A medida que los cielos se van abarrotando, los estándares ayudarán a integrar las aeronaves no tripuladas en el Sistema Nacional de Espacio Aéreo (National Airspace System, NAS) de los EE. UU., e incluso a operar más allá de la línea de visión.

By Jack Maxwell

Jul 28, 2022

Entrega de paquetes. Inspección de la infraestructura. Gestión del tráfico. Operaciones de búsqueda y rescate. Y algún día, con la canción principal de la serie animada "Los supersónicos" ("The Jetsons"), quizás incluso haga sus propios recorridos por la ciudad. Cuando se trata de sistemas de aeronaves no tripuladas (UAS), el cielo, definitivamente, no es el límite. Es el punto de partida de un nuevo mundo lleno de posibilidades emocionantes e impactantes.

Tareas como las enumeradas aquí (y muchas más) podrían simplificarse gracias a la velocidad, la flexibilidad y la perspectiva a vuelo de pájaro que proporcionan los UAS. Y de hecho, el "algún día" ya está a la vuelta de la esquina. Desde Amazon y Walmart hasta los servicios públicos y los equipos de respuesta a emergencias, las organizaciones llevan años explorando el potencial de los drones y, en algunos casos, ya han empezado a utilizarlos en programas piloto limitados.

Sin embargo, es necesario resolver una serie de cuestiones interrelacionadas para que esta tecnología pueda desarrollar todo su potencial, como los protocolos de identificación digital de las aeronaves no tripuladas, la coordinación en tiempo real entre el proveedor de servicios de UAS y los sistemas de gestión del tráfico, y la capacidad de operar remotamente y de forma segura las aeronaves no tripuladas.

El Subcomité sobre Operaciones de vuelo (F38.02), que forma parte del Comité de ASTM International sobre Sistemas de aeronaves no tripuladas (F38), está trabajando en varios estándares clave que ayudarán a resolver estas preocupaciones.

Cielos abarrotados

A medida que la implementación de las iniciativas de los UAS continúe expandiéndose, se llegará a un punto de inflexión en el que habrá más aeronaves en el cielo operando sin pilotos que con ellos. Algunos de los trabajos más importantes del F38 se desarrollan en el ámbito de la comunicación entre sistemas y de los estándares de visibilidad digital que se diseñan para mantener un entorno aéreo seguro.

"Si se observa la gestión tradicional del tráfico aéreo, las personas de la torre de control monitorean todo el tráfico y proporcionan instrucciones", dice Amit Ganjoo, fundador y presidente de ANRA Technologies y miembro del Subcomité sobre Operaciones de vuelo. "Eso estaba bien para la aviación tripulada o tradicional, pero cuando se avanza a la aviación no tripulada, la escala es diferente. Actualmente, puede haber 10 000 aeronaves surcando el cielo en un momento dado. Al hacer el cambio a un entorno no tripulado, llegaremos a tener cientos de miles, si no millones, de aeronaves surcando el cielo".

A medida que estas cifras se disparan, el sistema de control del tráfico aéreo se transformará, inevitablemente, de su actual enfoque centralizado a uno que también dé cabida a múltiples actores que controlen sus propias aeronaves de forma individual. Tras dos años de elaboración, se ha diseñado un nuevo estándar, aprobado el pasado otoño, para facilitar la compleja coreografía que hará que un espacio aéreo más concurrido se mantenga seguro para todos.

La especificación para la interoperabilidad de los sistemas de gestión del tráfico de los UAS (UAS traffic management, UTM) y de proveedores de servicios de los UAS (UAS service suppliers, USS) (F3548) es el estándar en cuestión. Según explica Ganjoo, "este estándar de interoperabilidad UAS-USS garantiza que, cuando estos vuelos despegan y aterrizan, y se coordinan estratégicamente, las personas que operan en la zona saben con quiénes tienen que hablar y cómo hacerlo, y que hablan con ellos en formato digital en tiempo real".

En respuesta a la constante evolución de la tecnología de los UAS, tanto en Estados Unidos como en el resto del mundo, ya se ha empezado a trabajar en la siguiente iteración del estándar, con el objetivo de hacerla circular en un año aproximadamente. Los acontecimientos internacionales están ayudando a establecer la agenda.

"Se trata de un estándar global; no se utiliza solo en los Estados Unidos", dice Ganjoo. Por ejemplo, el F3548 se considera un potencial medio de cumplimiento de algunos aspectos de U-Space, el marco europeo para la gestión del tráfico de drones que entrará en vigor en enero de 2023. "En este momento, estamos analizando cómo el estándar ayuda a cumplir algunos de esos requisitos de U-Space, e identificando dónde existen brechas".

Ganjoo señala que las actualizaciones adicionales que se están considerando para la próxima versión del estándar se están viendo a través del prisma del análisis de casos de seguridad. "Hay diferentes servicios en este estándar, como la gestión de las restricciones, el monitoreo del desempeño y la coordinación estratégica", afirma. "¿Cómo contribuye cada uno de estos servicios al tema de la seguridad de la operación de vuelo?". También se incorporarán otras preocupaciones centradas en facilitar un uso justo y equitativo del espacio aéreo y en mejorar la integridad de los USS mediante la creación de mecanismos para hacer frente a los sistemas con desperfectos.

