Operaciones de identificación remota y BVLOS: gestión de tráfico UAS (UTM)

En los últimos años, la legislación y las reglamentaciones en torno a los vuelos no tripulados en los EE. UU. han evolucionado rápidamente. Esto ha sido impulsado principalmente por el valor percibido de las operaciones de drones, ya sea comercialmente o para aplicaciones en respuesta a emergencias y seguridad pública. Sin embargo, las operaciones generalizadas de drones no pueden realizarse por completo sin un sistema de gestión del tráfico.

Establecer la gestión del tráfico de UAS (UTM) es uno de los objetivos a largo plazo más desafiantes de la FAA. ¿Qué es exactamente UTM y cómo se beneficia la comunidad de drones? ¿Qué roles tiene Remote ID bajo este sistema?

¿Qué es UTM?

La gestión de tráfico UAS (UTM) es un ecosistema que tiene como objetivo separar aeronaves no tripuladas y aeronaves tripuladas en áreas no controladas del espacio aéreo nacional. Desarrollado a través de una asociación de la FAA, la NASA y otras agencias federales, UTM tiene como objetivo ampliar el alcance de las operaciones seguras de UAS para apoyar más allá de la línea de visión visual (BVLOS) y otros tipos de operaciones de UAS más complejos.

Un aspecto de UTM es que es una entidad separada del ecosistema de Gestión de Tráfico Aéreo (ATM) utilizado en los aeropuertos e implementado por el control de tráfico aéreo (ATC). Esto significa que UTM no se aplica al espacio aéreo controlado, incluido el espacio aéreo de Clase B, C, D y E. En cambio, UTM se implementará desde la superficie hasta 400 pies de altitud en el espacio aéreo Clase G.

¿Por qué es necesario separar UTM de ATM? La razón principal es el gran volumen de operaciones de aeronaves no tripuladas, especialmente considerando el crecimiento reciente de esta industria. Los controladores de tráfico aéreo se verían abrumados si tuvieran que coordinar todas las operaciones no tripuladas. En cambio, UTM ha sido diseñado para ser un sistema autónomo.

Dado que UTM se implementa solo en el espacio aéreo no controlado, no hay un solo controlador de tránsito aéreo encargado de mantenerlo. La visión de la FAA es que UTM sea un producto de la interacción cooperativa entre los operadores de UAS y la FAA. Cómo funciona esto en la práctica. Cómo funcionará este ecosistema en detalle es algo que abordaremos más adelante.

Un UTM en funcionamiento abrirá las puertas a valiosas operaciones de UAS, como la entrega autónoma de drones, la movilidad aérea urbana y posiblemente los “taxis aéreos”. Teniendo en cuenta las posibles aplicaciones, no sorprende ver a grandes empresas desarrollando tecnologías y cooperando con la FAA para ayudar a desarrollar un sistema UTM completo.

Es importante en este punto señalar que el UTM es un concepto que continúa siendo desarrollado por la FAA. Es posible que aún no veamos la evolución de este ecosistema en los próximos dos años.

Una breve historia de la UTM

Los inicios de UTM se remontan a 2014 cuando la NASA comenzó la investigación, el desarrollo y las pruebas en colaboración con la FAA y más de 100 socios de la industria de la aviación, la academia y las agencias públicas. En 2015, la NASA celebró la Convención de Gestión de Tráfico de Sistemas Aéreos No Tripulados o UTM 2015, donde una audiencia de representantes civiles y gubernamentales internacionales y estadounidenses pudieron debatir y comprender el impacto potencial de la gestión de tráfico de UAS a baja altitud.

Para 2016, la NASA había completado los niveles de capacidad técnica 1 y 2 del proyecto UTM a través de dos demostraciones. En la demostración de TCL 2, la NASA pudo demostrar la viabilidad de realizar operaciones BVLOS de múltiples unidades UAS utilizando un ecosistema UTM.

