Три слагаемых интеграции. UTM, V2V, DAA названы основными этапами допуска БВС в воздушное пространство США

UTM, V2V, DAA - три главных составляющих интеграции БАС в национальное воздушное пространство: задача, решаемая всеми развитыми странами была подробно обсуждена на симпозиуме в США. Рынок беспилотников впечатляет своей динамикой, но настоящее развитие связывают с решением задачи безопасных совместных полетов БВС между собой и с пилотируемыми воздушными судами. 


Прежде чем перейти к обсуждению этапов и возможных технологий интеграции БВС в национальное воздушное пространство участники симпозиума договорились сформулировать задачи, которые необходимо решить комплексом мероприятий нормативного и технического характера. В результате дебатов были сформулированы следующие условия, обязательные к соблюдению на каждом этапе интеграции:

  1. Каждый участник воздушного движения в каждый момент времени должен обладать полной осведомленностью о воздушной обстановке и других ВС, совершающих полет вблизи;
  2. Каждый участник воздушного движения должен быть осведомлен о запретах и разрешениях, имеющихся в конкретном месте выполнения полета БВС;
  3. При любом из этапов интеграции не должно создаваться новых для авиации сущностей - только новые возможности и правила;
  4. С незащищенных технологий интеграцию нельзя даже начинать. 

UTM - первый шаг в будущее

С июня 2016 года авиационная администрация США выдает официальные разрешения компаниям на авиационные работы с применением БАС.  Инициатива UTM возникла из фактического массового разрешения низковысотных операций и соответствующей необходимости дать эксплуатантам БАС права и возможности выполнять эти операции комфортно и безопасно.

Основную глобальную задачу разрабатываемой концепции UTM сформулировал Пэримал Копардекар, главный технолог NASA, руководитель деятельности по созданию UTM для NASA - "UTM должна дать каждому участнику воздушного движения полную осведомленность". Только приборное наблюдение каждым пилотом БВС других участников движения обеспечит развитие безопасных полетов по правилам полета по приборам (BVLOS). При этом представитель NASA отметил, что система UTM действует только в отношении БАС и только на высоте до 500 футов над уровнем земли (150 метров).


Кроме обеспечения осведомленности, UTM будет помогать в бесконфликтном планировании маршрутов. Безусловно, полезным является информированность внешнего пилота о том, что планируемый им маршрут не пересекает уже зарезервированный воздушный коридор другого беспилотника. Однако, длительное ожидание свободного коридора не является эффективным решением, и на скорую смену постоянно закрытым маршрутам должны прийти алгоритмы динамически назначаемых маршрутов внутри системы UTM.

Реализация такой возможности позволит гибко координировать перемещения БВС в режиме реального времени, разрешая или ограничивая полеты онлайн, и уже сегодня специалисты FAA в сотрудничестве с NASA и представителями бизнеса разрабатывают соответствующие технологические решения.

Видение архитектуры будущей системы практически идентичное у всех сторон обсуждения, хотя в докладах сознательно не раскрываются некоторые детали. Определенно одно: основное ядро системы разрабатывает и обслуживает FAA – это система предоставления полетной информации FIMS (Flight information Management System). Дальнейшие дискуссии возможны лишь вокруг того, кто и какие сервисы может организовывать через платформу UTM.

UTM

В первую очередь, будет обеспечен стандартизованный канал C2 (communicate and control) между службами FAA,  операторами дронов и другими участниками воздушного движения. При этом обмен данными и необходимыми сообщениями будет осуществляться через распределенную сеть высокоавтоматизированных систем, через интерфейсы прикладного программирования API  (application programming interfaces), а не посредством голосового сообщения между пилотами и контролерами воздушного движения.

Стив Бредфорд, главный научный сотрудник Next Gen FAA, подтвердил, что  система UTM не будет вмешиваться в управление беспилотником со стороны контролирующих служб, поскольку только оператор дрона несет ответственность за полет. Система позволит сообщать непосредственно внешнему пилоту о потенциальных рисках и о возможных опасных сближениях.

Пэримал Копардекар отметил, что разработка концепции UTM будет завершена к 2019-2020 годам. Создание единой системы организации трафика беспилотников разделено на модульные разделы, и отдельные этапы можно реализовать уже сейчас. Одним из таких первых модулей является проект LAANC.


