空地救援网络体系 打开生命救援通道

所属栏目:行业新闻作者:本站编辑阅读次数:2022更新日期:2023/7/21

空地救援网络体系 打开生命救援通道

——无人机航空救援应用

 

[摘要] 近年来,在世界范围内自然灾害、人为事故频发,地震啸、火山爆发、暴雨成灾、寒流冰冻、高温干旱、泥石流灾害等,严重地威胁到了人类的生命财产安全。如何提升和发挥应急救援手段,科学有效应对灾害,减轻灾害对经济社会的冲击和影响,在空中和地面打开一条生命通道,构建空地一体的灾情事故救援网络保障体系,确保空中、地面两线救援的有效实施,日益成为国际社会和政府间广泛关注和协调应对的重大问题。

[关键词] 无人机 空地救援网络体系 通飞航空 复合式共轴反桨直升机 刘宾


近年来,在世界范围内自然灾害、人为事故频发,地震啸、火山爆发、暴雨成灾、寒流冰冻、高温干旱、泥石流灾害等,严重地威胁到了人类的生命财产安全。我国又是一个自然灾害和人为事故发生频率较高的国家,每次灾情和事故发生时,不仅对各种交通设施造成破坏,而且会伴随着许多人员的被困和受伤。如何提升和发挥应急救援手段,科学有效应对灾害,减轻灾害对经济社会的冲击和影响,在空中和地面打开一条生命通道,构建空地一体的灾情事故救援网络保障体系,确保空中、地面两线救援的有效实施,日益成为国际社会和政府间广泛关注和协调应对的重大问题。


一、我国灾害事故救助现状

自然灾害救助是指国家和社会在公民遭受自然灾害袭击、生命财产和生活资料毁损时,提供物资和资金援救、扶持灾民的一种措施。我们在这里暂且把自然灾害和人为事故的救助作为一种灾情来看待,把对其的救助当成社会救助的一种,它在灾害发生并给公民造成灾荒时发生作用。

目前,我国灾害事故频繁,救助任务十分艰巨。在各地区、各部门、各行业的共同努力下,国家防灾减灾能力明显提高,灾害事故救助逐渐走上了政府管理与市场运作相结合的道路,明确了生产自救、群众互助的方式,灾害事故救助事业日趋成熟,管理部门的设置更加科学,社会成员的参与更加广泛,救助水平也逐步提高。应该说,我国灾害事故救助发展至今,完整的灾害事故救助体系基本成形。比如有组织体制:包括管理机构、功能部门、应急指挥、救援队伍;有运作机制;有法制基础;有保障系统,等等。

但在取得这些成就的同时,我国灾害事故救助体系也存在不少问题。1.政府及民众防灾意识不强,防灾减灾教育欠缺。2.灾害救助缺乏法律依据。3.救灾应急队伍装备和专业救援队伍的数量和素质亟待提升。4.灾害救助资金筹集运作困难,救灾储备不足等。有新闻报道,陕西一钓鱼者在长达两个半小时内被洪水卷走,新疆恐怖分子劫持人质无法搜救,上海高层火灾无法逃生……

要应对越来越严峻、越来越残酷的灾害事故,除了实际执行中显现出的这些问题,最主要的还是建立健全多元化的救助体系。这其中,就包括我今天要提出的空地救援网络体系。我们希望建立这样一种救援体系,打开生命救援通道,保障人民群众生命财产安全。


二、建立空地救援网络体系

顾名思义,空地救援网络体系就是在空中和地面打开一条生命通道,构建空地一体的灾情事故救援网络保障体系,确保空中、地面两线救援的有效实施。

空地救援网络体系可以作为多元化的网络救援体系可以广泛用于医疗应急救援、通信保障救援、水域消防救援等。该体系是灾害事故救助体系的完善和补充,并不取代原有灾害事故救助体系,因此不会出现组织机构重建和资金浪费的情况。

我们的设想是,在原有灾害事故救助体系基础上,选择一家救援能力较强的单位,购置一架或几架无人直升机,建设起空地救援网络体系的雏形。然后逐步以该城市为中心,在全域范围内建立以城市为中心的空地救援网。我建议在无人机中选用无人直升机,是因为直升机好操控、可以实现自主悬停,不用改扩建停机坪等基础设施,安全和飞行稳定性、环境适应性均比无人机和有人驾驶飞机更强,可完成目前工程固定翼监控无人机无法实现的低速、低空,更适用于航空救援。

