》创刊100周年之际，评出共18项未来20-40年具有发展前景的航空航天技术，其中无人机技术名列第一。近年来，我国民用轻型无人机市场进入快速成长期，预计2025年，国內无人机市场总规模将达到750亿元人民币，轻型无人机空中物流将是民用轻型无人机主要发展方向之一。
近年来，美国谷歌公司、电子商务巨头亚马逊公司以及国内顺丰快递等公司都在研发“空中快递”无人机系统[3-5]。谷歌公司“Project Wing”无人机快递项目的研制目标是运用无人机快速递送商品，无人机重8.5千克，可运送1.5千克货物。亚马逊公司“ Amazon Prime Air”无人机快递项目的目标是在30分钟内将货物送达客户，“Prime Air”最多能装载重量为5磅（约2.27千克）的货物，目前亚马逊86%快递货物低于这个重量。图1为亚马逊Amazon Prime Air轻型物流无人机。我国的顺丰公司也开展了无人机快递项目，其目的是通过轻型无人机快速运载包裹，解决偏远地区的配送问题，可有效扩大顺丰公司服务能力，提高物流网络覆盖率。
2015年4月，美国联邦航空管理局（FAA）向亚马逊和谷歌公司发放轻型无人机“空中快递”飞行试验许可，在美国6个无人机系统试验场开展飞行试验，并重点开展相关标准的制定工作，标志着轻型无人机“空中快递”快速、有序、规范化发展的开始。
虽然轻型无人机“空中快递”项目快速发展，但是多数处于自主发展状态，如何能够规范化、标准化，得到适航当局（如中国民用航空局CAAC、欧洲航空安全局EASA、美国联邦航空管理局FAA等）的监管、认可和批准，需要依据适航规章与适航程序从设计、验证、制造、运行和维修五个方面逐步表明适航符合性，才能真正实现轻型无人机“空中快递”合法商业化及其监管标准化。下面根据现行适航政策，结合国外适航规章，对轻型无人机的适航性设计、适航验证、制造符合性检查、运行监管及维修方面的要求进行初步探讨。
1 轻型无人机的适航性设计
物流轻型无人机应依据适航规章CCAR-23《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》或CCAR-27《正常类旋翼航空器适航规定》制定“物流轻型无人机适航设计要求”，获得适航当局批准后开展以下几个方面适航性设计工作：
（1）航空器结构：机体结构、飞行控制面；
（2）航空器系统：动力系统、航电系统、导航、飞行控制管理系统、自动驾驶、控制链路；
（3）货运系统：货运设备及其连接设备；
（4）地面支持设备：包括发射和回收系统、地面数据终端、发电机和功能设备。
2 轻型无人机的适航验证
适航符合性验证是为了保障民用航空活动安全，采用不同的说明和验证方法获得所需的证据资料向审查方表明产品对于适航条款的符合性[6]。根据CCAR-21《民用航空产品和零部件合格审定规定》中21.171条规定，国内轻型无人机需要获得特殊适航证[7]，因此物流轻型无人机需要开展以下几个方面的适航符合性验证工作：
（1）航空器性能特性：最大高度、最大续航时间、最大航程、空速、最大爬升率、最大下降率、最大滚转角和盘旋律限制。
（2）航空器结构：结构详细说明（包括结构图纸、设计报告等）、材料规范、制造工艺规范、结构强度分析、试验室试验以及飞行试验。
（3）航空器系统：各系统详细说明（包括系统架构图、设计图纸等）、系统仿真分析报告、系统备份方案、验证试验等，其中适航验证试验主要验证各系统在极限的高低温环境、气流环境、雷电环境、电磁和地磁干扰环境下的稳定性以及导航系统的精准飞行和响应能力。
（4）货运系统：货运系统安装图、强度分析、验证试验。重点是对轻型无人机加装货运系统后，需要对外形、重心等参数变化对飞行稳定性影响进行极限边界的分析和验证。
（5）应急情况：分析和验证在严酷的各种自然环境和人为环境、甚至是人为威胁和打击的情况下、保持继续飞行的能力；对于各种故障无法保持飞行状态情况，装机能量（考虑装货情况最大起飞重量条件下的冲击能量）对地面人员和财产造成危害以及必须应急着陆时对地面人员及物品的危害减灾能力进行分析和试验验证。