LAANC – простейший способ начать летать

Сегодня в США не требуется получать разрешение на полеты в неконтролируемом воздушном пространстве, если они осуществляются в дневное время суток, не над людьми и в пределах визуальной видимости. Если пользователю необходимо отказаться от одного или нескольких этих требований, он обязан подать запрос - Waiver or Authorization - в FAА, чтобы получить разрешение на такой полет. Частой необходимостью является совершение полетов БВС для выполнения работ вблизи аэропортов. Получение разрешения на такой полет в ручном режиме занимает около 90 суток, для мгновенной выдачи разрешений на полеты в контролируемом воздушном пространстве создана автоматизированная система LAANC. 

Автоматизированная система выдачи разрешений на полёты БВС на низких высотах в контролируемом воздушном пространстве, известная как LAANC - Low Altitude Authorization and Notification Capability, позволяет сопоставлять планы полетов всех участников воздушного движения в контролируемом воздушном пространстве вблизи аэропортов и назначать полеты БВС в свободные "окна" от пилотируемых ВС. Обработка заявок на полет происходит в реальном времени, что позволяет сократить процесс подтверждения разрешений с трех месяцев до трех минут. 

В соответствии с американским законом, операторы дронов, летающие по правилам Части 107, которая определяет требования для малых БАС массой конструкции до 55 фунтов, в случае полета в контролируемом воздушном пространстве должны получить разрешение от FAA на полет. Чтобы ускорить выдачу этих разрешений, FAA разместило в тестовом варианте систему LAANC, основанную на обмене данными всех пользователей воздушного пространства. 


Важно заметить, система LAANC использует данные о воздушном пространстве, предоставляемые через карты БАС. Карты показывают максимальную высоту вокруг аэропортов, где FAA может разрешить операции в соответствии с Частью 107. LAANC дает операторам беспилотных летательных аппаратов возможность использовать эти карты и предоставлять автоматические запросы на уведомление и авторизацию в FAA. 

Чиновники согласились, что для коммерчески эффективных полетов важно быстро планировать свои рейсы и не тратить времени на долгие бюрократические процедуры. Более того, LAANC позволит и повысить безопасность полетов, поскольку обеспечит диспетчерским службам и другим контролерам  воздушного движения возможность видеть, где будут проводиться запланированные полеты БАС.

Во вступительном слове Дэна Элвелла прозвучало, что общенациональное тестирование данной программы в 2018 году начнётся уже 30 мая.  Участие в масштабном тестировании примут более 500 аэропортов (в 2017 году в LAANC участвовало 50 аэропортов) и около 300 объектов воздушного движения.

С 16 апреля начнётся подача заявок для компаний на подтверждение статуса USS (UAS Service Suppliers) - поставщиков дополнительных сервисных услуг. Это значит, что FAA рассмотрит возможность соглашений с дополнительными организациями по предоставлению услуг LAANC. В настоящее такой статус получили четыре провайдера - AirMap, Project Wing, Rockwell Collins и Skyward. Срок подачи заявок на подтверждение статуса USS продлится до 16 мая, а процесс рассмотрения займет до 5 месяцев. Финальный запуск программы состоится 13 сентября.

Предполагается, что именно система LAANC станет прототипом общегосударственной системы  UTM и первым шагом к долгожданной возможности совместных полетов всех типов воздушных судов даже в неконтролируемом воздушном пространстве.

Полеты за пределами UTM

При всей привлекательности концепции UTM только этой системой вопрос интеграции решить не удастся, и если бы уже сегодня были технологически и нормативно решены задачи следующего порядка, то и концепция UTM была бы совершенно иной, вплоть до полного отказа от UTM.  

Да, на начальной стадии интеграции планировать маршруты низковысотных дронов будет автоматизированная система UTM, в которую в режиме реального времени передается информация с каждого беспилотника, либо с каждой наземной станции. Вероятная технология, которая рассматривается для обмена данными в системе UTM - это интернет-связь LTE или мобильный стандарт нового поколения 5G. Однако, американские коллеги отмечают, что даже при высокой степени покрытия связью на территории США (почти 90%) остаются районы, не обеспеченные связью. Кроме того, связь может не быть стабильна в труднодоступных районах, что способно привести к критическим конфликтам. 

Гур Кимчи,  вице-президент Amazon Prime Air, высказал предложение о том, что взаимодействие должно вестись на сетевом принципе одновременно на уровне наземных контроллеров и на уровне беспилотных воздушных судов. 


