明年初的一个晴天，一架漆着海军战斗机深海鸥灰色的无人机将从马里兰州帕图森特河海军航空站的跑道起飞，掠过切萨皮克湾，然后驶向一艘航空母舰，在海面行驶数英里，直至大西洋。当它接近航空母舰时，该飞行器将与空中交通管制进行通信，向甲板指挥官申请着陆许可，并建立一个考虑了风速、舰船速度甚至舰船轻微滚动的甲板坡度。飞行员认为航空母舰着陆是所有飞行操作中最困难的之一。X-47B 将在没有任何飞行员的情况下着陆。
X-47B 是世界上第一架自主作战飞机。从起飞到降落，它几乎不需要或完全不需要人类操作员的直接控制。尽管它是一款原型机，并未用于实际战斗——海军称其为技术演示机——但工程师设计它是为了能够悄无声息地进入敌对空域，躲避如高射炮和地对空导弹之类的防空系统，并执行打击或侦察任务。当它于明年初完成任务时，X-47B 将成为有史以来第一架无尾翼且第一架无人机在航空母舰上着陆的飞机。这意味着海军将装备未来型号，能够在世界任何地方的航母编队指挥无人机出击，只需在冲突发生后数小时内即可执行任务。
X-47B 也是机器人飞行领域的一大进步。美国军方拥有大约 10,000 架无人机 (UAV)，它们在阿富汗、巴基斯坦、也门以及有时在美国上空飞行。工程师称这类飞机为“人环（man-in-the-loop）”系统，通常由人类远程控制，无论是在附近的地面基地还是远在另一个大陆的指挥中心。X-47B 是一种“人环（man-on-the-loop）”系统：虽然人类保留对总体任务的控制，但瞬息万变的决策留给了飞机的机器人大脑。
在飞行领域之外，“人环（man-on-the-loop）”系统正变得日益普遍。过去十年，科学家们一直在使用自主探测器绘制海底地图。美国能源部最近部署了自主地面车辆来巡逻内华达州国家安全区，该区域曾是核武器的试验场。农民也开始使用自动驾驶拖拉机来耕种和收割庄稼。X-47B 与这些系统不同之处在于其运行环境的性质。X-47B 被设计在运行中的航空母舰上及周围进行操作，而不是在荒凉的废弃区域或空旷的田野。
经过五年的研发，诺斯罗普·格鲁曼公司和海军无人作战航空系统（UCAS）部门的工程师们已经创造了一个能够在如此复杂环境中运行的机器人大脑。它可以处理海量的飞行数据，做出近乎瞬时的决策，并引导飞机完美无瑕地、发出尖锐刹车声地停靠在航空母舰的甲板上。现在，设计师们面临着另一种挑战：训练飞机与人类协同工作。
机器人自主性与自动化有着根本的区别。自动化系统执行重复的、预先编程的任务，并且它们已经在飞行中发挥了数十年的作用。自 20 世纪 90 年代初以来，海军一直采用基于雷达的“放手”系统自动回收 F/A-18 战斗机。自主性则意味着自我治理。它意味着能够评估流动的局面并做出动态响应。一些现代自动驾驶仪系统具有自主功能——它们可以调整油门以优化空速或在油箱之间转移燃油以平衡飞机重量，而无需人类许可——但人类仍然充当后备，坐在离操纵杆仅几英寸的地方。
对于陆军和空军而言，从地面基地向未受干扰的空域发射自动化或半自动化无人机，已成为军事行动的关键。但在海军的航母任务中，它们几乎毫无用处。常见的“捕食者”和“死神”无人机体型太大、速度太慢，无法从航母甲板起飞。它们也太笨重，无法作为隐形飞机操作，而且太不灵活，无法躲避地对空导弹或炮火，这意味着它们无法在敌对空域飞行。即使能制造得更小、更快、更灵活，通过操纵杆和视频信号将其中一架降落在航母上也是几乎不可能的。
