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Definición de mínimas de separación de operación de

RPAS y aeronaves convencionales

Entregable 1.2: Concepto Operacional de los RPAS

Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales


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Hoja de Identificación del documento

Título: Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales – Entregable 1.2: Concepto Operacional de los RPAS

Código:

Fecha: 24 / 02 / 2017

Fichero:

Autor: Pérez Castán, J.A., Olmos Pin, E.

Revisor: Gómez Comendador, F.

Aprobado: N.A.

Versiones:

Numero Fecha Autor Comentarios

01 24 / 02 / 2017 Ester Olmos Pin



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Resumen Ejecutivo

El concepto operacional de los RPAS es uno de los módulos a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE.

El entregable 1.2: Concepto Operacional de los RPAS tiene como objetivo la descripción detallada del concepto de operación de los RPAS bajo una perspectiva operacional, así como de las principales características de la integración de los RPAS es un espacio aéreo no segregado. Las principales tareas que se han desarrollado y se presentan en este entregable son:

Definición, descripción y caracterización del sistema RPAS.

Clasificación de los RPAS en función de las principales agencias internacionales.

Definición de dos tipos de misiones a realizar por un RPAS: o Misión 1: Aeronave en crucero con vuelo estabilizado, no se producen virajes ni

cambios de niveles de vuelo. o Misión 2: Aeronave en crucero realizando cambios de niveles de vuelo y sin virajes.

Análisis de los tipos de RPAS disponibles en BADA que pueden cumplir con los requisitos operacionales impuestos para cada una de las misiones anteriores.

Análisis inicial de los requisitos operativos propios de la operación de un sistema RPAS.

De este modo, este entregable pretende definir las bases sobre las que se desarrollará el resto del proyecto de investigación en términos del concepto de operación de un sistema RPAS.



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HOJA DEJADA INTENCIONADAMENTE NE BLANCO



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I. Índice de Contenidos

1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 11

2 INTEGRACIÓN OPERATIVA.......................................................................................................... 13

2.1 Descripción del sistema .............................................................................................................. 13

2.2 Clasificación RPAS ...................................................................................................................... 15

2.2.1 Clasificación RPAS según la OACI .................................................................................................................................... 16

2.2.2 Clasificación RPAS según la OTAN ................................................................................................................................... 18

2.2.3 Clasificación RPAS según la EASA.................................................................................................................................... 19

2.3 Principios de Integración ............................................................................................................. 22

3 CONDICIONES DE OPERACIÓN .................................................................................................. 23

3.1 Tipos de aeronaves y RPAS considerados ................................................................................ 23

3.2 Escenarios de Referencia ........................................................................................................... 26

3.3 Elección del RPAS ...................................................................................................................... 27

3.4 Misiones del RPAS ...................................................................................................................... 28

4 REQUISITOS OPERATIVOS.......................................................................................................... 31

5 REFERENCIAS ............................................................................................................................... 33



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II. Índice de Figuras

Figura 1: Sistema RPAS [1] ......................................................................................................................... 13

Figura 2: Interfaces del sistema [1] ............................................................................................................. 14

Figura 3: Dimensiones VLOS [1] ................................................................................................................. 16

Figura 4: Boeing 737 – 900ER .................................................................................................................... 23

Figura 5: (a) RQ-4A Global Hawk, (b) MQ-9A Reaper y (c) RQ-2A Pioneer ............................................ 24

Figura 6: Clasificación de Escenarios ......................................................................................................... 27

Figura 7: Elección de RPAS para cada Escenario ..................................................................................... 28

Figura 8: Misión 1 ......................................................................................................................................... 28

Figura 9: Misión 2 ......................................................................................................................................... 29



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III. Índice de Tablas

Tabla 1: Clasificación de RPAS según la OACI en función del tipo de operación [3] .............................. 17

Tabla 2: Clasificación de RPAS según la OTAN [5] ................................................................................... 18

Tabla 3: Clasificación de RPAS según la EASA [6] ................................................................................... 21

Tabla 4: Características de los modelos de RPAS disponibles en BADA 3.12 [11] ................................. 25

Tabla 5: Características del espacio aéreo de clase A [12] ....................................................................... 26

Tabla 6: Resumen de requisitos mínimos a cumplir por un RPAS [1] ...................................................... 32



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IV. Glosario

ATC Air Traffic Control

ATM Air Traffic Management

ATS Air Transit Service

BADA Base of Aircraft Data

BVLOS Beyond VLOS

C2 Communications an Control

CGS Control Ground Station

DAA Detect and Avoid

EASA European Aviation Safety Agency

EVLOS Etended VLOS

FL Flight Level

GAT General Aviation Traffic

HALE High Altitude, Long Endurance

HMI Human Machine Interface

IFR Instrumental Flight Rules

IMC Instrumental Meteorological Conditions

JCGUAV Joint Capability Group on UAV

LALE High Altitude, Long Endurance

LOS Line of Sight

MAC Mid-Air Collision

MAC-HM MAC Hazard Model

MALE Medium Altitude, Long Endurance

MAS Managed Airspace

MTOW Maximum Take-off Weight

NAA National Aviation Authority

OACI Organización de Aviación Civil Internacional

OAT Operational Air Traffic

OCD Operational Concept Document

OTAN Organización del Tratado del Atlántico Norte

PBN Performance-Based Navigation

RLOS Radio LOS

RNP Required Navigation Performance

RP Remote Pilot

RPA Remotely Piloted Aircraft

RPAS Remotely piloted aircraft system

SESAR JU

SESAR Joint Undertaking

SESAR (Single European Sky ATM Research)