По мнению Амазон, следующей задачей интеграции и ее этапом должно стать развитие технологий V2V (Vehicle to Vehicle). Эта технология должна обеспечивать взаимодействие воздушных судов и передачу информации на наземную станцию даже тогда, когда система UTM не смогла решить конфликт или оказалась недоступна. 

«В беспилотной авиации наиболее важным является вопрос, как обеспечить взаимодействие между дронами и осведомленность о полетах друг друга в любых условиях», - прокомментировал Кимчи.

Взаимодействие между БАС должно быть направлено на сохранение и поддержание безопасности всего воздушного пространства на любых высотах.  И беспилотные, и пилотируемые воздушные суда должны быть оснащены соответствующим образом, чтобы иметь возможность идентифицироваться, для этого в США создается автоматическая дистанционная идентификация воздушного судна Remote ID, а также защищенные каналы связи борт-борт, борт-контролер и контролер-контролер.

Изначально оператор дрона определяет и вносит в систему UTM ту зону, в которой он собирается летать. Когда дрон приближается к зоне, в которой летает другое воздушное судно, он предупреждает другой борт о приближении через связь V2V – борт-борт, а также передает информацию на наземный контролер этого судна через V2C – борт-контролер, что позволит не допустить дальнейшего сближения и конфликта. Если дрон приближается к контролируемому воздушному пространству, то диспетчерские службы и службы УВД (если они в данной зоне предусмотрены) должны иметь возможность передавать информацию со своей станции на станцию внешнего пилота C2C или передавать такую информацию через борт дрона, если местонахождение наземной станции не определено. 

Гур Кимчи отметил, что бизнесу уже сегодня необходимы стандарты для C2C, V2V, V2C связи, работы над которыми еще ведутся, а также регулирование, позволяющее использовать автоматическую систему «увидел - уклонился».

Узким местом дискуссии стал вопрос о кибербезопасности предлагаемых решений, ведь ни один из протоколов сети интернет не является надежным достаточно, чтобы ему можно было доверить безопасные полеты дронов. Каким образом будем обеспечиваться кибербезопасность каналов связи, если планируется задействовать открытый интернет-канал связи, Кимчи не пояснил.

Вопрос возможных технологий вызывал большое количество вопросов от участников симпозиума. По словам представителей FAA, вопрос кибербезопасности применяемых сегодня технологий находится в фокусе пристального внимания, и пока нельзя сказать, что этот важнейший вопрос решен. Для внедрения технологии C2C, V2V, V2C  в беспилотной авиации будет использована технология иная, чем применяется сегодня в большой пилотируемой авиации, но здесь есть несколько сложностей, над которыми в США идет работа. Было отмечено, что технологии наблюдения и управления в беспилотной авиации должны быть едины и применимы как в странах с развитой инфраструктурой, так и там, где такой инфраструктуры нет, и в этом главная сложность в принятии решения. Всем государствам стоит плотнее взаимодействовать и предлагать решения, не останавливаясь на пассивном ожидании. 

Стратегический директор Skyward Мэт Фанелли подчеркнул: "Международное сообщество часто лишь наблюдает за успехами FAA, перенимая опыт регулирования. Это ожидание приводит к тому, что в мире сегодня фактически нет альтернативных путей развития БАС".

Вице-президент DJI Брендан Шульман поддержал эту мысль: «В Европе система регулирования, которую пытаются ввести, чрезмерно сложна. Она намного более запутанна, чем правила Части 107. Как производители мы не хотим создавать принципиально разные технологии для различных стран».

Дерен Кан, заместитель министра по вопросам политики Министерства транспорта США, сообщил о том, что авиационная администрация и лица, принимающие решения, открыты к диалогу с бизнесом и готовы воспринимать готовые технологические идеи.

Финальное решение интеграции - сценарий, когда ни одни предыдущий этап не разрешил конфликт опасного сближения: Система UTM не доступна и технология V2С не смогла передать оператору дрона информацию о сближении. В этом случае взаимное определение координат и прогноз конфликта с помощью технологии V2V должен активировать систему следующего поколения DAA (detect and avoid), которая предотвратит столкновение в автоматическом режиме без участия человека. Однако для такой функции нужно особое регулирование ответственности - отметил  вице-президент Amazon Prime Air.

