无人飞机将用於侦察森林大火或送快递包裹,但是在操控上处处漏洞,用简单的技术与设备便能轻易骇入。
撰文/魏森(Kyle Wesson)、韩福瑞(Todd Humphreys)
翻译/周坤毅
2010年8月2日,一架迷航的美国海军直升机误闯华府上空高度戒备的禁航区。这起事件原本可能只是雷根华盛顿国家机场航管人员的一笔记录,但其中有个环节令人不安:这架直升机上没有驾驶员。机舱上既没有窗户,驾驶舱内除了电子仪器外什麼都没有,因為这是一架无人飞机。
MQ-8B火力侦察兵(Fire Scout)是重达1429公斤、长9.7公尺的无人飞机。调查人员发现它当时发生了「软体问题」,使得与地面操作员之间的通讯链被切断了。位於马里兰州帕图克辛河海军航空基地的操作员,只能坐在地面控制室内,一筹莫展。更糟的是,无人飞机没有自动强制执行飞回基地的指令。因此这架原本在军舰上用来执行侦察任务的火力侦察兵便闯入了美国空军一号在安德鲁空军基地起降所用的空域。
经过如坐针毡的30分钟后,操作员终於恢复通讯链并取回控制权。事后有位海军官员试图替这起事件打圆场,称讚无人飞机的性能优异,例如在迷航过程中,自动驾驶系统仍保持飞机水平、直线飞行。
火力侦察兵的迷航事件揭露了无人飞机面临著巨大的安全挑战,原本属于侦察与武器系统的无人飞机,即将开始执行各种和平任务。美国联邦航空总署(FAA)估计,到了2020年,将有超过一万架无人飞机翱翔在美国领空。无人飞机很快将用于搜救、喷洒农药、检查高压电缆、科学研究与其他各项任务。
无人飞机的优势十分明显。由於不再需要驾驶,也不乘载机组员或乘客,商用无人飞机将能省下大笔费用。光是僱用机师驾驶飞机完成检查一组高压电缆所需的租金,便足以让电力公司买下整套无人飞机系统,可在未来几年内执行相同的任务。无人飞机的魅力也引起美国最大企业的注意:联邦快递的创办人兼执行长史密斯(Frederick W. Smith)便提过,可用无人飞机取代该公司的货运机队。
美国国会也体认商用无人飞机时代的来临是必然趋势。2012年2月,国会通过FAA现代化与改革法案,要求该署在2015年前规划一套完整方案,将民用无人飞机系统安全地纳入美国领空。
然而负责这群无人飞机的管理机构很难及时完成準备。FAA的传统任务是确保两架波音737能在空中保持安全距离,并应付变幻无常的恶劣天气,但无人飞机远远超出这些责任范围。儘管在911事件后,FAA的业务大幅增加,以应付飞安问题(例如负责监督驾驶舱加装强化安全门),但光靠现有的贫乏装备,根本无法应付数量庞大的无人飞机机群。
骇入关键通讯
最大的挑战是如何确保无人飞机的无线通讯链。想要操控无人飞机上升、下降、横移或前进,需要三条主要通讯链:来自GPS卫星的导航讯号、把本机所在位置告知其他飞机的讯号,以及地面人员与无人飞机之间的双向控制链。只要阻断这三条通讯链中的任何一条,便会酿成大祸,但现有科技尚无法确保这些通讯链。
GPS是无人飞机导航系统的核心,负责串起惯性导引感应器、磁力仪、高度计甚至摄影机。由於GPS在任何气候条件下都能保持极高的精确度,因此成為所有导航套件中最重要的关键。民用GPS讯号不像军用GPS般经过加密,免费开放给所有人。广泛应用於智慧型手机与运动手表的民用GPS非常受欢迎,但缺乏任何认证程序而藏有危险的安全漏洞。只要透过称為「电子欺骗」的攻击手法,便能用假讯号轻易取代真正的GPS讯号。
2012年6月,我们实验室在新墨西哥州的白沙飞弹试射场展示GPS电子欺骗如何利用无人飞机的安全漏洞。我们在距离约半公里处,利用欺骗装置控制价值八万美元的无人飞机。我们的自製装置偽造出几乎完美的卫星讯号,传送假座标资料给无人飞机。在无法分辨讯号真偽的状况下,无人飞机选择了讯号强度较强的假讯号。
一旦被骗后,无人飞机将从欺骗装置获取座标资料。如果假讯号告知无人飞机正在垂直上升,机上的自动导航系统会尽职地将飞机下降以维持预设飞行高度。由於无人飞机基於假座标资料来调整位置,因此它实际上是朝地面垂直下坠。直到操作员介入,解除被骗的自动导航系统并改用手动控制,无人飞机才免於坠毁的命运。
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