我们都知道，风险是某种不利事件的发生概率，以及这一事件可能造成的损害的严重程度，两方面因素的综合。在风险的定义中，发生概率和严重程度并重。然而，在工程实践中，努力降低事件的发生概率比努力降低后果的严重性更重要、更有效，这也符合安全关口前移的理念。比如，在FAA咨询通告《系统设计和分析（AC-25.1309）》中，对后果的严重程度仅笼统地表诉为“严重事故”，不深入到多少人受到什么程度的伤害。但是，对“由于操作和机体相关原因导致的严重事故的概率10^-6”、“系统引起的严重事故的概率10^-7”、“每种灾难性失效状态的每飞行小时的平均概率上限10^-9”等多个发生概率均是定量表述，单位是次/飞行小时。再比如，在《JARUS guidelines on Specific Operations Risk Assessment (SORA)，edition 2.5（JARUS 特定运行风险评估指南，2.5版本）》中，将无人机对地面人员伤害的严重性统一设定为人员死亡，然而，对发生概率则依无人机特征尺寸、最大速度、地面人口密度等因素分为10个等级。

假设：无人机在任何方向上的最大线长度为L，在与其垂直方向的最大线长度为H，无人机的轮廓就是L*L*H的立方体。无人机失控后以下滑角α（不利的角度，比如20度）飞向水平地面。地面没有地形起伏、建筑物、树木等阻挡无人机。人的高度为h（比如2米），地面人口密度为p。无人机失控后在空中不解体，或者解体后各碎片的水平面积之和不大于L*L，且各碎片按前述方式撞击地面。无人机坠地时地面人员不躲避，不考虑无人机撞击地面后碎片飞溅对人的伤害。

图1 无人机坠地模型示意图。粗实线立方体为无人机的外形轮廓

在1次失控坠地过程中，无人机从其底部离地面h开始（此时开始有可能碰撞到地面人员），直到坠地的过程中，无人机在地面掠过的面积如图（1）中的阴影所示，为：

L*L+L*h/tgα

即使无人机以空间曲线形式下坠，只要保持固定的下滑角α，上式依然成立。在这个过程中碰撞到人的概率为：

p*L*（L+ h/tgα）    （单位：人/次）

设无人机失控的概率为n（次/飞行小时），则无人机失控造成地面人员受到伤害的概率为：

n*p*L*（L+h/tgα）（单位：人/飞行小时）（1）

如无特殊设计，所有机型失控坠地时的下滑角α，以及地面人员的高度h都应取相同的值。这样一来，无人机失控坠地伤害地面人员的概率只与机型参数n、L，以及地面人口密度p有关，与机型重量、飞行速度无关。按照JARUS的SORA 2.5版的要求，(1)式的值应该小于10^-6（人/飞行小时）。

1. 由(1)式引出的推论

在以上（1）式中，如果p足够小，即使n大，也会使（1）式的值小于10^-6（人/飞行小时）。意即：只要人口密度小到一定程度，可以接受n值大（即无人机本体不安全）的情况。也就是说，对于仅在人烟稀少的区域中运行的无人机，可以不提适航要求。

如果p足够大，即使n小于10^-6（次/飞行小时）（即无人机本体的安全性达到了运输类飞机的水平），（1）式的值仍然可以高到无法接受的水平。也就是说，无论无人机本体的安全性有多好，仍然不允许其在人口非常稠密的区域运行，或者不允许其在对安全极端敏感的区域运行，这些区域应设为无人机禁飞区。

