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ATLANTIDA: Gestión de tráfico aéreo con ayuda de aeronaves no tripuladas

El sector del Transporte Aéreo se enfrenta en la actualidad a uno de los mayores retos de toda su historia. En un momento en que los avances tecnológicos en diversas áreas (como cálculo, diseño y fabricación asistidos por computador, materiales, motores, tecnologías de la información, comunicaciones y automatización) están revolucionando la aeronáutica en lo que a vehículos aéreos se refiere, paradójicamente, el sistema que se encarga de la operación segura, eficiente y sostenible de esos mismos vehículos se encuentra al límite de sus posibilidades.


FUENTE | madri+d
08/05/2008
 
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Más conocido como Air Traffic Management, o ATM por sus siglas en inglés, el sistema de Gestión de Tránsito Aéreo fue desarrollado a partir de los intensos esfuerzos técnicos y normativos que siguieron al Convenio de Chicago de 1944 sobre Aviación Civil Internacional.


El sistema ATM incluye un formidable conjunto de regulaciones, procedimientos operativos, servicios e infraestructuras que, juntos, realizan el denominado concepto operacional o, dicho de otra forma, el paradigma que establece el modo en que se llevan a cabo las operaciones de transporte aéreo civil, los recursos necesarios y los actores implicados con sus roles y responsabilidades.

Nacido de la tecnología existente al término de la 2ª Guerra Mundial, el sistema ATM que tenemos hoy en día es el resultado de más de 60 años de evolución continua, a lo largo de los cuales se han introducido importantes avances tecnológicos y perfeccionamientos procedimentales y normativos que han situado al transporte aéreo en la cota más alta de seguridad operacional (safety) jamás alcanzada por ningún otro medio de transporte.

Un panorama mucho menos satisfactorio se plantea, sin embargo, al considerar otros parámetros de calidad de servicio (QoS, Quality of Service) del sistema ATM tales como capacidad, eficiencia, impacto medioambiental, flexibilidad para acomodar las preferencias de los operadores aéreos o los -cada vez más importantes- aspectos de seguridad física (security). A modo de ejemplo, sólo en Europa, las denominadas ineficiencias de ruta[1] cuestan anualmente 2.400 millones de euros[2] y una cifra superior se estima en relación con la ineficiencia de las operaciones en Área Terminal de Maniobra (TMA, Terminal Maneuvering Area), mientras que el coste debido a retrasos y cancelaciones supera cada año los 8.000 millones de euros.

El amplio margen para la mejora en las prestaciones QoS mencionadas proviene de innumerables limitaciones del concepto operacional en uso, tales como márgenes de seguridad excesivos, estructura de rutas fija, restricciones de altitud y velocidad, trayectorias de descenso con escalones de vuelo a nivel, esperas en vuelo, comunicaciones de voz en radiofrecuencia VHF y un largo etcétera. Gran parte de estas limitaciones tienen que ver con la necesidad de garantizar la seguridad (safety) de las operaciones de aeronaves en presencia de un alto grado de incertidumbre acerca de los aspectos que determinan sus trayectorias[3] sin otra herramienta que la mente de los agentes humanos[4] a cargo. Todo ello resulta en cuatro conocidas fuentes de dificultades del sistema ATM de hoy, que son: i) la responsabilidad central del elemento humano como proveedor exclusivo de predictibilidad, ii) el reducido horizonte temporal de las predicciones, que confiere a la toma de decisiones un carácter eminentemente táctico, iii) la imposibilidad de que terceros agentes (humanos o sistemas) ajenos al que predice la situación del tráfico colaboren en la toma de decisiones y, como consecuencia de todo ello, iv) la necesidad de ajustar las trayectorias a las limitaciones del sistema ATM en lugar de ser el sistema el que acomode de modo óptimo las trayectorias preferidas por los usuarios.

Los avances tecnológicos introducidos históricamente en aeronáutica han ido permitiendo al sistema ATM superar las sucesivas crisis de capacidad planteadas por el incremento sostenido de la demanda de transporte aéreo, a la vez que aumentar progresivamente la seguridad y reducir (en términos relativos) el impacto medioambiental, siempre eludiendo cambios sustanciales en el concepto operacional. Sin embargo, a la vista de los requisitos considerados necesarios para satisfacer la demanda prevista hacia el año 2020, todo indica que una solución en términos parecidos, es decir, que no implique cambios relevantes en el concepto operacional en el que se funda el sistema ATM, no será posible de nuevo.

