2010年8月2日，美国首都华盛顿上空，严格控制的禁飞空域仿佛一个隐形的保护罩。但是，美国海军的一架直升机大大咧咧地闯进了进来。这似乎算不上什么大事，顶多会让华盛顿罗纳德·里根机场空中交通管制员的日志多上一条常规记录而已。只不过，有一个细节令人相当不安：这架直升机上没有驾驶员。它上面没有窗户，“驾驶舱”里满满当当的全是电子设备——这是一驾无人机。
事后，该事件的调查人员声称，这架长9.7米、重1429千克的MQ-8B“火力侦察兵”遇到了一点“软件问题”，这导致它和操控员之间的通信连接中断，美国马里兰州帕塔克森特河海军航空站地面控制室里的操控员们干坐在那里无能为力。更糟糕的是，连接中断后，无人机并没有执行返回基地的软件指令。这架用于战舰侦查的“火力侦察兵”，甚至闲庭信步地溜达进了“空军一号”在安德鲁斯空军基地起降时使用的空域。
无人机的优势显而易见：不需要飞行员，所以也不需要配备驾驶舱以及容纳机组人员和乘客的客舱，无人机能为商业飞行活动节省大量开支。例如，租用有人驾驶飞机来进行一次输电线路检测的开销，都够电力公司购置一整套无人机系统了，公司可以用它在接下来的许多年里完成同样的工作。无人机的“魅力”同样吸引了一些美国最大的公司的注意。
例如，美国联邦快递的创始人兼CEO弗雷德里克·W·史密斯就已经提到，计划使用无人机来替换公司现有的包裹运送机队。
至关重要的通信连接在这些挑战中，最艰巨的任务是确保无人机的无线连接。为了操控无人机爬升、下降、倾斜或者前进，需要三个主要通信连接：GPS卫星传入的导航信号；告知其他飞机无人机行踪的一种或多种信号；还有操控无人机的地面控制人员与无人机间的双向连接信号。这三个连接信号中，任何一个被破坏都会导致灾难。而且在某些情况下，没有能够保障这些连接安全的有效技术手段。
在无人机的导航系统中，GPS是关键，同时还有惯性制导传感器、磁力仪、高度计、甚至摄像机等辅助设备。GPS接收器在导航系统中占主要地位，与其他设备不同，它能在各种天气条件下保证定位的准确性。与军用GPS不同，民用版本是自由接入、非加密的。民用GPS非常流行，能够连续不断地为智能手机和运动手表等设备传送信号，但没有任何验证方式，这是一个很危险的漏洞。
伪造的GPS信号能轻易地取代真实信号——这一过程被称为“电子欺骗”（spoofing）。2012年6月，在美国新墨西哥州白沙导弹实验场，我们实验室演示了无人机在应对GPS电子欺骗时的脆弱性，以及造成的严重后果。在约500米远的位置，电子欺骗设备成功地“劫持”了一部价值8万美元的无人机。这部自制的电子欺骗设备发射了一个近乎完美的假冒卫星信号，来为无人机提供坐标。
因为无法区分信号的真假，无人机选择了接收我们发出的更强的信号来为其导航。一旦上当，这部无人机就会完全听从欺骗设备的位置指令。当传向无人机的虚假信号显示，无人机是在垂直上升时，这部飞行机器人就会忠实地按照自动驾驶系统的程序来降低高度，以保持预定的飞行高度。由于它是依据错误数据来调整高度，这部无人机实际上开始直冲沙漠地面而去。
要不是一位操作员镇定地撤销了欺骗指令，恢复手动操控，这部无人机就会坠毁在沙漠里了。对于依赖GPS导航的无人机来说，“电子欺骗”并不是它们面临的唯一威胁。阻止无人机接收导航信号也出人意料的容易。GPS信号到达地球表面附近时，已经十分微弱了，其通量密度（衡量信号强度的量值）至多相当于22 000千米外的一个50瓦电灯泡传来的光线。干扰设备可在GPS信号使用的无线电波段中制造噪音来搞破坏。
几乎任何的现代电子系统，甚至普通笔记本电脑，都能向附近的GPS接收器发送噪音，无意中就会对GPS信号造成干扰。专门设计用于干扰的设备，能以更加有效的方式扰乱无人机的导航系统。2012年5月，韩国的一部Camcopter S-100型侦察无人机（重150千克，由西贝尔公司研制）失去控制，最后坠毁于地面控制站内，导致一名工程师死亡，两名操控员受伤。
在引起这起灾难的一连串因素中，韩国的GPS受到干扰的可能性最大，当然韩国的无人机操控员也犯了一些错误。这一事件和我们的电子欺骗演示表明，要想保证无人机安全地飞翔在我们头顶上空，能够抵抗电子欺骗和干扰问题的安全导航系统，是至关重要的。无人机有可能在空中与其他飞机相撞，这让无人机更加难以被人们认可。在传统飞机上，飞行员利用目测和雷达来查看附近是否有其他飞机并避免相撞。
然而，要想让无人机达到这种常规水平的警觉性，还有一段很长的路要走。美国审计总署在2012年的一份报告中指出：“现在还没有什么合适的技术，可以使无人机具备感知及避让其他飞机或空中物体的能力，”以符合美国联邦航空管理局的规定。要想使无人机具备避让其他飞机的能力，将是一个非常大的挑战，因为无人机空间狭小，根本无法装载现有的那些非常笨重且高能耗的机载雷达系统。
可见光及红外线摄相机是一个廉价且合理有效的替代方式，可惜它们无法穿透云层。最终，无人机可能会借助“广播式自动相关监视”（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）技术。ADS-B收发器每秒都会发布关于本机位置和速度的信息，并从附近的飞机那里接收类似信息。
到2020年，作为全面改革空中交通系统的一部分，美国联邦航空管理局将要求所有具备飞行执照的飞机，无论大小，必须装备ADS-B收发器。只要附近有飞机，无论有人还是无人驾驶，都会通过ADS-B收发器发布自身的位置和速度信息，这样就能协助飞机寻找安全航线，避免相撞。不过，就像民用GPS一样，ADS-B也有一个致命弱点：其信号传输是未经验证的，因此可以伪造。
上世纪90年代ADS-B刚开始研发时，几乎不用担心其安全性，因为发送虚假ADS-B信息几乎是不可能的。而现在，伪造ADS-B的成本和技术门槛已经大大降低。2012年，美国俄亥俄州空军技术学院的研究人员演示了这种技术，只需使用简单便宜的天线，就可轻易地编码错误信号并在地面或空中发送，从而进行各种各样的攻击。这种“伪造注入”攻击会让飞机认为马上要与别的飞机相撞。
这种技术能够发送数百条虚假信息，或者阻止接收真实信息。与有人驾驶飞机相比，虚假ADS-B信息对小型无人机的影响更大。在有人机上，飞行员能够利用机载雷达，迅速地验证是否真的要与其他飞机相撞，但无人机缺乏类似的技术。