TCAS Traffic alert and Collision Avoidance System

UMAS Unmanaged Airspace

VFR Visual Flight Rules



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VLL Very Low Level

VLOS Visual LOS

VMC Visual Meteorological Conditions



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1 INTRODUCCIÓN

En este documento se va a detallar el concepto de operación de los RPAS que se van a emplear a lo largo del proyecto. La operación del RPAS tiene unas características propias distintas en gran parte a la operatividad de una aeronave pilotada (velocidad, altitud, peso, etc.) que significarán un gran cambio en la operación regular de la aviación.

El objetivo de este concepto operacional es presentar un contexto de operación para la integración del RPAS en el espacio aéreo no segregado que incluya:

Requisitos esenciales y funciones de un RPAS en términos de procedimientos, comunicaciones y sistemas de apoyo para la toma de decisiones. Estos elementos deben ser considerados también por el sistema ATM1 para garantizar la seguridad operacional durante el proceso de integración.

Roles y responsabilidades de los agentes (pilotos, controladores, otros usuarios del espacio aéreo y proveedores de servicio) para su integración en el concepto de SESAR 2.

Un enfoque coordinado en materia de prevención de conflictos, así como de la resolución de los mismos.

A la hora de definir el concepto de operación se toma como base el concepto planteado por SESAR, que describe el concepto y las interacciones del RPAS con los demás elementos del concepto operacional global ATM (usuarios, aeropuertos, servicios ATS2, aviación militar, sincronización de tráfico).

Respecto al alcance, se consideran todos los elementos que componen un RPAS a la hora de integrarlo. Estos son: piloto remoto (RP3), Estación de control en tierra (CGS4) y el RPA5. La integración se analiza respondiendo a la demanda de la industria para aplicaciones civiles y militares de los RPAS en el espacio aéreo europeo. Aunque SESAR estudie la operatividad para todas las fases de vuelo, este documento se limita a desarrollar un concepto operacional para la fase de ruta, donde se definirán los escenarios de referencia.

1 ATM: Air Traffic Management.

2 ATS: Air Transit Service.

3 RP: Remote Pilot.

4 CGS: Control Ground Station.

5 RPA: Remotely Piloted Aircraft.



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2 INTEGRACIÓN OPERATIVA

En esta sección se describe un RPAS de forma general. Con el fin de facilitar la identificación de los retos que supone la integración en el espacio aéreo no segregado, se procede a clasificar los RPAS en tres tipos en función de su operación. Por último, se presentan los pasos a seguir para integrar progresivamente los RPAS en el entorno ATM.

2.1 Descripción del sistema

El sistema RPAS considerado comprende el RPA, una estación CGS y un RP. La siguiente Figura muestra el sistema a un alto nivel, incluyendo las posibles interacciones con el entorno y otros usuarios del espacio aéreo.

Existen varias funciones e interfaces del sistema que se funden con el entorno operativo. La Figura 1 muestra el intercambio de información que se produce entre una aeronave no tripulada y otros agentes, al igual que la interfaces con su entorno operativo. La característica principal de un RPAS es que el piloto no se encuentra a bordo de la aeronave durante la operación, lo que hace necesario integrar en el RPAS una interfaz que facilite el intercambio de información. La CGS y el RPA se encuentran físicamente separados, y el RP suele encontrarse en la CGS.

Figura 1: Sistema RPAS [1]



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El piloto remoto y la estación en tierra se comunican a través de una HMI6 mediante un lenguaje de comandos, mientras que la estación y el vehículo no tripulado se comunican a través de datalink C27.

Respecto a las interfaces del sistema completo con su entorno operativo, la estación CGS se comunica mediante comunicaciones tierra con otras estaciones CGS o con la estación de control ATC. Las interfaces del RPA con su entorno se pueden dividir en 3 grupos:

1. Posicionamiento: - Navegación convencional - Navegación por satélite

2. Enlace de datos Aire – Tierra: - Datalink Aire – Tierra

3. Datos ADS: - Vigilancia Aire – Tierra - Vigilancia Aire – Aire

Esta descripción general indica que, si las operaciones del RPAS se asemejan a las de una aeronave convencional en referencia a las interfaces con su entorno operativo, el punto crítico del sistema se encuentra dentro del sistema RPAS, concretamente en la interfaz de C2 entre el CGS y el RPA [1].