当然,这期间需要重新构建组织体制:按救援类别组建管理机构和功能部门,重新应急处置专家和救援队伍,分别应对各类突发性救援;运作机制将配合空地救援网络体系不断完善;救灾应急无人机装备和专业飞控手队伍亟待建立。一旦发生突发事件时,确保灾害事故应急处置工作能正常有序开展。


三、无人机航空救援应用

航空救援是中国近年来刚刚开始的行业和领域。事实上,最早用于军事的无人机就在应用慢慢凸显其救援的作用,可是,我们却很少看到消防部门利用无人机救人的实例。航空救援通常是宣传得多应用得少,因为建造专门用于救灾救人的各种直升机需要特殊的场地和经费,还得培训专业操控手,费时费力。

而无人机尤其是无人直升机具有震颤小、噪声小、可靠性比较高的飞行品质,它构造比较简单,价格比较低,更为重要的是没有起飞场地及跑道要求,能垂直起降、自由悬停,有高超的机动灵活性,遥控或自控方式多样化,利于完成各种任务,并有效降低直升机驾驶员和任务人员的死亡率。所以无人机尤其是无人直升机是我们建立空地救援网络体系的重要救援装备。

1.地震侦查救援

今年4月雅安地震搜救过程中,国家地震灾害紧急救援队使用空中搜索探测机器人(又名旋翼无人机)对灾区地形地貌、受损情况进行空中排查,为国家地震灾害紧急救援队的搜救工作提供了参考和依据。据介绍,该无人机在地震搜救过程中应用,探测精度达到0.1米,可在200米低空连续飞行100公里。

在地震发生的第一时间,由于山区道路受到地震影响而塌方断道,加之通讯也受阻中断,导致震中地区的第一手资料严重匮乏,为后续救援力量的部署和投放造成了决策的困难。此时,如果配备空地救援网络体系,第一时间派出无人机对地震怎区域进行全面侦查,则将为相关部门迅速提供各项受灾的详细信息,从而为救援抢险赢得宝贵时间。

2.医疗投放救援

最初用在战场侦查的无人驾驶迷你飞机,现在也广泛用于传送医疗样品或定点投送救援物资。如今无人机在南非用于传送医疗样品到测试实验室或紧急快递药剂,为南非人民的健康做出有益的贡献。而美国创业公司也建立了一个定点投送的微型无人直升机运输网络。公司建立包括无人飞机充电站和通讯网络在内的服务体系,并有偿地允许援助提供方使用这些服务。

目前,美国创业公司已经制造出一款微型四翼遥控直升机的样机。这款样机可以搭载约1公斤的药品或其他救援物资,而之后开发的机型将能运送约2公斤物品,不仅可以将食品、药品和其他急需的物资及时地送往交通不便的偏远地区,将救援物资直接送达有需要的人手中。

3.山地搜救救援

去年7月,在西岭雪山滑雪场,四川省首次进行了无人机搜救测试。此次测试的是由中国航天科工系统仿真科技有限公司生产的小鹰3A”型无人机,借助射频技术将无人机技术与人员定位搜救相结合的远距离搜索技术。整套搜索系统由信标、机载探测器、无人机、地面站、高分辨率相机、便携式人员定位搜救器六部分组成。这意味着,中国山地救援体系长期没有自己航空支持系统的状况成为历史。

随着登山者逐年递增,登山事故在四川发生的几率较高。山地救援主要是在海拔3500米以上的高山或者原始森林中进行,对技术装备要求很高。比如绳索,就需要弹性和韧性非常好的登山绳;担架,则是要可折叠的轻便担架。由于通讯不畅和人员定位不准等原因,常常使救援难以展开。救援队也曾使用过直升飞机寻找失踪人员。但使用直升飞机要办理很多手续,至少要耽搁三四天时间。更关键的是,由于救援多发生在丘陵、峡谷地带,而直升飞机飞行高度高,寻找起来也很难。

相比直升飞机,无人机更适合四川山地救援的地形特点。无人机短距离就可以起飞,上天后在直线10公里范围内就可激活信号源,从而迅速定位出被救者的准确位置。并且,无人机还能在空中拍照、摄像。即便失踪者没有携带信号源,地面人员也可以根据传回的照片分析被救者所在的位置。