La creciente conciencia política e industrial acerca de esta situación tanto en Europa como en los EE.UU. ha propiciado el lanzamiento de dos grandes iniciativas (SESAR y NextGen, respectivamente) encaminadas a movilizar durante las próximas décadas considerables inversiones en la modernización del sistema ATM. Los objetivos que se manejan en el contexto de la iniciativa Europea, SESAR, pretenden triplicar la capacidad a la vez que se reduce un 10% el impacto medioambiental y un 50% el coste incurrido por los usuarios debido al uso del sistema ATM, todo ello manteniendo los actuales niveles de seguridad (safety).

Con similares objetivos, las iniciativas europea y norteamericana abogan por reemplazar el concepto operacional actual, centrado en la gestión de volúmenes de espacio aéreo por controladores humanos con una función pro-activa en los diversos procesos, por uno nuevo, denominado TBO (Trajectory-Based Operations) en el que el recurso fundamental de espacio aéreo pasa a ser la trayectoria de las aeronaves, y donde el papel del elemento humano se centra en supervisar/decidir acerca de las soluciones óptimas planteadas por herramientas avanzadas de automatización. Dichas herramientas permitirán una aproximación estratégica y colaborativa a la gestión de las trayectorias de vehículos aéreos, habilitada en última instancia por una arquitectura de sistema centrada en red y orientada a servicios.

Un largo camino queda aún por recorrer para madurar y concretar el todavía disputado concepto TBO, del que a día de hoy sólo han sido definidas las líneas maestras a muy alto nivel. La implantación del nuevo paradigma pasa todavía por dedicar un considerable esfuerzo de I+D a elucidar y demostrar la solución científico-técnica más adecuada para su realización, lo cual es precondición para superar una extensa lista de dificultades que originan enorme resistencia al cambio. Dichas dificultades nacen de la extraordinaria complejidad de un sistema de sistemas, como es el ATM, de naturaleza global y ampliamente multidisciplinar, sensible a diversidad de aspectos geofísicos, geográficos, tecnológicos, culturales, políticos y económicos, sujeto a multitud de regulaciones en diferentes marcos institucionales y sometido a un complicado juego de intereses según el cuál en contadas ocasiones el balance coste-beneficio es evidente para todos los interesados (stakeholders). Más aún, en general, dicho balance ni siquiera resulta estimable, debido por un lado a la notable deficiencia de medios analíticos y experimentales necesarios y, por otro, a la ausencia de un referente concreto de solución centrado en el futuro paradigma que evidencie su factibilidad práctica y permita su evaluación.

Por si esto fuera poco, la evolución socio-económica y política global y los avances tecnológicos recientes han precipitado la aparición de nuevos usuarios, tales como los vehículos aéreos no tripulados (UAVs, Unmanned Aerial Vehicles) y los vehículos aéreos personales (PAVs, Personal Aerial Vehicles), de cuyo fenómeno los conocidos Very Light Jets (VLJs) constituyen sólo la punta del iceberg. Debido a los usuarios emergentes, durante las próximas décadas la demanda de operaciones de vehículos aéreos podría incrementarse en un orden de magnitud sobre la prevista para la aviación convencional, lo que confronta al futuro sistema ATM con un nuevo reto de proporciones muy considerables.

En particular, las aeronaves no tripuladas (Unmanned Aerial Vehicles o UAVs, por sus siglas en inglés) se sitúan en la frontera tecnológica en lo que respecta a la automatización de operaciones de vehículos aéreos y, por esta razón, la integración de dichas operaciones en el sistema ATM es a menudo percibida como uno de los problemas de mayor dificultad a los que la solución para el futuro ATM debe dar respuesta.

Pero estos mismos usuarios emergentes que están planteando dificultades aún mayores si cabe al ATM representan recíprocamente una oportunidad única para facilitar la solución y esa es precisamente la idea detrás de la iniciativa ATLANTIDA.

Con un presupuesto de 28.9 millones de euros (en un 44% financiado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial, CDTI) el proyecto ATLANTIDA abordará durante los próximos tres años y medio los retos científicos y tecnológicos que deben ser superados para la introducción de elevados niveles de automatización en la gestión de espacios aéreos complejos. ATLANTIDA (acrónimo de Aplicación de Tecnologías Líder a Aeronaves No Tripuladas para la Investigación y el Desarrollo en ATM) se propone explorar una aproximación automatizada a la gestión de tráfico aéreo aplicable sin solución de continuidad a cualquier escenario de operación de vehículos aéreos, incluyendo la aviación convencional, las aplicaciones civiles y militares de UAVs, la operación de VLJs y los futuros sistemas de transporte aéreo personal.