6 HMI: Human Machine Interface.

7 C2: Communications an Control.

Figura 2: Interfaces del sistema [1]



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2.2 Clasificación RPAS

Para estudiar la integración del RPAS en un espacio aéreo no segregado, resulta conveniente clasificar a lo RPAS en función del tipo de operación y de las reglas de vuelo que siguen. Las reglas de vuelo dependerán de la meteorología (IMC8 o VMC9) existente y del espacio aéreo utilizado. La integración en el espacio aéreo no segregado conlleva que el RPAS tiene que interaccionar con otros usuarios del espacio aéreo que volarán bajo reglas instrumentales, IFR10, o visuales, VFR11. La posibilidad de volar bajo reglas VFR o IFR afecta a los procedimientos a establecer y las comunicaciones entre el RPAS y su entorno.

Las reglas de vuelo también se incluyen en el concepto ATM de SESAR [2] en la división del espacio aéreo como “controlado / MAS12” (para IFR se utilizan las clases de espacio aéreo de A a E) y como “no controlado / UMAS13” (para IFR/VFR se utilizan las clases de espacio aéreo F a G). El RPAS volará en espacio aéreo controlado cuando opere en un intervalo de altitudes o niveles de vuelo (FL14), cuyo límite inferior varía entre 1000ft y FL10 y el límite superior asciende hasta FL510. Volará en un espacio aéreo no controlado cuando opere entre el nivel del suelo y hasta FL200. Estos límites para el espacio controlado o no controlado dependen de la estructura del espacio aéreo que se establezca.

Para cumplir las reglas del aire de OACI [3], independientemente de la meteorología o del espacio aéreo utilizado, el piloto del RPAS debería tener la posibilidad de observar los alrededores de la aeronave con el fin de evitar obstáculos. Esta función que debe cumplir el sistema se denomina “Detect and Avoid” (DAA15), es decir, “detectar y evadir”. En el caso de una aeronave no tripulada esta capacidad de observación se puede obtener a través de sensores o mediante un intercambio automatizado de información entre las aeronaves para evitar conflictos (TCAS16). En cuanto a los tipos de operación, el RPAS abarca una gama más amplia de operaciones posibles que una aeronave convencional, las cuales en muchos casos son similares a las del tráfico de aviación general, y a las del tráfico militar o vuelos de estado (G/OAT17 respectivamente) [1].

8 IMC: Instrumental Meteorological Conditions.

9 VMC: Visual Meteorological Conditions.

10 IFR: Instrumental Flight Rules.

11 VFR: Visual Flight Rules.

12 MAS: Managed Airspace.

13 UMAS: Unmanaged Airspace.

14 FL: Flight Level.

15 DAA: Detect and Avoid.

16 TCAS: Traffic alert and Collision Avoidance System.

17 G/OAT: General / Operational Air Traffic.



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2.2.1 Clasificación RPAS según la OACI

Para la clasificación de los RPAS, la OACI se decide por uno de los factores que se han considerado de mayor relevancia para la integración en el espacio aéreo no segregado, el tipo de operaciones que pueden realizar estas aeronaves. La siguiente clasificación se puede encontrar en la aprobada Enmienda 43 del Anexo 2 (Reglas del Aire) de la OACI [4].

OACI deja de lado factores como el peso de la aeronave, muy utilizado por otras organizaciones para realizar la clasificación de los RPAS, y se centra en el tipo de operaciones realizadas, sin tener en cuenta las reglas de vuelo, IFR o VFR, que siguen las aeronaves.

La división principal que realiza OACI de las operaciones de RPAS tiene como factor determinante la altitud de operación, estableciendo un límite a los 400 ft por encima del suelo. Las operaciones que tengan lugar por debajo de esos 400ft serán denominadas operaciones a muy baja altitud (VLL18) mientras que las que se realicen por encima serán clasificadas como operaciones con reglas VFR/IFR.

Una vez realizada esta primera división, el segundo factor considerado por OACI es la línea de vista (LOS19). Mediante la consideración de la línea de vista, se está teniendo en cuenta la distancia física entre el piloto remoto y el propio vehículo RPA, es decir, el alcance del que se dispone, lo que puede afectar a las comunicaciones.

En las operaciones a muy baja altitud, hay que mantener una VLOS20, línea de vista visual, de máximo 500m desde el piloto remoto. A una distancia mayor, es necesario el apoyo de más observadores para mantener el contacto directo (EVLOS21) y más allá de VLOS (BVLOS22) se necesitará la tecnología de apoyo necesaria.

Por otro lado, las operaciones con reglas VFR/IFR, es decir por encima de 400ft, se clasifican en función

18 VLL: Very Low Level.

19LOS: Line of Sight.

20 VLOS: Visual LOS.

21 EVLOS: Extended VLOS.

22 BVLOS: Beyond VLOS.

Figura 3: Dimensiones VLOS [1]



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del RLOS23. En estas operaciones aparece la aviación tripulada compartiendo espacio con los RPAS, por lo que surge la necesidad de contar con la función DAA. Si la operación tuviera lugar más allá de RLOS, sería necesario que el RPAS contara con comunicaciones de largo alcance.

Además, para fortalecer esta clasificación, otra importante organización como EUROCONTROL la ha adoptado también, de acuerdo con las reglas de vuelo IFR/VFR y la clasificación del espacio aéreo de OACI.