（6）地面支持设备：地面使用的所有设备，包括发射或回收系统、地面数据终端等详细说明及其功能验证试验。
3 轻型无人机的制造符合性
制造符合性检查是型号合格审定过程中的一项重要内容，制造检查代表按国家有关规定，通过对民用航空产品和零部件实施审定和监督，确认航空产品和零部件的制造、试验、安装等符合经批准的设计[8]。2011年，中国民用航空局适航审定司发布管理程序《航空器型号合格审定程序》（AP-21-AA-2011-03-R4）[9]，轻型无人机的制造符合性检查应根据该管理程序，制定“物流轻型无人机制造符合性检查要求”，获得适航当局批准后开展制造符合性检查工作，主要包括地面试验、飞行测试试验件、货运系统以及轻型无人机零部件的制造符合性检查工作。
4 轻型无人机的运行监管
4.1 美国对轻型无人机的运行监管
2016年6月21日，FAA正式颁布14CFR Part 107《轻型无人机系统》。该规章规定了55磅（25公斤）以内轻型无人机在国家空域系统的运行要求。14CFR Part 107轻型无人飞机系统由A、B、C、D四个分部组成，共44个条款，其中，A分部为总则（107.1～107.9），B分部为运行规章（107.11～107.51），C分部为无人机操控员适航审查（107.53～107.79），D分部为豁免（107.200～107.205）[10]。物流轻型无人机在符合14CFR Part 107《轻型无人机系统》44个条款的基础上，对其中与轻型无人机快递运行监管直接关联的6项条款应重点关注，并在设计、验证阶段表明适航符合性。
（1）重量（FAR107.3）。轻型无人机是指起飞重量小于55磅（25kg）的无人飞机。定义了轻型无人机航空器与快递货物的最大重量值。
（2）速度（FAR107.51）。輕型无人机最大地面速度为87节（100英里/小时），该速度限制是必须的，当物流无人机发生应急情况时，飞行速度越大造成的对人员、财产和其他航空器的风险越大，而且更低的速度限制将为无人机操纵者的感知和避让提供充裕的时间。
（3）危险品运输（FAR107.36）。物流轻型无人机不能运输危险品，《中国民用航空危险品运输管理规定》（CCAR-276）给出了具体规定，“空中快递”须严格执行，并应得到严格的监管。
（4）飞行中的应急情况（FAR107.21）。FAR-107规定飞行中如果出现应急情况，无人机操控员必须马上采取措施，并要求事后书面报告局方。该条款要求无人机操控员针对本次物流飞行路线、使用环境、装载货物等因素可能出现的应急情况都有明确的处理程序，并已经得到适航当局批准。同时，事后需要书面报告适航当局。
（5）危险运行（FAR107.23）。不允许轻型无人机上坠落任何物品对人员和财产造成风险。该条款对轻型无人机及其货运系统的安装及连接提出了适航性设计与验证要求。
（6）飞行前的检查（FAR107.49）。确保轻型无人机运输的任何货物是安全可靠的，不能对飞行特性和无人机可操控性产生影响。该条款要求轻型无人机加装货物后，本次飞行前需要开展加载货物后造成的航空器外形、重心等参数变化对飞行稳定性的影响进行分析，确定其在已验证的极限范围之内才允许本次飞行。
4.2 我国对轻型无人机的运行监管
目前，我国尚未发布无人机运行监管的适航规章。但中国民用航空局飞行标准司、运输司等部门颁布了多项法规，对我国的无人机运营展开监管工作[11-13]。
2013年11月18日，中国民用航空局飞行标准司发布咨询通告《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》（AC-61-FS-2013-20），主要解决无人机的驾驶员资质管理，并规定重量小于等于7公斤的微型无人机，飞行范围在目视视距内半径500米、相对高度低于120米范围内，无须证照管理，但应尽可能避免遥控飞机进入过高空域；重量等指标高于上述标准的无人机以及飞入复杂空域内的，驾驶员需纳入行业协会甚至民航局的监管。