4.水域遇险救援

今年7月,中国首架救援用复合式共轴双旋翼无人直升机在辽宁省完成“水域遇险搜救演习”,这是我国搜救史上首次以复合式共轴双桨无人机直升机完成的水上搜救项目。

当时假定某水域内因暴雨造成水面上涨,有人被困在河道内。无人机操控人员到达现场后,1分钟内即可对无人直升机进行调试和安全设备对接,携带救生衣服、救生圈等救生器材并拖拽救生引绳平稳起飞,此时地面站实时回传了无人直升机返回的图像,可以在近百米宽的水域范围内准确地将救生绳及救生器材投放给被困人员。从无人直升机起飞到准确投递,耗时不过5分钟。5分钟,我们就可以挽救一个生命!而不是眼睁睁看着钓鱼者在长达两个半小时内被洪水淹没、卷走。

现在国际无人直升机发展方向趋于认同共轴式直升机。这款沈阳通飞航空科技有限公司设计的复合式共轴反桨直升机,采用共轴双层主尾旋翼设计,以同轴双层主旋翼反向转动的工作方式,在为直升机提供升力的同时,克服了单旋翼直升机的反扭力,使飞行姿态更稳定。它在相同级别的发动机下,有效载荷较单桨直升机更大,更安全,体积相对较小,也便于更小的场地起降,适合更小的地面车辆进行运载。在单主旋翼、单尾旋翼、一对主尾旋翼或双尾旋翼发生故障时,该机都能安全降落。甚至可在低空发动机熄火的情况下,亦可不依靠飞行经验就能使共轴直升机的平稳着陆,提高了发动机熄火后迫降的生存机率,安全性和稳定性均有较大提高。经过两年多的技术完善和论证飞行,证明该无人直升机具有操作简单、抗风能力强、任务载荷大、安定性高等特点,水域救援时可以利用直升机将救生引绳运送给被困人员,使其通过救生引绳获得救生圈、救生衣等器材,从而获救。

5.高层火灾救援

在扑救高层建筑火灾时,经常会使用举高消防车实施救人,但是在实战中经常会遇到举高消防车无法靠近火场、操作升降缓慢、被困人员多等实际情况,有的基层中队还没有配备举高消防车,这些都给救援工作带来了一定难度。

如果建立起空地救援网络体系,此款复合式共轴反桨救援用无人直升机项目可以解决这些困难,首先将救生引绳挂于直升机底部的挂钩上,然后利用控制器将救生引绳运给被困人员,被困人员利用救生引绳获得软梯等救生器材,从而得到逃生。

虽然目前我国已经研发出的无人直升机类型涉及汽油动力、甲醇动力、锂电动力等。除了军用,农药喷洒直升机、消防救援用遥控直升机、爆破救助用直升机、航拍直升机等民用机型已经初步实现技术稳定并可以根据需要进行调整定制。但目前广泛应用的单旋翼无人直升机存在操作难度大、操作手培训时间长等难题。

复合式共轴反桨直升机采用共轴双主旋翼形式,复合了尾桨设计,使安全和飞行稳定性、环境适应性均有所提高,控制上无需复杂昂贵的飞控、平衡仪等电子设备即可进入悬停姿态,故适合更多的低端民用市场,可完成目前工程固定翼监控无人机无法实现的低速,低空,且无法悬停的缺陷。这款无人机还可用于危险品泄漏事故的放空点燃、高空火情侦察等科目救援,可以在消防安全部门广泛应用。

6.反恐监测救援

无人机还可用于突发事件的监测,2008年奥运会将无人直升机作为安保使用,并装备了我国第一批数字化应急指挥车。在突发群体性事件时,可在空中为指挥部提供第一现场的视频资料,为决策者提供参考,另外还可以携带催泪瓦斯弹发射装置,搭载平台上还能同时携带无线扩音设备对现场进行空中指挥。

再以我曾参与的一次海南反恐演习为例,无人直升机可以马上升空并对恐怖分子劫持人质所在的大楼外围进行全方位的监控,在爬墙机器人的配合下,可以监控恐怖分子的活动,也可以通过搭载声控设备对其进行政策宣传或发射催泪弹。当暴力恐怖犯罪分子给各族人民群众生命财产安全和社会稳定带来严重危害时,无人直升机的应用将能够对地面的快速准确搜捕并承担各种应急救援功能,能够实现对城市全方位掌控。切实提升各族群众安全感,保障各族群众安居乐业。


