Convegno CESMA Operazioni remote con i SAPR. Esperienze passate e vision sul futuro delle operazioni remote

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1 Convegno CESMA Operazioni remote con i SAPR Esperienze passate e vision sul futuro delle operazioni remote P. de Matteis Centro Italiano Ricerche Aerospaziali 15 Novembre 2018 Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 1

2 SCENARIO DI RIFERIMENTO I droni nel contesto dell Aviazione UE Flightpath 2050 Europe s Vision for Aviation SESAR European Drones Outlook Study (2016) 2050 Sistemi autonomi integrati Evoluzione normativa 2025 Volume business 13 MLD SESAR ATM Master Plan SESAR U Space Framework 2015 Dichiarazione di Riga Principi, linee guida e diritti comunitari Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 2

3 Previsioni del mercato dei droni SCENARIO DI RIFERIMENTO European Drones Outlook Study (2016) Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 3

4 SCENARIO DI RIFERIMENTO Impatto dei droni nel traffico aereo futuro (2050) European Drones Outlook Study (2016) Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 4

5 LE SFIDE TECNOLOGICHE Nuovi paradigmi, procedure e tecnologie per l integrazione dei droni in ATM (Detect & Avoid) con di standard di sicurezza ed affidabilità (Safety & Security) non inferiori agli attuali. Sviluppo paradigma UTM, relative procedure e tecnologie per la gestione dei droni in operazioni in VLL (Detect & Avoid) con adeguati standard di sicurezza e di affidabilità (Safety & Security). Data link per Comando, Controllo e Comunicazioni ATC per operazioni oltre il campo di vista (BVLOS) e ad alta persistenza sia in Medium/High Altitude che Very Low Level Ampliamento delle capacità di impiego dei droni attraverso: Incremento della persistenza in missione Incremento dell autonomia dei sistemi Paradigmi e tecnologie per impiego collaborativo/cooperativo e interoperabile Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 5

6 PROGRAMMI R&ST CIRA PRORA UAV ( ) Studi configurazioni avanzate MALE/HALE Sviluppi prototipali di sistemi di bordo Sviluppi prototipali aerostrutture e propulsione Sviluppo infrastrutture di terra e di volo (OPA) Dimostratori per la validazione tecnologica (TRL=4 6) Programma MISE Elettronica ed Applicativi per UAS ( ) Applicativi SW per la gestione autonoma di missioni Facility di laboratorio per la simulazione integrata Man and HW in the Loop di MALE in ambiente commerciale Programmi Europei Applicativi SW per Sense & Avoid (MIDCAS ) Procedure per la gestione della separazione in traffico aereo di RPAS (RAID, 2016) Validazione in volo fino a TRL = 6 Accordi di collaborazione con istituzioni nazionali (SMA, ENAC, ENAV), industrie e enti di ricerca Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 6

7 APPROCCIO R&ST Sviluppo tecnologico e sperimentale guidato da ConOps «nozionali» riferibili a scenari operativi reali, a step incrementali di complessità operativa e integrazione di sistema. Focalizzazione su dimostratori tecnologici di terra e di volo quali piattaforme di integrazione prototipale, sperimentazione e validazione fino a TRL=6. Utilizzo di sistemi di simulazione HW in the Loop quali strumenti di test a terra «real time» di scenari operativi Utilizzo di piattaforme di volo «Optionally Piloted» (paradigma OPA) quali strumenti di prova a «basso rischio» e «basso costo». Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 7

8 SVILUPPI R&ST GESTIONE MISSIONE Tecnologie disponibili Remote Piloting DAA Detect & Avoid GNSS Automatic Take Off and Landing Gestione automatica del piano di volo Decision Making Support Failure Detection and Management Weather Awareness RLOS Data Link Radiomodem basati sul paradigma Software Defined Radio (SDR) e tecnologia riconfigurabile (FPGA) Pianificatore di missione pre volo con verifica dei vincoli di fuel consumption, no fly zones, copertura data link, indice di NIIRS Detection per attacchi di tipo spoofing Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 8

9 SVILUPPI R&ST DETECT & AVOID ASACAS 0.0 Prototipo di un Sistema di Autonomous Traffic Collision Avoidance basato su un radar a scan meccanico (Validato in volo nel 2008). Integrazione di algoritmi di sensor fusion in un sistema DAA multisensore RADAR/EO/IF (Validato in volo nel 2010) ASACAS 2.0 Prototipo di un Sistema di ausililo alla separazione e collision avoidance in volo basato su sensori ADS-B (MISE 2015, Validato in volo nel 2016 in ambito RAID) ADAPT 0.0 Prototipo di un Sistema DAA basato sulla integrazione di sensori cooperativi e non cooperativi con prestazioni superiori a RTCA-DO- 365 (MOPS DAA) e gestione diretta dei vincoli di geo-fencing, terreno, aree meteo pericolose, no-fly zones (Validato a terra nel 2017) Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 9

10 GPS Spoofing simulation SVILUPPI R&ST SECURITY Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 10

11 SIMULATION FACILITY ISF Simulazione real time man and hw in the loop: Simulatore di scenario Simulatori di velivoli manned (classe General Aviation) e RPAS Postazioni Pseudo Pilot (per la gestione di scenari di traffico e da una postazione controllore ATC. Integrazione con simulatori dislocati geograficamente rispetto al sito CIRA Simulatore flotte di mini e micro droni Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 11