Durante el mismo año, la NASA y la FAA formaron un Equipo de transición de investigación (RTT) de UTM para que las dos agencias puedan trabajar juntas hacia la implementación final de UTM. También fue durante esta fase que se desarrolló la idea del apoyo de terceros para proporcionar intercambios de información en red. La arquitectura para este intercambio de información se denominó Sistema de Gestión de Información de Vuelo (FIMS).

En 2017, UTM RTT implementó el Programa piloto de UTM (UPP) para probar y demostrar un conjunto inicial de capacidades de UPP en tres sitios de prueba designados. Para 2019, los servicios UTM incluyen autorizaciones de espacio aéreo, notificaciones de actividad e intercambio colaborativo de información de vuelos entre operadores de UAS. Los resultados de estas pruebas luego se recopilaron en un informe como prueba de concepto para el despliegue de capacidades UTM.

De 2017 a 2018, la FAA comenzó a implementar la Capacidad de notificación y autorización de baja altitud (LAANC), un sistema más conveniente para que los operadores de UAS soliciten autorización de espacio aéreo. La principal ventaja de este sistema es que proporciona a los operadores de UAS una respuesta casi instantánea a sus solicitudes. Se amplió aún más la implementación de LAANC

A principios de 2020, la FAA comenzó la implementación de Remote ID. Este es un sistema que permitirá que un UAS en vuelo transmita información de identificación que será recibida por las agencias federales, las fuerzas del orden público y otras partes autorizadas. Las capacidades de la UTM para el intercambio de información actuarán como la arquitectura de soporte para la implementación de la identificación remota.

El papel de la identificación remota en UTM

A finales de 2019, la FAA publicó el Aviso de reglamentación propuesta (NPRM) para la identificación remota. El NPRM recibió muchas críticas en ese entonces, principalmente porque proponía una infraestructura basada en red que planteaba problemas de privacidad y habría sido costosa de usar para los operadores de UAS.

Se realizó una revisión en el NPRM antes de que la regla final se presentara en el Registro Nacional a principios de 2021. Entre los cambios más notables está el cambio hacia un modelo basado en la transmisión. En la infraestructura actual de Remote ID, la señal de transmisión solo puede ser recibida por otras partes en la misma área general.

El objetivo de Remote ID es proporcionar información en tiempo real sobre el espacio aéreo a cualquiera que esté operando dentro del mismo espacio aéreo o esté a cargo de su seguridad. Este es un paso hacia un sistema cooperativo de gestión del tráfico, que es precisamente la visión de la UTM. En ausencia de control de tráfico aéreo, la identificación remota es uno de los mecanismos para mantener seguro el espacio aéreo no controlado.

Aunque la identificación remota ya está técnicamente implementada, los operadores de UAS no necesitan preocuparse por eso todavía. Para fines de 2022, se espera que los fabricantes de drones incluyan módulos de identificación remota en todas sus unidades. Solo después de un año a partir de esta fecha, los operadores de UAS deberán cumplir estrictamente con los requisitos de identificación remota, a menos que operen en áreas de identificación reconocidas por la FAA (FRIA) previamente identificadas.

Vale la pena señalar que el modelo basado en transmisión para identificación remota puede estar en implementación en este momento, pero esto no significa que la FAA haya descartado el modelo basado en red. Basado en el Concepto de Operaciones de UTM, tanto la Difusión Directa como la Publicación en Red todavía se consideran métodos viables para la transmisión de ID Remota.

¿Cómo funcionará UTM?

Los conceptos operativos reales de UTM se pueden encontrar en el Concepto de Operaciones V2.0 documento que ha sido publicado por la FAA. El documento es largo y muy detallado, pero nos centraremos en la arquitectura UTM que se encuentra en la página 9. La arquitectura describe las partes involucradas en UTM, cómo interactúan entre sí y sus funciones y responsabilidades específicas.

En la parte inferior derecha del diagrama están los UAS y sus operadores. A través de la identificación remota basada en la transmisión, los UAS en el mismo pueden comunicarse con otros para evitar conflictos en el espacio aéreo. Los operadores de UAS también pueden comunicarse entre sí o con otras aeronaves si es necesario.