四、无人直升机研发现状

无人驾驶直升机是无人机乃至航空领域的一个重要组成部分,是集空气动力学、材料学、控制学等为一体的综合科学。无人驾驶直升机不仅为军事技术和工程应用领域提供了不可缺少的任务搭载平台,也最大程度地服务于日常生活,事实上在“航空救援应用”这一概念没提出之前,已经多次用于应急救援。

早在2003年,沈阳通飞航空科技有限公司应东北输变电公司要求,设计了90级甲醇引擎电力架线巡线直升机,用于应急供电线路的架设、农田果园的跨越飞行、水面的不封航架线等。沈阳通飞航空科技有限公司始运营于1996年,公司前身为沈阳阿宾哥伺服电子科技开发有限公司,是中国最具影响力的无人驾驶直升机研发机构之一。专注中国无人直升机研发十六年,研发出的无人直升机类型涉及汽油动力、甲醇动力、锂电动力等。拥有“小型油动多用途直升机”、“流线运动型直升机外观设计”、“仿生学直升机”“复合式共轴反桨直升机”等多项国家发明专利,成功研制出了全长1.56米(5-350公斤级)三个系列十余个品种的各排量无人直升机,设计曾成功应用于各大军区、中国奥组委、南极科考队、美国飓风灾害评估部门等,与中国空军装备部、航空装备研究所、空军第三飞行学院、海军航空工程学院、中国科学院等单位在技术上建立了良好的合作关系,多次承担政府相关的无人机科技项目,是国内最早从事汽油动力无人直升机研发的团队。

2005年5月,沈阳通飞航空科技有限公司与吉林省某消防支队特勤中队联合进行了消防救援用无人机的设计工作,在原SERVOHELI-260工程无人直升机基础上成功研制了消防救援用无人直升机,论证无人直升机的救援应用。其中的水域、沼泽等灾害事故救人科目充分发挥了无人直升机轻便、灵活的特点,利用直升机将救生引绳运送给被困人员,使其获救。该项目在后来的消防设施创新成果会上通过专家评审,同年公安部向全国的消防系统进行了介绍。此款消防救援用单旋翼无人直升机是无人直升机首次在消防救援系统的应用。但当时无人直升机普遍存在操作难度大、操作手培训时间长等难题。目前,沈阳通飞航空科技有限公司自主研发的复合式共轴双桨直升机解决了这一技术难题,它属国内首创,是具有国际先进水平的小型无人直升机。具有操作简单、抗风能力强、任务载荷大、安定性高等特点。现在,基于复合式共轴双桨技术的消防救援用无人直升机已经完成中试,可以在消防安全部门广泛应用。无人直升机飞控师研修班也正式开课,中国无人直升机专业飞控手队伍将逐步完善。空地救援网络体系的建立指日可待。


五、航空救援未来展望

20世纪90年代以来,国外无人机的发展势头十分强劲。除研制无人机的国家数量大幅增加外,研制的和在研的无人机型号也大幅攀升。据不完全统计,全世界现有的各类无人旋翼飞行器型号已超过100种。此外,英国、法国、德国和俄罗斯等国也在大力开展无人机的研制。一旦这些无人机研制成功,必将成为世界各国一种全新的救援装备。

现在国际上的无人机技术还亟待发展,即便是美国的无人机技术也是一直处于验证阶段。与有人驾驶飞机相比,无人机在使用中的不足,最重要的是依赖通信系统与离机操作员和分析员的链接。而其在人工智能方面还远达不到替代有人战机的能力,事故率很高,即使是新研制了共轴式直升机,能够提高安全性降低事故率,但也不能达到有人战机的能力。无人机主要是由地面人员控制,不能自行进行攻击,而航程过短、飞行高度受限制、受到干扰将会失去控制,这些都是无人机的技术瓶颈,有待突破。

将来,无人机技术发展将呈现出以下趋势:设计与制造技术数字化、一体化;将大力开发新型旋翼系统研究;复合材料与智能材料应用将更广泛;航空电子系统向网络化、智能化方向发展;光传操纵系统将逐步成熟并获得应用。

在世界范围内自然灾害、人为事故频发之时, 我们不仅要以战略性思维谋划世界发展,和主要航空工业大国在原子能、航空航天、大飞机制造、新材料等领域互相合作,同时要提升和发挥应急救援手段,科学有效应对灾害,减轻灾害对经济社会的冲击和影响,在空中和地面打开一条生存通道,让生命之花绽放。

以上为沈阳通飞航空科技有限公司总经理刘宾在第二届天津国际航空金融论坛上的演讲。