[科普中国]-为何说对地自动防撞系统是飞行员的“守护神”？

出品：科普中国

作者：兰顺正

策划：宋雅娟

监制：光明网科普事业部

在今年4月，一架隶属与日本空自的F-35战机在训练时坠海，其坠海原因引发坊间种种猜测。在数月后，日方对外公布的最终调查结果，结论是飞行员陷入无法掌控飞机高度和姿势的“空间迷向”，导致了坠机。

仿佛是“亡羊补牢”一般，近日F-35联合项目办公室、美空军和洛·马公司宣布已首次开始在F-35A战斗机上集成“飞机对地自动防撞”系统（AGCAS），比原定的2026年集成计划提前7年。据称该系统能有效克服“空间迷向”带来的负面影响，保证飞行员与飞机的安全，之后该系统将陆续在F-35B和F-35C战斗机上集成。那么AGCAS究竟是什么，又是如何发挥作用的呢？

日本方面称F-35坠海是由于飞行员“空间迷向”

飞行事故的重要元凶——空间迷向

首先必须介绍一下空间迷向这个概念。简单而言，空间迷向是由于人体的平衡感和定位系统发生紊乱，使飞行员对飞机当前所处位置或飞行姿态的感知判断错误。通常在天气晴好时，飞行员凭借视觉系统即可掌握空间定向，但在雨、雾、大风、黑夜等视线不良的条件下，或是在海面上空飞行缺乏明显参照物时，人体的前庭系统和本体感受系统取代视觉系统进行空间定向，当前庭系统因飞机速度不断变化，无法正确感知人体所处正确的空间位置时，就会出现错觉，即所谓的空间迷向。

空间迷向危害极大，能让飞行员做出在外界看来十分荒谬的举动，如飞机明明处于俯冲或爬升中，而飞行员却认为处于平飞状态；当飞机机腹朝天进行倒飞时，飞行员判断处于正常飞行中。据统计，在由于人为差错而造成的飞机撞地的“可控飞行撞地事故”中，驾驶员出现空间迷向是主要原因之一。

飞行员的安全助理——对地自动防撞系统

顾名思义，此类系统就是在飞机有撞地风险时能自动让飞机转危为安的仪器。早在1998 年，美国空军和NASA 进行了首次对地自动防撞系统演示验证， 2000年前后，美国空军开发了“预测性防撞地系统”( PGCAS) ，不过该系统为基于音频告警的手动系统，仍旧需要飞行员发挥主导作用（事实证明，在仪器与自身感觉出现矛盾时，很多飞行员更愿意相信自己，而不顾系统警告）。后来美国在PGCAS系统的基础上，又发展出了全新的“飞机对地自动防撞”系统（AGCAS）。新系统具备在飞行员不能做出反应的情况下自动执行防碰撞机动的能力，可以使由飞行员操纵撞地引发的事故降低90%。

AGCAS系统工作原理：1处理数字地形图 2计算飞机航迹 3判断是否需要回避 4当需要时采取回避措施

根据介绍，在飞行过程中，该系统采用精确导航和数字地形技术来监测飞机相对于任何已知障碍物的确切位置，并将飞机的飞行轨迹叠加到数字地形图上，通过将飞机已知的、预测的位置与飞机前方的地形图进行比对，确定飞机飞行轨迹是否趋向于与地面或其它障碍物等发生碰撞。如果探测到威胁，系统将发出一个回避指令，如果飞行员没有立即采取措施，则系统将自动获取控制权。恢复机动由紧急的滚转加上一个5g的拉升，直到确认地形安全后将飞机操控权移交飞行员。

据悉该系统已成功应用至F-16战斗机，5年来已成功挽救了8名飞行员生命。如在2016年，美国亚利桑那州国家航空警卫队的一架F-16战斗机在训练中飞行员由于载荷过大而暂时失去了意识，导致飞机急速冲向地面，危急时刻是自动地面防撞系统接手了飞机的控制权，将飞机拉起从而避免了机毁人亡。不难想象，飞机对地自动防撞技术未来将会在各类军用和民用飞机上广泛普及，大大提升航空安全。