Integration von UAV in den Luftraum

Transkript

1 Integration von UAV in den Luftraum Dr.-Ing. Frederik Meysel Institute of Flight Guidance Pilot Assistance DLR Institut für Flugführung (FL) >

2 Inhalt Vorstellung Institut für Flugführung Integration von UAV in den Luftraum Sachstand Fortschritte in Feldversuchen Forschung und Praxis Anschauung von Konfliktszenarien Auswirkungen auf S&A-Entwicklung Zusammenfassung

3 Institute of Flight Guidance (FL) Challenges Challenges to a future Air Transport System: Environmentally friendly More efficient Higher capacity Safe and Secure AIR TRAFFIC MANAGEMENT and airport movements / processes are optimized via more automation and determination of the optimal role of the human operator.

4 Institute of Flight Guidance Research Areas: Analysis, development, testing and validation of components and systems for air traffic management and the airports Development and testing of prototypes for cooperative assistance systems Departments: Air Transportation Air Traffic Management Simulation Human Factors Operations Control Controller Assistance Pilot Assistance

5 Pilot Assistance Development and validation of pilot assistance systems en-route to en-route all phases of flight Advanced FMS - 4D Continuous Descend Approach AHMI - Airborne Human Machine Interface Enhanced Vision A-SMGCS Onboard Services Air Ground Integration On-board ATM

6 Advanced Airborne Functions 4D Advanced Flight Management System (AFMS) 4D Trajectory Management Advanced CDA (4D, idle and clean) Taxi Guidance Enhanced Vision Systems Equivalent Visual Operations Approach and Landing on remote airfields under low visibility Brownout/Whiteout HUD/HMD Display concepts

7 Institute of Flight Guidance Simulation- & Experimental Infrastructure: ATS (Apron & Tower Simulator) GECO (Generic Experimental Cockpit) ACCES (Airport and Control Center Simulator) Experimental- Cockpit ATMOS (Air Traffic Management and Operations Simulator) ATTAS (Advanced ATRA Technologies (Advanced Technology Testing Aircraft Research System) Aircraft)

8 Gegenwärtige UAV-Aktivitäten SINUE (ESA/EDA) Simulation of UAV integration into non segregated airspace with D/L beyond line of sight VUSIL (DFS) (small) UAV in airspace with VFR-traffic MidCAS (EDA) Mid Air Collision Avoidance System MUAGCS (together with NLR) Development of a mature ground control station

9 Geplante Aktivitäten UAS Ground Control Station & UAS Flight Guidance 1 Operator several UASs Swarm -FMS Precision Landing of UAV-Swarm UAV taxi guidance Detect & Avoid Detect and Avoid Algorithms ACAS 4 Methods and tools for the safety assessment of collision avoidance systems

10 Integration von UAV in den Luftraum

11 Luftraumstruktur Deutschland a 1 b 1 2 3

12 Verantwortung für die Separation

13 Gegenwärtige Rechtslage für den Betrieb von UAV Luftverkehrs-Ordnung (Luft VO) 15a (Beschluss des Bundesrates Drucksache 816/09 vom ) "(3) Der Betrieb von unbemanntem Luftfahrtgerät im Sinne von 1 Absatz 2 Nummer 11 des Luftverkehrsgesetzes ist verboten, wenn 1. er außerhalb der Sichtweite des Steuerers erfolgt oder 2. die Gesamtmasse des Geräts mehr als 25 Kilogramm beträgt. Der Betrieb erfolgt außerhalb der Sichtweite des Steuerers, wenn das Luftfahrtgerät ohne besondere optische Hilfsmittel nicht mehr zu sehen oder eindeutig zu erkennen ist. Die zuständige Luftfahrtbehörde des Landes kann in Gebieten mit Flugbeschränkungen Nach 11 und für den Fall des Betriebes, der nicht über den Flugplatzverkehr eines Landeplatzes hinaus erfolgt, Ausnahmen von dem Verbot nach Satz 1 zulassen, wenn von der beantragten Nutzung des Luftraums keine Gefahren für die öffentliche Sicherheit und Ordnung ausgehen.

14 Projekt VUSIL II

15 Projekt VUSIL II Auftrageber: Bundespolizei Projektpartner: DFS Deutsche Flugsicherung GmbH (DFS) Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung (BwB) und der Wehrtechnischer Dienst 61 (WTD) ESG mit SAAFu EMT mit UAS LUNA (Starrflügler) SWISS UAV mit UAS KOAX und NEO (Helikopter) DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Beobachter: Luftfahrtbundesamt (LBA) Projektlaufzeit: bis