Estándares como el F3548 mejoran la seguridad de una misión con drones porque, incluso antes de que la aeronave despegue, hay un nivel muy alto de confianza en que el vuelo se realizará sin conflictos, lo que significa que no hay otro tráfico en la zona. "Pero todavía hay posibilidades de que haya tráfico desconocido, por lo que se añaden capas de seguridad como detección y evitación (detect and avoid, DAA), o fuentes de datos de vigilancia en tiempo real que identifican el tráfico que no se conocía antes de planificar el vuelo", añade Ganjoo.

Cabe destacar que el Subcomité sobre Aeronavegabilidad (F38.01) desarrolló una especificación estándar para los requisitos de desempeño de los sistemas de detección y evitación, y la aprobó en 2020.

Rastreo

La importancia crucial de identificar de forma exclusiva cada aeronave no tripulada se refleja en el trabajo que se ha realizado para establecer la especificación estándar, recientemente revisada, para la identificación y el seguimiento remotos (F3411). En su papel de presidente del grupo de trabajo de ASTM sobre Identificación remota, Gabriel Cox, ingeniero principal de Intel, formó parte de esa actividad desde el principio.

Tras la publicación, en diciembre de 2017, de un informe del Comité de Regulación de la Identificación Remota en la Aviación (Remote ID Aviation Rulemaking Committee), de la Administración Federal de Aviación (Federal Aviation Administration, FAA) de los EE. UU., la comunidad de los UAS tuvo claro que se necesitaría un estándar. El grupo de trabajo de ASTM se reunió unos seis meses después y publicó la versión inicial de F3411 en diciembre de 2019.

En enero de 2021, la FAA emitió su reglamento final de identificación remota, conocido como Parte 89 de los Reglamentos Federales de Aviación (Federal Aviation Regulations, FAR), y el grupo de Cox retomó el trabajo.

“El principal impacto de la parte 89 de los FAR es que los fabricantes tienen que asegurarse de que todos los UAS de más de 250 gramos fabricados después del 16 de septiembre de 2022 cumplan la normativa, lo que significa que todos los UAS incluidos tendrán una implementación de Bluetooth o Wi-Fi de identificación remota que transmitirá la identificación, la ubicación y la altitud de la aeronave UAS y la estación de control", dice Cox. "Un año más tarde, se exigirá a todos los operadores de UAS que también lo cumplan".

Cox continúa explicando que la parte 89 de los FAR también contiene ciertos requisitos que fueron más allá de la primera versión del estándar, como la resistencia a la manipulación no autorizada, requisitos de precisión de la ubicación, autocomprobación previa al vuelo, monitoreo, e indicación del estado de emergencia. También debe estar aceptado por la FAA un medio de cumplimiento (means of compliance, MOC) que demuestre que una aeronave no tripulada cumple con los requisitos del reglamento.

¿El desafío? Sin un MOC estandarizado, cada fabricante de drones tendría que desarrollar su propio MOC para cada producto de drones que desee declarar y convencer a la FAA de que lo acepte, a fin de que dicho fabricante pueda presentar declaraciones de conformidad (declarations of compliance, DOC) para esos productos.

"Este proceso puede ser bastante arduo", señala Cox, "así que ASTM se encargó de facilitarlo". El resultado es una nueva práctica estándar para los medios de cumplimiento de identificación remota (F3548), que hace referencia al F3411 y también se aprobó en abril.

Cox subraya la importancia de un estándar consensuado por la industria en un entorno global del espacio aéreo en el que los Estados Unidos, Canadá, la Unión Europea, Japón y otros países de todo el mundo establecen requisitos reglamentarios en busca de enfrentar el reto de controlar el tráfico de los UAS.

"Sería justo pensar en el F3411 como un 'protocolo y estándar de transmisión', los bits y bytes y la forma en que se envían", dice. "Está destinado para su utilización por cualquier entidad internacional, principalmente por las autoridades gubernamentales de aviación civil. F3548 hace referencia al estándar actualizado y lo adapta a los requisitos que son muy específicos de la FAA". Cox y sus colegas esperan que estos estándares faciliten la tarea a los grandes fabricantes de UAS que se enfrentan a la obligación de presentar múltiples MOC, y que ayuden a nivelar las condiciones de los competidores más pequeños.

Otro beneficio del F3548 es que, aunque no estipula directamente los requisitos de los receptores, sí describe claramente cómo deben transmitirse los datos. Por lo tanto, es intrínsecamente útil para los ingenieros que necesitan incorporar esta funcionalidad en los receptores que diseñan.

Fuera de la vista

Para que los drones desarrollen todo su potencial, se los tiene que poder pilotear con seguridad, más allá de la capacidad del operador para ver la aeronave. En el lenguaje de la industria, este concepto se conoce como "más allá de la línea de visión" (beyond visual line of sight, BVLOS).