Justo encima de los operadores de UAS se encuentra el proveedor de servicios de UAS (USS). este es un 3^rd proveedor de servicios de terceros que recopila datos sobre las operaciones de UAS y los proporciona a todas las partes interesadas, incluida la FAA, la policía local, otros operadores de UAS en las áreas o el público en general.

El operador de UAS será responsable de recopilar todos los datos relevantes necesarios para operaciones seguras de UAS y transmitirlos al USS. Una información importante es la intención del vuelo, que proporciona detalles sobre la ubicación, la hora y la duración de las operaciones de los UAS. Esto ayuda a evitar conflictos en el espacio aéreo al permitir que otros operadores de UAS en el área sepan que usted estará allí y se espera que se mantenga alejado. Este intercambio de información se realizará a través de un entorno de red.

En el lado izquierdo de este diagrama está el FIMS administrado por la FAA. Esta entidad transmitirá datos sobre las limitaciones del espacio aéreo y solicitará información a los operadores de UAS a través del USS. A cambio, las respuestas y notificaciones de los operadores de UAS también serán transmitidas por el USS al FIMS.

Los operadores de UAS también tendrán la opción de enviar informes de aeronaves no tripuladas (UREP) al USS en caso de que haya información relevante que deseen compartir con otros pilotos y operadores de UAS en el área. Este sistema es similar al Informe de piloto tripulado (PIREP) utilizado en la aviación tripulada. Esto puede ser útil para perturbaciones meteorológicas no notificadas o cualquier otra actividad inusual que pueda comprometer las operaciones de la aeronave.

En la parte superior del diagrama se encuentra el proveedor de servicios de datos complementarios. Esta será probablemente otra agencia federal o un 3^rd proveedor de servicios de terceros que puede proporcionar datos complementarios, como terreno, información meteorológica o cualquier otra información que pueda ayudar en la realización de operaciones seguras de UAS.

Cómo UTM hace posible las operaciones BVLOS

Uno de los principales objetivos de UTM es hacer posibles las operaciones seguras más allá de la línea visual (BVLOS). En este momento, el principal peligro de las operaciones BVLOS es que es imposible ejercer la práctica de “ver y evitar” cuando la aeronave está fuera de la vista. El ecosistema UTM actuará como una extensión de estos protocolos de “ver y evitar”.

Las operaciones BVLOS de UAS requieren planificación y coordinación con el USS. El operador proporciona información inicial al USS. Estos incluyen la ubicación del vuelo, los puntos de interés, la hora de las operaciones y la duración. Con esta información se asigna un Volumen Operacional 4D al operador UAS. El “4D” en este contexto se refiere a las tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal adicional.

Es entonces responsabilidad del USS asegurarse de que no existan conflictos de espacio aéreo entre todos los operadores de su base de abonados, así como los de otros USS con operaciones activas. Los amortiguadores de rendimiento deben aplicarse a la ruta de vuelo proyectada de cada operador de UAS, así como a los tiempos de entrada y salida.

Si hay algún conflicto en los segmentos del Volumen operativo de diferentes operaciones, también es responsabilidad del USS eliminarlos estratégicamente. Esto se puede hacer a través de ajustes espaciales o temporales. Una vez que se completa la planificación, el USS pone a disposición la intención operativa a través de la red del USS. De esta manera, la información de vuelo y la intención operativa pueden ser vistas por otros USS para sus respectivos propósitos de planificación y coordinación.

Durante las operaciones, el USS estará monitoreando la información de identificación remota que debe ser transmitida continuamente por el UAS. En este punto, la operación está en el estado “Activado”. Luego, el USS tendrá que confirmar la conformidad del UAS con la intención operativa presentada en función de la información de identificación remota.

Al salir del Volumen operativo, la operación cambiará al estado “Cerrado”. La información de vuelo relevante será archivada por el operador de UAS y el USS según los requisitos de UTM.