A tal efecto está previsto desarrollar medios avanzados de simulación de alta fidelidad que, junto con el empleo de medios experimentales basados en plataformas de vuelo no tripuladas permitirán construir, validar y, finalmente, evaluar innovadores conceptos y tecnologías para la gestión de trayectorias en escenarios centrados en red, en línea con las premisas del concepto TBO.

Para ello, el proyecto está organizado en 15 actividades de I+D agrupadas en 4 bloques como se ilustra en la figura.


El núcleo de la aproximación técnica alrededor de la cual se centra la iniciativa ATLANTIDA consiste en una avanzada tecnología desarrollada por el Centro Europeo de Investigación y Tecnología de Boeing (BR&TE, Boeing Research & Technology Europe), conocida como Aircraft Intent Description Language.

Se trata de un lenguaje formal que permite la descripción -sin ambigüedad y con mínima información- de trayectorias arbitrarias de vehículos aéreos, lo que hace posible el intercambio de las mismas entre las diversas herramientas de automatización que realizarán el paradigma TBO, eventualmente resolviendo un importante conjunto de los problemas centrales inherentes al nuevo concepto.

BR&TE encabeza el Consorcio ATLANTIDA en el que participan 18 empresas líderes en los sectores aeroespacial y de las tecnologías de la información y comunicaciones: Indra Sistemas, Atos Origin, TCP Sistemas e Ingeniería, GMV Aerospace & Defense, Altran Technologies, TTI Norte, Aernnova Engineering Solutions, INSA (Ingeniería y Servicios Aeroespaciales), Aertec Ingeniería y Desarrollos, Indisys (Intelligent Dialogue Systems), Integrasys, Aerovision Vehículos Aéreos, MDU (Militärtechnologie Dienst Überwachung), Isdefe (Ingeniería y Sistemas para la Defensa de España), Catón Sistemas Alternativos, Iberia Líneas Aéreas de España y QUALITAS Training. El consorcio incluye además la colaboración de 17 destacados organismos públicos de investigación y desarrollo tecnológico españoles, entre los que se cuentan las universidades españolas de mayor prestigio en los sectores tecnológicos mencionados[5].


El proyecto cuenta con el apoyo explícito de Eurocontrol (la agencia europea para la seguridad en la navegación aérea), así como con un comité asesor internacional en el que estarán invitados a participar las principales instituciones y organizaciones de I+D en materia de ATM y sistemas aéreos no tripulados tales como la Comisión Europea, NASA, FAA así como numerosos proveedores de servicios de navegación aérea internacionales.

Conviene destacar que la iniciativa ATLANTIDA se sitúa internacionalmente como la de mayor volumen en el campo de la investigación civil sobre operación de sistemas aéreos no tripulados (UAS) y como la tercera en investigación relacionada con ATM complementaria a las iniciativas SESAR y NextGen. Este hecho, junto con la sólida suma de conocimientos y experiencia integrados en el consorcio, permitirá a la industria y universidad españolas y, más en concreto, a las entidades y profesionales participantes, consolidar una posición de liderazgo global en las áreas tecnológicas de los futuros sistemas UAS y ATM, un campo donde casi todo está aún por hacer.




[1] Diferencia entre el combustible y tiempo consumidos en vuelos comerciales a lo largo de las rutas actuales y el que correspondería a trayectorias directas (ortodrómicas) entre aeropuertos de origen y destino.
[2] Datos correspondientes al informe de 2007 de la Performance Review Commission de Eurocontrol.
[3] Esencialmente las condiciones atmosféricas, el modo en que cada aeronave es comandada y su respuesta o actuación.
[4] Básicamente pilotos y controladores aéreos.
[5] La Universidad Politécnica de Madrid, a través de sus Escuelas Técnicas Superiores de Ingenieros Aeronáuticos y de Telecomunicación, varios grupos de la Universidad de Sevilla y su fundación adscrita, la Asociación de Investigación y Cooperación Industrial de Andalucía, las universidades Rey Juan Carlos y Carlos III de Madrid, la Universidad Autónoma de Barcelona, las universidades de Cantabria, león y Castilla la Mancha, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas a través del Instituto Astrofísico de Andalucía y las fundaciones Robotiker Tecnalia, Centro de Tecnologías Aeronáuticas e Instituto de Investigación Innaxis. Adicionalmente se cuenta con la colaboración de PlantLink una empresa especializada en tecnología hardware de alto nivel de integración.



   Enlaces de interés
 
Círculo de Innovación en Materiales, Tecnología aeroespacial y Nanotecnología madri+d
Marketplace Tecnológico madri+d




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