TIPO DE OPERACIÓN DESCRIPCIÓN

Operaciones a muy baja altitud (VLL)

Por debajo de las altitudes típicas de IFR o VFR de aviación tripulada. No excede 400ft por encima del suelo.

VLOS – Visual Line of Sight

Línea de vista visual

Dentro de un rango no mayor de 500m desde el RP, en el cual éste mantiene contacto visual directo con el RPA.

EVLOS – Extended Visual of Sight

Línea de vista visual extendida

Por encima de los 500m, el RP tiene apoyo de uno o más observadores adicionales, cuyas tripulaciones mantienen contacto visual directo con el RPA

BVLOS – Beyond VLOS

Más allá de VLOS

Si no está disponible el apoyo de otras aeronaves, se necesitan sistemas tecnológicos de apoyo. Pueden ser necesarios por debajo de 500m siempre y cuando no se tenga línea de vista visual directa.

Operaciones RPAS con reglas VFR o IFR

Por encima de 400ft

RLOS – Radio Line-of-Sight

Operaciones IFR (o VFR) dentro del radio de línea de vista de la CGS en espacio aéreo no segregado.

La aviación tripulada está presente. Se requiere la capacidad de DAA para detectar tráfico cooperativo y no cooperativo.

Puede ser necesario aplicar restricciones a los procedimientos.

BRLOS – Beyond Radio Line-of-Sight

Operaciones IFR (o VFR) más allá del radio de línea de vista de la CGS.

El RPA no es directamente visible para la estación CGS por lo que se necesitan comunicaciones de largo alcance. Estas comunicaciones son prestadas por parte del proveedor de servicios de comunicación.

Tabla 1: Clasificación de RPAS según la OACI en función del tipo de operación [3]

La clasificación de la OACI en función de las operaciones se muestra en [3]. Esta clasificación, que al

23 RLOS: Radio LOS.



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contrario que otras ha sido generalmente aceptada, tiene en cuenta la distancia física del operador humano y el RPA, la línea de vista y el rango que puede alcanzar la aeronave no tripulada, teniendo en cuenta la cobertura entre el RPA y la estación CGS).

La distinción entre tráfico OAT y GAT no es arbitraria por lo que los RPAS deberán volar bajo las reglas de vuelo de la aviación general (GAT) establecidas por la OACI. Los vuelos militares de RPAS que satisfagan las reglas establecidas por la OACI también se pueden considerar como GAT.

2.2.2 Clasificación RPAS según la OTAN

Clase Categoría Altitud operacional Alcance

CLASE 1

≤ 150kg

Small: >20kg Hasta 1200ft 50 km (LOS)

Mini: 2-20kg Hasta 1000ft 25 km (LOS)

Micro: <2kg Hasta 200ft 5 km (LOS)

CLASE 2

> 150kg

≤ 600kg

Táctica Hasta 10000ft 200 km (LOS)

CLASE 3

> 600kg

Combate Hasta 65000ft ilimitado (BRLOS)

HALE24 Hasta 65000ft Ilimitado (BRLOS)

MALE25 Hasta 45000ft Ilimitado (BRLOS)

Tabla 2: Clasificación de RPAS según la OTAN [5]

24 HALE: High Altitude, Long Endurance.

25 MALE: Medium Altitude, Long Endurance.



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Otra clasificación importante es la establecida por la OTAN26 [5] y se presenta en la Tabla 2. Para los RPAS de uso militar, el JCGUAV27 de la OTAN, consciente de que es preciso unificar el lenguaje para facilitar tanto los procesos de estandarización como el uso compartido o combinado de los RPAS, propone una clasificación basada en el peso de las aeronave, en concreto del peso máximo al despegue, MTOW28.

2.2.3 Clasificación RPAS según la EASA

Por otro lado, la EASA29 plantea la clasificación mostrada en la Tabla 3 y propone unos requisitos para cada categoría [6]: Open, Specific y Certified.

La agencia no realiza una división según factores o parámetros propios del RPAS como pueden ser el peso o la altitud de operación, típicamente utilizados por otras organizaciones en este tipo de clasificaciones, y se decide por unas categorías de operaciones que tendrán una serie de requisitos que se deberán cumplir para poder llevar a cabo la operación. El nivel de riesgo asociado a cada categoría se establece en función de la energía (cinética y potencial) y la complejidad del RPAS, la densidad de población del área sobrevolada, del diseño del espacio aéreo y de la densidad del tráfico. Los requisitos para cada categoría se adecuan al nivel de riesgo asociado a cada categoría. Por lo tanto, los requisitos que se exigen a cada categoría resultan más exigente según aumente el riesgo asociado a ésta.

Categoría Open (riesgo bajo): la seguridad es garantizada a través de limitaciones operacionales, el cumplimiento de los estándares de la industria y el requisito de disponer de ciertas funcionalidades y un mínimo de reglas de operación. La aplicación de estos requisitos es normalmente realizada por la policía y otras autoridades.