16 Projekt VUSIL II Interdisziplinäre Zusammenarbeit Forschung Industrie Flugsicherung Bedarfsträger, Nutzer Hersteller

17 Rot = UAV Weiß = Intruder

18 Forschung und Praxis

19 Anschauung einzuhaltende Separation I B A Intruder UAS 0,5 NM

20 Anschauung einzuhaltende Separation II B Intruder A UAS 0,5 NM

21 Anschauung einzuhaltende Separation II B Intruder A UAS 0,5 NM

22 Collision Cone (Kollisionskeil) B Intruder A UAS 0,5 NM

23 Velocity Obstacle (Geschwindigkeitshindernis) B Intruder A UAS 0,5 NM

24 Geschwindigkeitsraum (vspace) v y v space vrange v max v 0 v x verfügbarer Geschwindigkeitsbereich eines Luftfahrzeugs

25 Verfügbare Geschwindigkeiten v y v y A 1 A 2 UAS v x UAS v x Flächenflugzeug, Starrflügler rotorgetrieben, Helikopter

26 Sichere Geschwindigkeiten v y Konfliktkeil A UAS v x Konflikt als Überschneidung von Geschwindigkeitsbereichen

27 Velocity obstacle based collision avoidance Geschwindigkeitsbereich Konfliktkeil resultierende Lösung, Ausweichbereich konfliktfrei A A Konflikt

28 Velocity obstacle based collision avoidance

29 Konfliktauflösung - Geschwindigkeitsbereich Geschwindigkeitsbereich UAV Konfliktkegel, Velocity Obstacle A Interpretation I: Konflikt einseitig nicht auflösbar, da alle verfügbaren Geschwindigkeiten im Konfliktbereich liegen. Konfliktbereich durch schnellen Intruder B Unterschreitung Minimalgeschw. alle verfügbaren Geschw. vollständig im Konfliktbereich Einseitig nicht vermeidbarer Konflikt

30 Konfliktauflösung - Räumlich Konfliktierende Separationszone B 0,5 NM Intruder Interpretation II: Konflikt einseitig nicht auflösbar, da Intruder ursprüngliche Position von A einnimmt, bevor A die Separationszone verlassen kann. 0,5 NM A UAS Strecke, die B zurücklegt Strecke, die A in der gleichen Zeit zurücklegt

31 Praxisrelevanz

32 S&A in heterogenen Szenarien

33 S&A bei der Stubenfliege ca. 360 Gesichtsfeld Länge: 5-8 mm Sensorelemente pro Auge Updatefrequenz 200 Hz (andere Insekten max. 350 Hz) Flügelschläge pro Sekunde vmax 8,2 km/h entspricht 2419 km/h bei einem UAV von 2,36 m Länge Bildquelle: Wikipedia, Stubenfliege, (Sarcophagidae), Austin's Ferry, Tasmanien, Australien

34 Gemeinsame Verantwortung Abstufung bei Separationsregeln Abhängig von Geschwindigkeit Manövrierfähigkeit, S&A-Fähigkeiten Abstufung bei der Pflicht zu S&A? Stubenfliege: bis 200 Hz, schnelle Reaktionen, hohe Manövrierfähigkeit, hohe zeitliche Leistungsfähigkeit des optischen Systems, geringe aber ausreichende Auflösung Leuchtturm: Signal ca. 1 Umdrehung pro Minute. Leuchtturm wird nicht ausweichen! keine Manövrierfähigkeit, aber veröffentlichter Standort, zusätzlich dennoch gut erkennbar, auch von weitem S&A, d.h. Beobachtung der Umgebung dennoch!- Kein Ausweichen, aber Warnen des Konfliktpartners möglich (Funk, Telefon, Lichtzeichen) Bildquellen: pixio

35 Gemeinsame Verantwortung Zu einem Konflikt gehören immer zwei Verantwortung teilen, Strukturen schaffen Rücksicht auf Schwächere bereits heute verankert, s. Ausweichregeln Sense&Avoid vor 10 Jahren nicht so stark im Fokus Frage der Abstufung im Raum Wer muss gegenüber wem welchen Grad an S&A sichern? S&A sinnvoll weiterentwickeln, d.h. zugeschnitten auf heterogene LfZ Wofür übernimmt der LfZ-Führer Verantwortung Konsequenzen seines Handelns Für UAV: ELOS aber was ist gleichwertig? An die Situation angepasst Verschiedene Betriebsmodi denkbar

36 Zusammenfassung

37 Zusammenfassung UAV-Betrieb zur Zeit schwierig Fortschritte können dennoch vielfältig erzielt werden Aufgaben DLR FL insb. Forschung, technisch, ATM-seitig, Mensch Interdisziplinäre Projekte und Wissenstransfer Forschung und Praxis ergänzen sich Übertragen der Erkenntnisse auf HMI-Designs wichtig wahrscheinlich zukünftig kein einheitliches S&A one size fits all daher auch wieder Verfahrensseite gefragt Simulationen zur Erprobung heterogener Szenarien nötig Austausch und Diskussion der Erkenntnisse notwendig

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fragen?