当海军在 2007 年授予诺斯罗普·格鲁曼公司 X-47B 的开发合同时，它提出了三个主要要求：飞机必须适合航母使用，它必须能够规避敌方雷达，并且它必须是自主的，而不仅仅是自动化的。该团队已经设计了一个隐形机身，采用了一种被称为“断折风筝”的混合翼布局。它没有可能反射强烈雷达信号的尖锐表面特征。在对其进行改造时，他们将其保持得很小，翼展仅为 62.1 英尺，并且机翼可以折叠，以便完成的飞机可以轻松地存放在机库甲板上。他们还设法内置了普惠 F100 喷气发动机——与某些 F-15 和 F-16 战斗机使用的发动机相同——这使得该飞机比螺旋桨驱动的“死神”或“捕食者”无人机更快、更强大。
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在 X-47B 的基本设计完成后，工程师们开始开发飞机的传感器。他们为其配备了 GPS 设备、加速度计、高度计、陀螺仪和其他机密硬件，所有这些硬件旨在为飞行控制计算机提供维持自主飞行所需的信息。他们还开发了一个高速数据链路，能够与地面站或航空母舰之间交换数字信息，通信距离至少为 50 海里。
当一个工程师团队致力于硬件开发时，另一个团队构建了一个由人工智能层控制的高度复杂的自动驾驶系统。该软件会将传感器数据转化为飞行计算机的决策和命令。为了训练 X-47B，他们通过了数万次虚拟任务来运行其软件，让它应对各种模拟条件，并在每次试验中改进其代码。
2010 年 7 月，诺斯罗普公司位于加利福尼亚州帕姆代尔 42 号工厂的团队将 X-47B 装载到拖车上，并将其运往爱德华兹空军基地，在那里它将在次年 2 月进行首次飞行。在稀薄的高层云层下，诺斯罗普公司员工和海军人员观看着这架飞机呼啸着冲出跑道，起飞并进行了谨慎的 29 分钟飞行，在 5,000 英尺的高度绕基地盘旋，同时将数据传输给地面研究人员。工程师原计划进行 50 次此类飞行来测试 X-47B 的极限，但由于其表现出色且一致性高，他们仅进行了 16 次试验。下一步是准备进行航母着舰。
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工程师需要将 X-47B 融入一个流动的、由人组成的系统中，而不对其造成干扰。当飞行员接近航空母舰时，他进入的是地球上最复杂、最不容忍错误的环境之一。操作速度高达每小时数百英里，有一定数量的飞行员、飞机和甲板人员在一艘颠簸、被风吹拂的航母甲板上作业。飞行员报告了着陆意图后，空中交通管制员要么为其放行，要么将其引导至等待模式。他们还向飞行员提供天气和甲板状况信息。在进近过程中，飞行员通常会依靠着陆信号官（LSO）通过灯光信号和视觉线索进行引导。空中指挥官，即在主要飞行控制塔（PriFly）中的一名军官，也监督着整个操作。在触地前几秒钟，LSO 会做出最终的着陆决定，如果坡度或航线看起来有风险，则会示意飞行员重新尝试。
在航母甲板上降落飞机，称为“回收（recovery）”的过程，自第二次世界大战以来没有发生显著变化，在可预见的未来也不会。那么，挑战在于如何将 X-47B 融入一个高度流动的、由人组成的系统中，而不对其造成干扰。工程师们通过几种不同的方式解决了这个问题。首先，他们自动化了飞机与空中交通管制之间的大部分通信。飞机不再需要口头向空中交通管制报告燃油水平或高度读数，而是通过数据链路将这些数据直接传输给塔台。它不再依赖口头描述情况，而是每秒 100 次从舰船传感器下载航空母舰的位置、速度和俯仰角度，并调整其路径以匹配。
在飞机与人之间直接通信不可避免的情况下，设计师们将口头指令翻译成数字语言。他们从 100 多页的航母操作手册入手，将其精简为 53 个关键指令。许多指令涉及滑行和起飞，以及飞行检查和其他安全程序。工程师们随后构建了一个显示指令的软件界面。通过 PriFly 中的界面，空中指挥官可以向 X-47B 发出与对飞行员相同的命令。LSO 也获得了一个新工具。设计师们更新了称为“按钮（pickle）”的手持设备，LSO 使用它来授予或拒绝最终着陆许可，以便它可以直接与 X-47B 通信。