Categoría Specific (riesgo medio): requiere una Autorización de Operación, por parte de una Autoridad Nacional de Aviación, después de la realización de una evaluación de riesgos que establezca limitaciones específicas adaptadas a cada operación. Un Manual de Operaciones enumera las medidas de mitigación de riesgos consideradas para la operación.

Categoría Certified (riesgo alto): los requisitos de esta categoría llegan a ser similares a los de la aviación tripulada. La supervisión será realizada por las Autoridades Nacionales (licencias/aprobaciones de mantenimiento, operación, entrenamiento y ATM/ANS) y por EASA.

26 OTAN: Organización del Tratado del Atlántico Norte.

27 JCGUAV: Joint Capability Group on UAV.

28 MTOW: Maximum Take-off Weight.

29 EASA: European Aviation Safety Agency.



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CATEGORÍA Riesgo Requisitos

OPEN Bajo

En esta categoría, la seguridad es garantizada mediante el establecimiento de unas reglas mínimas, limitaciones operacionales, estándares industriales que deben cumplirse y el requisito de disponer de ciertas funcionalidades. Además, es la policía, y otras autoridades, la encargada de supervisar su aplicación.

Todas las operaciones que se desarrollen en la categoría Open deben respetar las siguientes limitaciones durante su operación:

Solo se permiten vuelos con línea de vista visual directa del piloto remoto (VLOS < 500 m.)

El peso máximo al despegue del drone debe ser inferior a 25 kg (MTOW < 25 kg)

Las autoridades pueden definir zonas 'no-drone', donde cualquier operación está prohibida si no se dispone de la aprobación de la autoridad, y zonas 'limited-drone', donde se debe disponer de una función que permita una fácil y rápida identificación, siempre respetando las limitaciones impuestas en dichas áreas.

El piloto es el responsable de mantener una separación adecuada respecto de cualquier otro usuario del espacio aéreo.

No se debe superar una altitud de 150 m. por encima de tierra o agua.

El piloto es responsable de mantener una distancia segura respecto a las personas y propiedades en tierra que no se encuentren relacionadas con la operación y nunca volar sobre grupos de más de 12 personas.

La categoría Open es la única que dispone de limitaciones bien definidas de peso, altura máxima y línea de vista. Además, también se caracteriza por no requerir de certificaciones ni aprobaciones para volar y, en ocasiones, pueden necesitar funciones de 'geo-fencing' e identificación al sobrevolar determinadas áreas.

SPECIFIC Medio

Esta categoría incluye todas las operaciones que no cumplen con las limitaciones establecidas para la categoría Open y que se han presentado anteriormente. En estas operaciones, un cierto riesgo necesita ser mitigado por alguna limitación operacional adicional o aumentando la capacidad del equipo o del personal. Estas operaciones pueden realizarse sin línea de vista visual, por lo que la separación no dependerá del piloto sino de los equipos instalados a bordo (DAA). Además, se debe considerar que en estas operaciones se comparte espacio aéreo con otros usuarios, incluida la aviación tripulada.

El operador debe realizar una evaluación de riesgos de seguridad con la que analizar el riesgo de cada operación antes de su comienzo e identificar y proponer medidas mitigadoras, que serán revisadas y aprobadas por la Autoridad Nacional correspondiente. Esta evaluación de riesgos debe identificar tanto los peligros técnicos, aquéllos relacionados con el fallo de alguna función, como los peligros operacionales, más relacionados al espacio aéreo y al piloto.

Para esta categoría, se emitirá una Autorización de Operación, por la NAA30 que corresponda, contando con el apoyo técnico de una Entidad Cualificada. Dicha Autorización deberá especificar claramente las condiciones y las limitaciones para la operación prevista y estará adaptada al riesgo que suponga dicha operación.

Por último, se debe disponer de un Manual de Operaciones que defina los procedimientos de operación, el nivel de aeronavegabilidad requerido y el nivel de competencias del personal involucrado en la operación.

30 NAA: National Aviation Authority.



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CERTIFIED Alto

Los requisitos de las operaciones de categoría Certified llegan a ser comparables a los de la aviación tripulada. Se lleva a cabo una supervisión por parte de las Autoridades Nacionales (licencias/aprobaciones de mantenimiento, operación, entrenamiento, ATM/ANS) y la EASA (diseño y aprobación de organizaciones).

Para estas operaciones, la evaluación de riesgos de seguridad que se realiza para la categoría Specific puede no ser suficiente. Además, la separación entre categorías Specific y Certified no está bien definida en términos de peso. EASA solamente considera a todos los drones de MTOW > 150 kg sujetos a las medidas de la categoría Certified. Los drones de menos de 150 kg no tienen categoría definida de forma clara.

En estas operaciones, los riesgos aumentan hasta niveles similares a los de la aviación tripulada, por lo que los drones serán tratados de la misma forma que la aviación tripulada, mediante certificados. Serán certificados por su aeronavegabilidad y, a partir de ahí, tendrán ciertas restricciones operacionales.

Para que un drone pueda operar en esta categoría deberá contar con dos certificados: un Certificado de Tipo, para el tipo de drone, y un Certificado de Aeronavegabilidad, para un determinado drone en particular.