12 SIMULATION FACILITY ISF GA Avionic Cockpit ATCO Controller Working Position RPAS Avionic Cockpit Pseudo Pilot WS Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 12

13 INFRASTRUTTURA DI VOLO Velivolo sperimentale FLARE Primo ed unico OPA italiano ad ala fissa (PRORA FTB4UAS) con Permit to Fly ENAC (NAV 32E Scopi di Ricerca), Insignito del premio Roma Drone Award 2017, ed Aeronavigabilità Continua Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 13

14 INFRASTRUTTURA DI VOLO Sperimentazione in Volo Infrastruttura di terra Ground Control Station ed Hangar Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 14

15 SPERIMENTAZIONE IN VOLO Flight Test Area con decollo/atterraggio da Aeroporto di Capua (CE) Campagna di volo RAID (2016) Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 15

16 VISION SUL FUTURO Sviluppo tecnologico e dimostrazione sperimentale coerente con la roadmap europea per l'integrazione dei droni in ATM e UTM Networking nazionale di infrastrutture per la sperimentazione a terra e in volo a supporto della filiera nazionale Infrastruttura CIRA Test range Grottaglie Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 16

17 VISION SUL FUTURO Superamento delle attuali limitazioni operative attraverso: nuovi paradigmi di uso cooperativo/collaborativo e interoperabilità dei sistemi Capacità di gestione in remoto (oltre il campo di vista) della missione, anche attraverso link terrestri incremento del livello di autonomia: NATO Liv.3 Autonomous non Learning (medio periodo) e Liv. 4 Autonomous Learning (lungo periodo) Sviluppo di nuovi concetti di impiego dei droni basati sulla «messa a sistema» di sistemi eterogenei interoperabili a vari livelli di autonomia operativa (integrazione droni medio grandi e mini e micro) Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 17

18 CONCETTI OPERATIVI Integrazione di droni di classe «certified» (MALE > 150 kg) in ATM in spazi aerei controllati e non controllati Funzionalità necessarie Multi Threat Detect and Avoid (cooperative and non cooperative) Autonomous Mission Management, in operazioni nominali e contingenti Datalink Beyond Radio Line of Sight basati su relay satellitare Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 18

19 CONCETTI OPERATIVI Integrazione di droni di classe «certified» (MALE > 150 kg) in ATM in spazi aerei controllati e non controllati Tecnologie abilitanti Sensor Fusion per il tracking di ostacoli fissi e mobili Decision Making nelle funzioni di Remain Well Clear e Collision Avoidance Generazione in linea del piano di volo e della traiettoria compatibile con i vincoli di percorso e lo stato di salute del RPAS Sensori e rilevazione in linea di aree meteo pericolose Tecniche orientate all aumento della communication security, della continuità e della qualità del servizio Ri configurazione on line del sistema di comunicazione Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 19

20 CONCETTI OPERATIVI Integrazione di droni di classe Mini & Micro (< 150 Kg) nello spazio aereo attualmente definito Very Low Level (< 500 ft) Funzionalità necesarie Registrazione, identificazione, geo fencing per operazioni on demand Funzionalità automatiche a bordo e interfacce procedurali con ATM per applicazioni di routine in aree non urbane Funzionalità a bordo per la gestione autonoma della missione e la gestione automatica del traffic per operazioni di routine in aree ad elevate densità Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 20

21 CONCETTI OPERATIVI Integrazione di droni di classe Mini & Micro (< 150 Kg) nello spazio aereo attualmente definito Very Low Level (< 500 ft) Tecnologie abilitanti Geo posizionamento, integrità, ed affidabilità Comunicazione sicura terra bordo Sistemi di comunicazione BVLOS basati su rete terrestre (es. rete fonia mobile) Algoritmi e sensori di Multi Threat Detect and Avoid per piccoli droni Autonomia di missione e gestione delle emergenze Sistemi per l integrazione con ATM. Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 21

22 Sistemi cooperativi e interoperabili CONCETTI OPERATIVI Missioni basate su flotte di mini/micro UAV e/o eterogenee a livelli di autonomia e interoperabilità crescenti Approacci cooperative di tipo bio inspired swarm Coordinamento di tipo competitivo e un protocollo di negoziazione Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 22

23 Architettura di missione Concetto multi missionemulti sistema SCENARI EVOLUTIVI Drones swarm Mission Control Center Navigation Phase Pre mission Phase Mission Phase End mission Phase Navigation Phase MISSION Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 23

24 CONTRIBUITI A. Rispoli V. Saracino Aeronautica Integrazione Tecnologie e Dimostratori U. Ciniglio(u.ciniglio@cira.it), F. Corraro (f.corraro@cira.it) Sistemi di Bordo per l ATM A. Vozella (a.vozella@cira.it), G. Gigante (g.gigante@cira.it) Affidabilità e Sicurezza F. Fusco (f.fusco@cira.it) Elettronica e Comunicazioni Use or disclosure of the information contained herein is subject to specific written approval from CIRA 24