Майкл Кретчез, заместитель помощника президента и заместитель технического директора исполнительного офиса президента США, заметил: «Федеральная авиационная администрация работает над законодательной инициативой, позволяющей службам безопасности использовать технологии, способные обнаруживать и, при необходимости, смягчать угрозы, связанные с БАС».

Кретчез также указал, что в Белом доме поддерживают идею об ускорении нормативных изменений: «Мы не можем упустить возможности будущего из-за скованного бюрократией прошлого», - сказал он. 

Проект Project Wing

Собственный прототип информационной среды, аналогичной UTM, продемонстрировала компания GOOGLE.

Джеймс Берджесс, представляющий проект Google Project Wing по доставке грузов, заявил, что разработчики проекта опирались на риск-ориентированный подход к тестированию аппаратного и программного обеспечения, использующегося в проекте.

Берджесс согласился с Кимчи, что автоматизация полетов,  хотя бы частичная, необходима. Берджесс продемонстрировал результаты исследования, которое показало, что, начиная с апреля 2017 года, количество инцидентов с дронами, управляемыми вручную, превысило аналогичный показатель инцидентов с автоматическими дронами. Тенденция и цифры показывают, что в будущем автоматические системы будут в разы безопаснее.

В рамках Project Wing было совершено более 850 полетов беспилотников для доставки небольших грузов в Австралии – сначала тестировались полеты по VLOS, затем по extended VLOS, в финале компании удалось получить от FAA разрешение на полеты вне визуальной видимости BVLOS.

«Полеты наших беспилотников контролировались LTE связью. Мы выяснили, что если связь LTE  теряется, то, вопреки расхожему мнению, безопаснее продолжить и завершить полет, чем экстренно сажать аппарат на землю», - заключил Джеймс.  


Представитель Google подчеркнул, что перед полетом каждый оператор дрона с помощью мобильного приложения, использующегося в проекте,  получает онлайн информацию о том, в каких зонах он может летать, а какие запрещены. Если информация о доступности тех или иных зон меняется, то оператор получает соответствующее уведомление прямо в полете. Приложение Project Wing также содержит основные правила полетов, с которыми оператор может ознакомиться перед полетом, оно также идентифицирует возможные конфликты и рекомендует способы их разрешения.

Джеймс заявил, что подобные программы позволяет получать бизнесу больше данных, обмениваться информацией и опытом в реальном времени. Важно, оценивая риски, давать возможность профессионалам совершать новые, еще не разрешенные массово полеты, тем самым обеспечивая возможные решения для будущего. Регулирование и законодательство должно быть выстроено таким образом, чтобы давать возможности для последующего масштабирования  интеграции БАС, для продвижения будущих инноваций.

На вопрос о том, кто будет владеть данными и насколько они будут открыты, представители Amazon и Google однозначно не ответили. Кимчи подразделил данные на те, что будут доступны всем пользователям воздушного пространства (consumer data) и те, что будут использоваться конфиденциально (performance-safety data).


Эрл Лоуренс, исполнительный директор интеграционного департамента БАС FAA, сообщил, что в целом подход двух проектов соответствует логике Федеральной авиационной администрации. «Мы все начинаем говорить на одном языке», -резюмировал он.

Менять устаревшие подходы

Анализируя результаты работы симпозиума следует отметить несколько важнейших выводов, которых придерживаются зарубежные коллеги :

  1. Локальная роль системы UTM - только БАС и только до 150 м; 
  2. Акцент на прямое взаимодействие Борт-Борт, Борт-Контроллер без использования наземной инфраструктуры;
  3. Раздельные технологии наблюдения, управления и обмена данными для большой пилотируемой авиации и для беспилотной авиации;
  4. Обязательная киберзащищенность новых технологий.

К сожалению, авиационные власти России проводят совершенно иную технологическую политику, не отвечающую реалиям нового рынка БАС.  Опыт прошедшего международного симпозиума еще больше укрепляет нас в мнении, что пришло время срочно внести изменения в устаревшие решения и пересмотреть принимаемые документы, блокирующие Россию в поиске лучших технологий и выходе на лидерские позиции в мировой конкуренции. 

Комментарии

Главное
Опросы
Что, по Вашему мнению, поможет ускорить развитие рынка беспилотной авиации?
Что, по Вашему мнению, поможет ускорить развитие беспилотной авиации в России?
Ответить
обсуждения