Por su parte, el piloto también debe contar con licencia y el operador debe poseer su Certificado de Operador Remoto. Las distintas organizaciones de diseño, producción, etc. también deben disponer de sus respectivas aprobaciones.

Tabla 3: Clasificación de RPAS según la EASA [6]

Como conclusión, se puede afirmar que la taxonomía que se seguirá será en función de la operación desarrollada por el RPAS, ya que es la aceptada mayoritariamente por todas las iniciativas europeas que estudian la integración de los RPAS en el espacio aéreo no segregado.



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2.3 Principios de Integración

La segregación actual de los RPAS de otros usuarios del espacio aéreo pretende proporcionar un entorno operativo seguro. Sin embargo, el establecimiento de estas restricciones en cuanto al espacio reduce la flexibilidad de las operaciones pretendida por la comunidad ATM y limita el alcance y las prestaciones de las operaciones de todos los usuarios. Por esta razón, no solo los operadores de RPAS reclama la integración en un espacio aéreo no segregado, sino también el conjunto de la comunidad ATM. A lo largo de este aparatado se identifican las restricciones operacionales asociadas a la integración de los RPAS.

Los esfuerzos llevados a cabo en lo referente a la integración de los RPAS en el espacio aéreo no segregado se centran en tres retos distintos: técnicos, operativos y de regulación [7, 8]. El objetivo de este OCD31 es describir las características del sistema desde una perspectiva operacional. Los otros retos, técnicos y regulatorias, incluyen la necesidad de tener un sistema a bordo adecuado que permita desarrollar la función de DAA, la necesidad de proteger los Datalink asociados a C2 o la necesidad de establecer una taxonomía clara de operaciones para desarrollar un marco regulatorio común.

Se considera que los RPAS tendrán que integrarse en el sistema ATM adaptándose éstos al sistema y no al revés. Esto significa que el sistema ATM no necesitará sufrir cambios importantes en sus procedimientos o funciones para asegurar las operaciones de los RPAS, los cuales tienen que demostrar que cumplen con los niveles de seguridad requeridos.

Es fundamental armonizar y establecer un consenso sobre los procedimientos durante el proceso de integración basando las regulaciones en las disposiciones de la OACI. Las reglas que se establezcan deben ser proporcionales al tipo de operación de los distintos RPAS.

31 OCD: Operational Concept Document.



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3 CONDICIONES DE OPERACIÓN

3.1 Tipos de aeronaves y RPAS considerados

Para elegir el modelo de aeronave, se tiene en cuenta que se trata de una modelización inicial por lo que se elige una aeronave muy utilizada, de corto-medio alcance y que albergue los sistemas y las performances más comunes y actuales. Por ello, se ha elegido como modelo de aeronave un Boeing 737-900ER.

El B737 lleva produciéndose desde 1968, actualmente llevan construidos 9001 modelos incluyendo todas las variantes del mismo (desde el 737 Classic hasta el 737-900er) [9]. El modelo elegido, B737-900ER, forma parte de la serie NextGeneration. Entró en servicio en Septiembre de 2006. Hoy en día ya han sido entregadas 5968 unidades de esta generación.

En cuanto a los RPAS, actualmente BADA 3.12 cuenta con cuatro RPAS modelizados. Estos son: el RQ-4A Global Hawk, el MQ-9A Reaper, un Generic tactical RPA y el RQ-2A Pioneer. Estos cuatro RPAS han sido escogidos por la disponibilidad de sus datos. Los datos correspondientes a los dos primeros modelos provienen de grabaciones de vuelos, y los datos correspondientes a los dos últimos han sido generados a través de distintas fuentes de información.

Figura 4: Boeing 737 – 900ER



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El tercer RPA mencionado, el Generic tactical RPA, no corresponde a ningún modelo concreto. Es una modelización de un RPAS genérico de categoría Táctica según la OTAN [10]. Con esto se pretende dar cabida en esta modelización a los RPAS con un techo operativo medio y una autonomía media.

De los cuatro modelos de RPAS recogidos en BADA 3.12, dos de ellos cuentan con motor alternativo, otro con turbopropulsor y el cuarto con un motor tipo jet.

Figura 5: (a) RQ-4A Global Hawk, (b) MQ-9A Reaper y (c) RQ-2A Pioneer

(a)

(c)

(b)



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Nombre de la aeronave

Categoría Tipo de motor MTOW

(kg) Techo

operativo (ft) Mmax

RQ-4A Global Hawk HALE JET 12134 65000 0,62

MQ-9A Reaper MALE TBP 4763 50000 0,7

Generic tactical RPA

LALE32 PST 490 16400 0,3

RQ-2A Pioneer LALE PST 205 15000 0,22

Tabla 4: Características de los modelos de RPAS disponibles en BADA 3.12 [11]

A partir de la Tabla 4 se deduce que dos de los RPAS modelizados por BADA, el RPAS genérico y el RQ-2A Pioneer, no son capaces de alcanzar el espacio aéreo superior por tener un techo operativo más bajo.