2. 重量、速度不是至关重要的因素

有文件在无人机安全风险分析中引入无人机的重量和速度因素，或者这二者的综合，动能（1/2mv²）。其实，重量、速度与无人机撞到人之后的伤害程度有关，与撞人概率无关。而且，就速度而言，在伤害程度方面，无人机飞行速度的重要性不及旋翼无人机旋翼的旋转速度。如果不对伤害程度进行细致分析，重量、速度就无法被引入风险分析过程。因此，在无人机的坠地安全风险分析中，重量、速度不是至关重要的因素，而失控概率、最大尺寸、人口密度才是至关重要的因素。为理解这一点，我们不妨设想，把无人机压缩成尺寸很小的球丸，用发射装置按其飞行速度发射出去，发射方向按图1所示。这时，无人机的重量、速度都没有改变，但打击人的概率明显下降，因为尺寸大为下降。这正是中国功夫所说的，“枪扎一条线，棍扫一大片”。至于是枪扎伤严重，还是棍打伤严重，航空安全风险分析不研究伤害的严重性。正是这个原因，在JARUS SORA 2.5版中，只需根据人口密度、无人机特征尺寸、无人机最大飞行速度确定无人机地面风险等级，与无人机重量无关。虽然速度出现在风险等级评级中，但它不是一个独立参数，与尺寸参数可以相互取代。

3. 对无人机地面风险许可值（指标）的讨论

JARUS的SORA2.5版提出地面伤害风险许可值为每百万小时少于1人死亡，即小于10^-6人/飞行小时；而在FAA咨询通告《系统设计和分析（AC-25.1309）》中，“由于操作和机体相关原因导致的严重事故的概率为10^-6次/飞行小时”。二者数值相同，但单位不一致，不能直接进行比较。前者的关注点是人，即每飞行小时有10^-6条人命受到威胁，属于安全性指标；后者的关注点是物，即每飞行小时航空器失事的概率是10^-6次，属于适航性指标。假定符合FAR25部标准的飞机的代表性座位数为100，飞机的适航性指标（严重事故概率）为10^-6次/飞行小时，每次严重事故威胁到100人的生命，折算成安全性指标就是10^-6次/飞行小时*100人/次=10^-4人/飞行小时。如果要求一架不载人无人机的安全水平与一架运输类飞机相当，则该无人机的安全性指标也应为10^-4人/飞行小时。这个要求比JARUS的SORA2.5版提出的小于10^-6人/飞行小时的要求宽松得多。需要说明的是，这里谈论的是一架航空器的安全指标，不涉及机队规模、飞行量。

是首先确定无人机的安全性指标、然后计算相应的失控概率的许可值，还是相反？笔者认为应该是前者，以置身于风险中的人命为前提，然后才是物的可靠性（失控概率）。如果接受无人机安全指标为10^-4人/飞行小时，前面（1）式就应该等于10^-4人/飞行小时。在已知其它参数的情况下，可以计算与之相对应的无人机的物性参数—失控概率n的许可值。值得注意的是，n与p、L有关，不能独立地规定它的值，这是符合逻辑的。设想一下，对于只在荒无人烟的戈壁、沙漠中运行的无人机（p极低），n值可以很大；相反，对于在人口稠密地区运行的无人机，p值很大，n值必须很小。在设定了安全性指标后，n值与运行环境有关，这大概就是“基于运行风险的无人机适航审定”的实质。

1. 无人机的失控概率、最大尺寸、地面人口密度是至关重要的因素，是决定地面伤害发生概率的因素；无人机的重量、速度并非至关重要的因素，仅与发生伤害后的严重程度有关，而航空器安全风险分析不进行伤害程度分析。

2. 提出了不载人无人机地面伤害概率模型，得出了免于适航审定和设定禁飞区的条件。

3. 如果要求一架不载人无人机对人命的威胁程度与一架100座的运输类飞机相当，则无人机机型的安全性指标（许可值）应该为10^-4人/飞行小时，而不是10^-6人/飞行小时。

4. 在确定了无人机的安全性指标后，按照（1）式可以计算对无人机失控概率的许可值。失控概率的许可值与机型尺寸、地面人口密度有关，不能独立地规定它的值。

作者介绍：姚红宇，中国民航科学技术研究院原副院长,现任中国航空器拥有者及驾驶员协会副理事长 。