Este escenario destaca la importancia del papel del USS para permitir las operaciones de BVLOS en el ecosistema UTM. El USS actúa de manera similar al controlador de tránsito aéreo, tomando nota de las operaciones planificadas de UAS y desconectándolas si es necesario. Esto también significa que las operaciones seguras de BVLOS solo serán probables en un ecosistema UTM que utilice un modelo basado en red para el intercambio de información.

Cómo los UAS y las aeronaves tripuladas pueden evitar conflictos bajo UTM

Con UTM, y más específicamente Remote ID, los operadores de UAS pueden ser informados de la presencia de cualquier aeronave cercana. Los operadores de UAS deben tomar nota no solo de otros UAS, sino también de cualquier aeronave tripulada. En el modelo actual, las aeronaves tripuladas no tienen la responsabilidad de participar en la UTM ya que se espera que los operadores de UAS simplemente les cedan el derecho de paso.

La interacción de aeronaves tripuladas y UAS bajo un ecosistema UTM puede ocurrir bajo varios escenarios diferentes. No está claro en este momento cuál de estos escenarios se implementará, pero podemos echar un vistazo a algunos que se han identificado en el Concepto de operaciones.

Reservas de volumen UAS

Un sistema propuesto para operaciones BVLOS seguras hace uso de un concepto llamado “reserva de volumen”. Esto se ha propuesto inicialmente para operaciones de UAS de emergencia.

En un escenario de muestra, una aeronave utilizada para la respuesta a emergencias médicas envía una solicitud de reserva de volumen de UAS (UVR) al USS que define un volumen de espacio aéreo y un tiempo de operaciones para la actividad planificada. Como parte de una entidad de seguridad pública, la aeronave es autenticada por la USS para realizar la solicitud.

El USS transmite la solicitud UVR a todos los operadores de UAS en el área, así como al FIMS. Con esta información, los operadores de UAS tienen la discreción de evaluar si sus operaciones interferirán con las operaciones bajo la UVR.

Cuando los operadores de UAS realizan cambios en sus planes, también es su responsabilidad informar los cambios de intención de vuelo al USS. Esto asegura que su nueva intención de vuelo no entre en conflicto con la intención de vuelo actualizada de otros operadores de UAS en el área.

Equipo cooperativo a bordo

Puede ser posible configurar equipos en el UAS que puedan interactuar con equipos compatibles en la aeronave tripulada. Un ejemplo común de este escenario son los receptores ADS-B que se encuentran en algunos UAS que pueden notificar a los operadores de UAS si hay aeronaves tripuladas cerca que están transmitiendo activamente señales de salida ADS-B.

Otra posibilidad es que una aeronave tripulada esté equipada con un módulo que pueda recibir señales de identificación remota para que pueda detectar operaciones de UAS en sus proximidades.

Participación voluntaria pasiva UTM

El piloto de una aeronave tripulada puede optar por participar pasivamente en UTM accediendo a la información UTM local a través del USS o FIMS. El único objetivo aquí es que el piloto obtenga una mayor conciencia situacional de cualquier operación de UAS cercana. Sin embargo, no comparten ninguna información de vuelo a través del USS.

Participación activa voluntaria UTM

Este modelo es bastante similar al anterior, pero la participación activa implica un intercambio de información bidireccional. Esto significa que el piloto de la aeronave tripulada recibe información de operaciones de UAS y también proporciona información de intención de vuelo al USS. Esta información luego se pone a disposición de los operadores de UAS en el área.

En este escenario, un intercambio de información bidireccional no implica que el piloto de la aeronave tripulada vaya a reducir cualquier conflicto con las operaciones de UAS. Todavía se espera que los operadores de UAS cedan el derecho de paso a las aeronaves tripuladas, pero pueden hacerlo con una mayor conciencia de la situación.