Además existe una gran diferencia en relación a los pesos de los distintos modelos. Mientras el RQ-4A Global Hawk y el MQ-9A Reaper tienen pesos de referencia muy superiores a una tonelada, los otros dos modelos ni siquiera llegan a la media tonelada. Esto marcará posteriormente una gran diferencia en cuanto al consumo de combustible de los diferentes modelos, consumiendo más aquellos cuyo peso es mayor. Es preciso mencionar también que el Global Hawk posee un MTOW superior a las 12 toneladas de peso, lo que le hace diferenciarse del resto de modelos de RPAS en cuanto a la categoría de estela turbulenta y por tanto, a priori, parece el más apto para desenvolverse en un espacio aéreo controlado junto con el resto de aeronaves convencionales.

Los datos proporcionados por BADA para los casos de crucero, ascenso y descenso son la velocidad, el combustible consumido y el régimen de ascenso o descenso. Estos datos son proporcionados para un determinado número de Mach y para tres tipos de pesos: low, nominal y high. Para este análisis destinado a la elección de los RPAS de referencia se han tomado únicamente los datos correspondientes al peso nominal de cada aeronave.

Por otro lado, se comparan las características operativas de los RPAS existentes en BADA con dos modelos de aeronaves comerciales, el A320 y el B737. De esta comparación se puede concluir que el modelo RQ-4A Global Hawk es el que posee unas características operativas más cercanas a las de una aeronave comercial, exceptuando el consumo de combustible, ya que aunque el RQ-4A Global Hawk es el RPAS que posee un peso mayor, su peso está aún muy lejos de poder compararse con los de las aeronaves comerciales.

32 LALE: High Altitude, Long Endurance.



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3.2 Escenarios de Referencia

El escenario de referencia considerado está acotado a operaciones de RPAS en crucero, sin considerar

las fases de despegue, ascenso, descenso y aterrizaje.

La operación se realizará en un sector de espacio aéreo español de clase A, en el cual solo se permiten

vuelos IFR. Dentro de este espacio aéreo todos los vuelos están sujetos al servicio de control de tránsito

aéreo y están separados unos de otros. Por esta razón, se requiere comunicación aeroterrestre continua

para todos los vuelos, los cuales están sujetos a autorización ATC [12].

Se estudiará la interacción entre RPAS y aeronaves convencionales en dos intervalos de espacio aéreo:

Escenario 1: Entre FL220 y FL320 se evalúa durante la fase en ruta la integración de un RPAS

con mayores prestaciones y con techo operativo mayor.

Escenario 2: Entre FL220 y FL120 se utilizará un RPAS de una clase con menores prestaciones

de operación y con techo operativo más bajo. El escenario representa la operación en un TMA

donde las aeronaves se encuentran en evolución.

En ambos escenarios de referencia se utilizará la misma aeronave convencional.

Tabla 5: Características del espacio aéreo de clase A [12]



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3.3 Elección del RPAS

Dado que el objetivo del trabajo es establecer las mínimas de separación necesarias entre un RPAS y una aeronave convencional que interaccionan en un espacio aéreo no segregado, conviene elegir un RPAS cuyas prestaciones (velocidades, ascenso, descenso) difieran en mayor medida respecto a las prestaciones de un B737-900ER. En cuanto al Escenario 1, únicamente existen dos RPAS considerados por BADA 3.12 cuyo techo operativo cae dentro del intervalo de altitudes: Global Hawk y MQ – 9A Reaper. Como ya se ha mencionado anteriormente, el Global Hawk tiene prestaciones de ascenso y descenso similares a las de un B737, mientras que las del MQ – 9A Reaper son considerablemente inferiores. Por esta razón, se utilizará un MQ – 9A Reaper para el Escenario 1.

En cuanto al intervalo de altitudes inferior del escenario de referencia, existe la posibilidad de util izar el modelo genérico táctico de RPAS o un RQ-2A Pioneer. En el caso del RPAS genérico no se trata de un RPAS concreto y BADA no especifica a partir de que datos ha establecido las características de este RPAS. Por lo tanto, y como se prefiere trabajar con un RPAS concreto y con información fiable, se elige el RQ-2A Pioneer para evaluar el impacto de la integración RPAS en el intervalo de altitudes inferior.

La Figura 7 muestra los dos escenarios que se van a considerar y la aeronave convencional y los RPAS que operarán en cada uno de ellos durante el estudio para la definición de mínimas de separación de operación entre los RPAS y la aeronave convencional.

RPAS 1

RPAS 2

Aeronave Convencional

FL320

FL220

FL120

Escenario 1

Escenario 2

Figura 6: Clasificación de Escenarios



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La comparación detallada de las prestaciones, en cuanto a velocidades, consumo de combustible y ascenso y descenso, se incluirá en el siguiente entregable dentro del contexto de la modelización en BADA3 de los RPAS.

3.4 Misiones del RPAS

Existen distintos modos de operación de un RPAS en ruta puesto que pueden realizar virajes, cambios de niveles de vuelo o cambios de velocidad. Por ello, es necesario conocer sobre qué misiones van a operar los RPAS dentro del escenario de referencia. En este apartado se van a identificar un total de dos misiones en fase de ruta de acuerdo a la trayectoria descrita por la aeronave para dicha fase de vuelo:

Misión 1: Trayectoria rectilínea a nivel de vuelo establecido. Vuelo 2D.

