Future intensive use of uass for civil and military applications in non-segregated airspace – gcs / integración de sistemas no tripulados para uso civil y militar en espacio aéreo no segregado: estación de control en tierra
- Autores: Ricardo Román Cordón
- Directores de la Tesis: Rosa María Arnaldo Valdés (dir. tes.), Cristina Cuerno Rejado (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Perez Sanz (presid.), Javier Crespo Moreno (secret.), Javier García-Heras Carretero (voc.), Francisco Javier Sáez Nieto (voc.), Juan Antonio Vila Carbó (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Aeroespacial por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
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- Resumen
Airliners and Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) with very different performances and features will have to coexist in a seamless airspace whose definition and technological infrastructure, SESAR, is currently undertaking.
Services offered by Air Navigation Services Providers will be the same for RPAS and Airliners (i.e. the ATM services should be transparent) and airspace use is expected to be seamless, but the integration of RPAS in non-segregated controlled and uncontrolled airspace have important implications in terms of workload, the ATM system capacity design and the ability of the RPAS to replicate the human’s ability to “see and be seen” (Detect & Avoid functionality).
In the context of the future ATM system (where SESAR & NextGen are currently developing their programs), the main goal of the present Thesis is to define and develop: roles and responsibilities among pilots of RPAS, ATCos, other airspace users and flight dispatchers for the integration of RPAS into the future SESAR Step 2 concept; a harmonized approach for collision avoidance as well as traffic avoidance assistance; and essential requirements and functions in term of procedures, communications & decision support systems (DSS) that RPAS as well ATM will have to consider for the safe integration of the RPAS in the airspace.
First the Thesis will identify and define which new technological solutions that will be provided by SESAR could be useful to integrate new airspace user types in the ATM system: SWIM information network, business trajectories and 4D-contract new based ATM system, ground support infrastructure, airborne systems and integrated procedures.
Second, it will assess if the operational concept (CONOPS), its context of use and the processes and actors are clearly defined (and the stakeholder needs are clearly covered). Based on the future ATM environment, the PhD thesis will define the role among pilots, observers and ATCos (in regard to communications, procedures, and end responsibility) in order to achieve a harmonized approach for conflict resolution and ultimately collision avoidance.
Once the operational concept is clearly defined, the Thesis presents the requirements and initial design of a Decision Support System (DSS) for the Ground Station to improve situational awareness, communication with ATC and contingency management, reducing the remote pilot workload.
Finally, the designed DSS and its features are validated. In order to achieve this, an ATC Real-Time Simulator of the UPM, eDEP (developed by Eurocontrol) is connected to the RPAS platform and control station (GCS) developed by Airbus Defence and Space in order to assess the integration and performance (KPAs) of the proposed operational concept and to indentify the enable concepts.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Los Sistemas de aeronaves pilotadas a distancia (Remotely Piloted Aircraft Systems - RPAS por sus siglas en inglés), disponen de modos de funcionamiento y características muy diferentes a la de los aviones tripulados, lo que les permite realizar una gran variedad de misiones que son consideradas arriesgadas o tediosas. Es bien conocido que tanto la industria como las autoridades aeronáuticas consideran a éstos sistemas como aeronaves que deberán coexistir en un futuro con otras aeronaves en espacio aéreo no segregado. Esta futura integración debe hacerse sin provocar disrupciones en la estructura y organización actual del espacio aéreo, cuyo desarrollo y definición de infraestructura tecnológica futuros se están lleva a cabo por las iniciativas SESAR en Europa y NextGen en Estados Unidos.
Los servicios ofrecidos en este espacio aéreo por los Proveedores de Servicios de Navegación serán los mismos para los RPAS que para los aviones de pasajeros (es decir, el acceso a los servicios debe ser transparente) y se espera que el uso de la infraestructura de Gestión de Tráfico Aéreo (ATM por sus siglas en inglés) sea semejante. Sin embargo, la integración de RPAS en el espacio aéreo no segregado controlado tiene implicaciones importantes en términos de carga de trabajo, diseño de capacidad de ATM y la necesaria capacidad de los RPAS de reproducir la capacidad del ser humano de ver y ser visto, función que se denomina comúnmente “Ver y Evitar” (See and Avoid).
En el contexto del futuro sistema de ATM (donde SESAR y NextGen desarrollan sus programas), el objetivo principal de esta Tesis es la de definir y desarrollar claramente los actores implicados en la operación en ATM, las responsabilidades entre pilotos de RPAS, controladores (ATCos) y otros usuarios del espacio aéreo en el futuro concepto operativo planteado por SESAR en su fase 2; procedimientos para evitar los conflictos con tráfico aéreo así como colisiones y; finalmente, los requisitos y funciones necesarios para desarrollar una herramienta de apoyo a la toma de decisiones para que el piloto del RPAS pueda llevar a cabo los procedimientos de comunicación e integración con el entorno ATM, sin un incremento en su carga de trabajo .
Primero, la Tesis identifica y define aquellas soluciones tecnológicas proporcionadas por SESAR que pueden ser aplicadas para integrar al nuevo usuario en el sistema de ATM: la red SWIM de intercambio de la información, sistema de acceso al ATM basado en la negociación de trayectorias en 4 dimensiones, la infraestructura de apoyo a los sistemas y procedimientos de integración.
En segundo lugar se evalúan los procesos y los actores presentes para establecer claramente el concepto operativo (CONOPS) y los requisitos necesarios para los RPAS. Este concepto operativo permite determinar el papel entre pilotos de RPAS y su entorno ATM, permitiendo definir los procedimientos, responsabilidades e interacciones. También proporciona un concepto armonizado de resolución y evasión de conflictos en este entorno. El concepto operativo permite determinar posteriormente las funciones y las interfaces entre sistemas.
Finalmente, la Tesis desarrolla una herramienta que, a partir de la definición de interfaces y funciones, permite al piloto remoto del RPAS realizar las funciones definidas para integrar estas aeronaves. Esta herramienta de apoyo a la toma de decisiones del piloto (DSS- Sistema de Apoyo a la Decisión en inglés) se integra en una estación de control en tierra real, y es la innovación presentada por la Tesis. Esta DSS mejora la conciencia situacional de la aeronave, las comunicaciónes y la resolución de contingencias en el entorno ATM. Esta herramienta se valida mediante un simuldor de control de tráfico aéreo en tiempo real desarrollado por Eurocontrol y una plataforma real de estación de control en tierra (GCS por sus siglas en inglés) desarrollada por Airbus Defence and Space.