团队还确定了通信中断时会发生什么。如果在进近过程中数据链路发生故障，或者 LSO 拒绝 X-47B 的最终着陆，该飞行器将越过航空母舰并避开其他飞机，然后进入一个宽阔的盘旋，使其能够再次进行一次进近。如果通信无法修复而中断，它将寻找陆地着陆点，或者作为最后的手段，自行沉入大海。
到 UCAS 团队开发了基本的通信软件和界面时，X-47B 在技术上已经可以实现航母着陆。即使在汹涌的航母甲板上，研究人员也预测，着陆时的误差范围将在几英尺之内。问题不在于 X-47B 能否与人协同工作，而在于人能否与它协同工作。
2011 年 12 月，海军将 X-47B 运往帕图森特河，也称为 Pax River。该测试设施是世界上仅有的两个拥有模拟航母甲板的设施之一，配备了蒸汽弹射器和拦阻索。工程师们还建造了模拟室，用于解决软件错误和培训航母人员。其中一间是空中交通管制中心的复制品，配有雷达屏幕和通信设备。另一间是 PriFly 的重现，四块平板显示器显示着空中指挥官可能看到的相同视图。
在明年初的首次实际航母飞行之前，Pax River 的工程师们将在模拟航母甲板上对 X-47B 进行测试，在各种条件下与航母人员一起练习弹射和拦阻停止。同时，空中交通管制员、空中指挥官和 LSO 将在模拟室中进行虚拟起降场景的演练，积累成功操作所需的经验、信心和信任。完成航母着陆后，X-47B 将返回 Pax River，为下一个里程碑进行训练：一次自主的空中加油，计划于 2014 年进行。
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目前，X-47B 项目计划在其成功的自主空中加油之后某个时间结束。之后会发生什么尚不确定。海军不会讨论该原型机的计划，只是说它将永远不会投入现役。它的两个武器舱都可以携带一个 2000 磅的炸弹，但它们永远不会使用；一个武器舱目前装满了数据收集仪器，另一个是空的。X-47B 仍有改进的空间。它（还）无法感知手势或其他视觉信号，因此在滑行和甲板操作期间需要人类直接控制它。
即使 X-47B 仅停留在技术演示机的阶段，其所控制的系统也可能对飞行产生持久的影响。设计师几乎肯定会将其集成到未来的军用飞机中，甚至可能集成到民用飞机中。2 月份，国会批准了为期四年、耗资 630 亿美元的预算，用于实施 NextGen 项目，这是联邦航空管理局（FAA）升级和数字化美国国家空域的计划，正如海军正在对其航母周围的空域进行数字化一样。在 NextGen 项目中，工程师们将用 GPS 取代雷达。飞机将通过数据链路与塔台和其他飞机进行通信，包括载人飞机和无人飞机（预算包括一项任务，要求到 2015 年将民用无人机整合到国家空域）。NextGen 系统可能允许飞行员选择更直接的航线，从而缩短飞行时间并提高效率。
工程师们已经证明，X-47B 的自主系统可以驾驶传统的载人飞机。去年夏天，他们将其连接到一架 F/A-18 战斗机的航空电子设备中。7 月 2 日，这架飞机在“艾森豪威尔”号航母上进行了 36 次进近、16 次低空重复起降和 6 次完整的拦阻着陆。在测试期间，一名非常信任的飞行员出于谨慎仍在驾驶舱内，但他从未触碰过操纵杆。
克莱·迪洛是《Popsci.com》的撰稿人。他最近一篇发表在《Popular Science》杂志上的文章（六月刊）是关于一款更高效的直升机发动机。