2015年底，中国民航局运输司根据《中华人民共和国民用航空法》、《通用航空经营许可管理规定》组织制订了《使用民用无人驾驶航空器系统开展通用航空经营活动管理暂行办法》（征求意见稿），并于2016年1月8日前公开征求意见。该办法适用于使用无人机开展无人机驾驶员培训、货物（邮件）运输、空中喷洒（撒）、电力作业、航空探矿、航空摄影、空中拍照、空中巡查、空中广告、海洋监测、气象探测、科学实验等通用航空经营活动的监督与管理。
2015年12月29日，中国民用航空局飞行标准司公布咨询通告《轻小无人机运行规定（试行）》（AC-91-FS-2015-31）。该AC规定III、IV、VI和VII类民用无人机应安装并使用电子围栏、接入无人机云，并对上述类别无人机在机场净空区和重点地区的管理作出了相关规定。
5 轻型无人机的维修
依据FAA AC107-2《轻型无人机系统》的规定，物流轻型无人机维修包括计划和非计划的修理、检查、更改、置换以及系统软件升级[14]。无人机制造方可以提供维修手册，如果没有，物流轻型无人机申请方需要编制相关文件，维修人员必须依据维修手册开展工作。
非计划维修，如果发现存在超手册的维修项目，轻型無人机申请方必须更新超手册的项目进入维修计划。如果存在超手册的维修项目，轻型无人机操控员不允许开始飞行，直至该差异得到修正并贯彻。
6 结语
随着美国与欧洲的无人机监管政策陆续出台，对无人机的分类管理趋势逐步清晰。2015年4月FAA向亚马逊和谷歌公司发放轻型无人机“空中快递”飞行试验许可，在“空中快递”无人机适航性设计与验证方面积累了丰富的经验，2016年6月21日FAA颁布了《轻型无人机系统》，制定了轻型无人机运行监管的标准化要求，为“空中快递”轻型无人机快速发展奠定基础。我国应当密切跟踪国际上物流轻型无人机适航以及监管政策发展动态，结合我国自身特点，制定适应于我国航空安全管理的政策和适航性设计与验证要求，逐步使其规范化、标准化，确保民用轻型无人机产业健康稳定发展。
参考文献：
[1]于广生.我国快递业的发展现状、解决对策及未来趋势[J].商场现代化，2015（2）：55-57.
[2]李丹颖，黄运佳，马秋艳，等.我国快递行业的发展现状与完善建议[J].生产力研究，2013（7）：126-129.
[3]马丹.谷歌公布送货无人机研发项目[J].黑龙江科技信息，2014（25）.
[4]王韦燃.飞起来的快递亚马逊无人机的背后[J].商业故事：数字通讯，2014（1）：6-7.
[5]IT时报.顺丰每天飞500架次无人机快递推向乡村、山区[J].全国商情·理论研究，2015（17）.
[6]曹继军，张越梅，赵平安.民用飞机适航符合性验证方法探讨[J].民用飞机设计与研究，2008（4）：37-41.
[7]CCAR-21-R3，民用航空产品和零件合格审定规定[S].中国民用航空局，2007.
[8]易朝辉.型号合格审定阶段试验产品制造符合性检查研究[J].航空标准化与质量，2010（4）：26-29.
[9]AP-21-AA-2011-03-R4，航空器型号合格审定程序[S].中国民用航空局，2011.
[10]14CFR part 107，Small Unmanned Aircraft Systems[S].FAA，2016.
[11]苗延青，金镭，谈炜荣，等.浅谈我国民用无人机适航发展趋势[J].航空标准化与质量， 2014（6）：29-32.
[12]AC-61-FS-2013-20，民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定[S].中国民用航空局，2013.
[13]AC-91-FS-2015-31，轻小无人机运行规定[S].中国民用航空局，2015.
[14]AC107-2，Small Unmanned Aircraft Systems[S]. FAA，2016.