Las partes interesadas del sector reconocieron pronto que el establecimiento de estándares BVLOS sería crucial para el crecimiento de la industria. El resultado fue la formación en 2018 del Comité administrativo 478 (AC478) para la estrategia y la hoja de ruta de BVLOS.

Phil Kenul es el presidente del F38 y miembro del AC478. El consultor independiente describe el mandato del comité como "el establecimiento de un conjunto flexible y modular de requisitos estandarizados que puedan aplicar los operadores y los fabricantes de la industria de los UAS como parte de un esfuerzo más amplio para establecer una ruta basada en estándares hacia las operaciones BVLOS generalizadas". Kenul cita las inspecciones de infraestructura lineal de larga distancia, recopilación de datos aéreos industriales, entrega de pequeños paquetes y operaciones agrícolas de precisión como áreas en las que la capacidad de volar más allá de las líneas de visión será especialmente valiosa.

"Uno de los aspectos más importantes de BVLOS es el conocimiento de la situación del espacio aéreo por parte de todos los usuarios del mismo", afirma Cox. "Las operaciones BVLOS podrían parecerse bastante a las operaciones de los Reglamentos de Vuelo por Instrumentos en el mundo de la aviación tripulada, donde la instrumentación activa, el seguimiento, la mensajería y la planificación sustituyen al rastreo visual para el conocimiento del espacio aéreo y la eliminación de conflictos".

Se han identificado aproximadamente 20 funciones esenciales que exigen una estandarización con el fin de proporcionar una base sólida para que los UAS puedan operar en BVLOS. Un estándar propuesto, actualmente en desarrollo, define tres de estas funciones.

WK75923, la especificación para el aseguramiento del posicionamiento, navegación y sincronización horaria (positioning assurance, navigation, and time synchronization, PNT), que está en desarrollo desde marzo de 2021, "exigirá requisitos, medidas del desempeño y un nuevo esquema de clasificación para comunicar información sobre el desempeño de estas funciones", explica Adam Morrison, propietario y director general (CEO) de Streamline Designs LLC y miembro del Subcomité sobre Operaciones de vuelo. “Su objetivo es proporcionar una base común a toda la industria para comunicar el desempeño de estas funciones en los UAS, y podría involucrar temas de seguridad para los reguladores o actividades de adquisición entre fabricantes y proveedores”.

"El PNT fundamenta, en cierta medida, casi todas las operaciones de la aviación, ya sean tripuladas o no tripuladas", afirma Morrison. "A medida que aumenta la prevalencia de los UAS y la integración de estos en el espacio aéreo compartido, es esencial que todos los operadores que comparten el espacio aéreo puedan hablar un lenguaje común".

Se prevé que el WK75923 se someta a la votación del comité en pleno este verano, con la esperanza de publicar una versión aprobada a finales de año. Morrison subraya que se elaboró pensando en la máxima flexibilidad.

"Los estándares propuestos no imponen de forma prescriptiva ninguna tecnología o protocolo específico", afirma. "Esto es importante, ya que la industria se está desarrollando rápidamente y es conveniente que se permitan muchas tecnologías o soluciones de procedimiento, siempre que se comuniquen de forma compatible. La intención del estándar es seguir siendo agnósticos en cuanto a la tecnología, al tiempo que se define un marco de especificación útil y práctico para las cuestiones de PNT".

Más allá del horizonte

Se ha logrado mucho en el desarrollo de estándares relacionados con los UAS, pero aún queda mucho por hacer.

Morrison ve una serie de áreas "relativamente intactas" que necesitan atención en el futuro, como los servicios de terceros, alertas y planificación de contingencias, automatización y autonomía, y meteorología. También considera que la industria y los reguladores deben encontrar conjuntamente la manera de que los estándares consensuados se conviertan en el principal mecanismo para la aplicación de normas basadas en la intención o en el desempeño: "Los estándares pueden funcionar en ciclos de innovación rápidos centrados en la aplicación segura de tecnologías, que se producen entre ciclos reglamentarios menos rápidos que se centran en garantizar la seguridad".

Cox sugiere que los futuros estándares podrían ser beneficiosos en operaciones como el despliegue de proyectiles (dispersión de semillas o larvas de peces, entre otros casos de uso agrícola y forestal), el vuelo de enjambre/formación autónomo, la integridad de la inteligencia artificial y la integración de las comunicaciones por radio entre las aeronaves no tripuladas y los usuarios tripulados del NAS.

Aumentar el límite por debajo del cual se pueden utilizar los UAS es algo que, según Ganjoo, ya está ocurriendo. "Por ejemplo, cuando iniciamos el estándar F3548, este se centraba predominantemente en los pequeños drones que volaban por debajo de los 400 pies. Ahora, cuando se piensa en cosas como los autos voladores o la movilidad aérea avanzada, estamos pasando de los 400 pies a ir quizás hasta los 3000 o 4000 pies, y esto exige la integración en el sistema de aviación con tripulación tradicional. Esto es operar a mayores alturas, y como tal introduce su propio conjunto de desafíos".