Como nota al margen, las operaciones de aeronaves tripuladas normalmente no son relevantes para UTM porque la mayoría de ellas ocurren en altitudes más altas. Sin embargo, los helicópteros y los fumigadores suelen operar por debajo de los 400 pies. Estas operaciones a baja altitud pueden ser difíciles de conciliar con UTM, especialmente si se introducen operaciones BVLOS.

Aunque la participación de aeronaves tripuladas en UTM no es un requisito en este momento, la FAA también establece que “a medida que evolucionan las reglas de vuelo, se espera que los operadores de aeronaves tripuladas compartan cierta responsabilidad por la separación cuando operen en el ecosistema UTM”. Esto implica que los aviones tripulados podrían asumir un papel más activo en UTM en los próximos años. Queda por ver cómo la comunidad de la aviación recibirá tal decisión.

¿Qué sigue para la UTM?

El programa UTM ha recorrido un largo camino desde que el concepto se desarrolló y presentó por primera vez en 2014. La implementación del sistema LAANC fue un gran primer paso en la integración del espacio aéreo de UAS y fue elogiado universalmente por la comunidad de drones.

Aunque la implementación de Remote ID deja mucho que desear, muchos pilotos de drones aún reconocen que es un paso esencial hacia un ecosistema UTM funcional. Es posible que aún no veamos cambios en los requisitos de identificación remota, pero la industria todavía tiene unos dos años antes de que se necesite un cumplimiento estricto.

El próximo gran paso para la FAA es desarrollar un sistema que permita operaciones BVLOS seguras. Este es el objetivo del programa BEYOND, una iniciativa que comenzó en 2020 en asociación con ocho organizaciones, incluido el Departamento de Transporte de Dakota del Norte y el Centro de Tecnología Innovadora en Virginia.

Bajo el programa BEYOND, cada una de las ocho organizaciones asociadas está probando las operaciones de BVLOS en escenarios específicos para generar reglas y estándares que hagan que las operaciones de BVLOS sean seguras, repetibles, escalables y económicamente viables.

Una estrategia que está explorando la Universidad Estatal de Carolina del Norte (en asociación con varias otras universidades) es una operación UAS blindada. Las empresas que realizan inspecciones de líneas eléctricas o tuberías pueden beneficiarse enormemente de esta técnica. La idea es que los UAS se mantengan cerca de obstáculos como líneas eléctricas, copas de árboles o rascacielos para que no entren en conflicto con los aviones tripulados. La idea se inspiró en la estrategia de la siesta de la tierra (NOE) utilizada por los aviones militares para evitar la detección.

La FAA también ha comenzado a crear una distinción entre las operaciones BVLOS locales y las operaciones BVLOS extendidas. En una operación local, el contacto visual se interrumpe solo por la presencia de obstáculos, pero el UAS aún permanece cerca del operador. En una operación extendida, ya no se puede establecer contacto visual debido a la distancia cada vez mayor entre el operador y el UAS. Con esta distinción, la FAA puede implementar diferentes estándares para los dos tipos de operaciones de UAS.

Actualmente, las agencias de seguridad pública ya están recibiendo exenciones tácticas BVLOS (TBVLOS) para operaciones locales de BVLOS. Una restricción de la exención TBVLOS es que el UAS debe permanecer dentro de los 1500 pies del piloto al mando remoto y que el contacto visual debe establecerse lo antes posible.

Pensamientos finales

Establecer un ecosistema UTM en funcionamiento es el objetivo final hacia la integración de los UAS en el espacio aéreo nacional. Esta es también la razón de la rápida evolución de la legislación relacionada con los UAS en los últimos 5 o 6 años. Dado que las operaciones de UAS se reconocen cada vez más por su valor comercial, la necesidad de desarrollar el ecosistema UTM se ha convertido ahora en un asunto importante.

Los esfuerzos actuales se concentran en elaborar estándares para operaciones seguras de BVLOS. Esto probablemente seguirá a la implementación a gran escala de Remote ID. Estos cambios pueden ser difíciles de seguir para muchos operadores de UAS, pero esta es la dirección general hacia la que se dirige la industria.