Sin virajes.

Sin fases de ascenso y descenso

Escenario 1

Escenario 2

MQ – 9A Reaper

RQ-2A Pioneer

B737-900ER

B737-900ER

FL320

FL220

FL120

Figura 7: Elección de RPAS para cada Escenario

Figura 8: Misión 1



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Misión 2: Trayectoria con virajes a distinto nivel de vuelo.

Sin virajes

Con fases de ascenso y descenso

Figura 9: Misión 2



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4 REQUISITOS OPERATIVOS

Las operaciones de los RPAS tendrán lugar en un espacio aéreo compartido con otra aeronaves convencionales, interaccionando con otros usuarios del espacio aéreo y originando un riesgo para las poblaciones sobrevoladas. Por ello, los RPAS deben cumplir unos requisitos mínimos en cuanto a:

Comunicaciones

Navegación

Vigilancia

Garantía de separación

Resolución de conflictos

La Tabla 6 enumera los requisitos mínimos generales que un RPAS debe cumplir [13, 14, 15] para que su integración en el espacio aéreo no segregado sea aceptada por la comunidad ATM.



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Debido a que la Tabla 6 muestra un listado inicial y general de los requisitos mínimos operacionales que debe cumplir un RPAS para facilitar su integración en el espacio aéreo no segregado, en próximos entregables se incluirá un análisis más detallado de los requisitos técnicos y operativos que deben cumplir los RPAS.

Principios Generales

RPAS deben cumplir con la regulación y los procedimientos actuales y futuros

Las operaciones RPAS no deben aumentar los riesgos para otros usuarios

La integración RPAS no debe suponer para otros usuarios la integración de equipamiento adicional

Los procedimientos entorno a la operación de los RPAS no deben diferir sustancialmente respecto a los de la aviación tripulada

Integración ATM

La integración de los RPAS no debe implicar un impacto significativo sobre los usuarios actuales del espacio aéreo

La provisión de servicios ATS a los RPAS debe ser transparente de cara a los ATCo

RPAS deben cumplir con el proceso de gestión de trayectorias de SESAR

RPAS deben cumplir con los procedimientos y reglas ATC

RPAS deben cumplir con las prestaciones requeridas en el espacio aéreo donde vayan a operar (Concepto SESAR de espacio aéreo Managed o Unmanaged)

El rendimiento de la aeronave y las comunicaciones con el proveedor ATS deben ser continuamente monitorizadas por el RP.

Niveles de Seguridad Operacional

La integración de los RPAS no puede condicionar en ningún caso los niveles de seguridad operacional actualmente existentes, y menos aumentar los riesgos asociados a diferentes amenazas.

Equipamiento Los RPAS deben tener el mínimo equipamiento requerido para integrarse en la clase del espacio aéreo en la que tiene intención de volar (Managed o Unmanaged)

DAA Los RPAS deben disponer de un método aprobado de detección y resolución de conflictos. Todas las operaciones de los RPAS fuera de VLL no se permiten sin un sistema DAA.

Tabla 6: Resumen de requisitos mínimos a cumplir por un RPAS [1]



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5 REFERENCIAS

[1] Grupo de Investigación de Navegación Aérea (GINA); UPM, «Future intensive use of UASs for civil and military appplications in non-segregated airspace,» 2014.

[2] SESAR, «CONOPS at a Glance, Edition 2,» 2011.

[3] OACI, «Annex 2 - Rules of the Air Tenth Edition,» 2005.

[4] OACI, «Enmienda 43 del Anexo 2 - Reglas del Aire».

[5] OTAN, «NATO Standardization Agreement STANAG 4586. Standard Interfaces of UAV Control System (UCS) for NATO UAV Interoperability,» 2005.

[6] EASA, «Concept of Operation for Drones».

[7] K. R. e. Al., «Integration of Unmanned Aircraft System (UAS) in Non-segregated Airspace: A Complex System of Systems Problem,» Loughborough University, UK.

[8] European RPAS Steering Group, «Roadmap for the integration of civil Remotely-Piloted Aircraft Systems into the European Aviation System,» 2013.

[9] BOEING, [En línea]. Available: http://www.boeing.com/commercial/737ng/.

[10] NATO, «NATO Standardization Agreement STANAG 4586. Standard Interfaces of UAV Control System (UCS) for NATO UAV Interoperability,» 2005.

[11] EUROCONTROL, «User Manual for the Base of Aircraft Data (BADA) 3.12».

[12] AIP España ENR 1.4, «CLASIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL ESPACIO AÉREO ATS,» 2016.

[13] EUROCONTROL, «Unmanned Aircraft Systems – ATM collision Avoidance Requirements,» 2010.

[14] EUROCONTROL, «Specifications for the use of Military Remotely Piloted Aircraft as Operational Air Traffic Outside Segregated Airspace,» 2012.



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[15] OACI, «Manual on Remotely Piloted Aircraft Systems,» 2012.

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