Juan A. Besada, IPTC-UPM, Feb. 2020 | Desde principios de este siglo, es patente que el crecimiento exponencial de las necesidades de transporte aéreo, junto con una infraestructura de aviación (aeropuertos, sensores de vigilancia, sistemas de navegación, sistemas de comunicaciones, procedimientos basados en la coordinación manual de los vuelos entre controladores aéreos y pilotos) no fácilmente escalable, pueden llevar a una situación de congestión del transporte aéreo en Europa. A diferencia del de transporte terrestre, aquel está fuertemente jerarquizado y se apoya en una regulación extremadamente rigurosa, que exige la certificación y estandarización de sistemas y procedimientos con el objetivo final de garantizar la seguridad física de los vuelos. Su funcionamiento, sin duda, es un éxito organizativo global, siendo el vuelo en avión percibido en general como extraordinariamente seguro. Pero, por otra parte, la existencia de impedimentos de seguridad/regulación/certificación hace que en ocasiones la innovación sea muy lenta y la escalabilidad de las soluciones muy reducida.
- En los últimos años, incluso tras enormes inversiones en investigación (p.ej. en Europa, los programas SESAR y SESAR 2020, o en EE.UU. el programa NextGen) y grandes cambios operacionales, se sigue teniendo un sistema ATM al borde de la saturación. Esta situación genera retrasos crecientes, insatisfacción de los pasajeros, y emisiones innecesarias, que de hecho pueden contrarrestar el impacto que las mejoras medioambientales que las nuevas generaciones de aeronaves pueden producir. Varios aspectos confluyen en reducir la capacidad del sistema, de entre los que destacan (especialmente en el escenario europeo):
- La dificultad de coordinación entre sistemas ATM de distintos países y las limitaciones en el uso del espacio aéreo impuestas por su uso civil/militar conjunto. Si bien se está progresando en la coordinación entre sistemas de distintos países y de usuarios civiles y militares, estandarizando sistemas y procesos, éste sigue siendo un aspecto claramente mejorable a escala nacional y europea.
- La dificultad en la coordinación de tráfico debido al aún imperfecto modelado y gestión de los efectos de la meteorología en los vuelos (y especialmente los efectos disruptivos de las tormentas), así como de la propagación de dichos efectos en la red de transporte.
- Las limitaciones en la productividad de los controladores aéreos y en su número. En esta dirección, se tienen grandes esperanzas en que diversas mejoras en la automatización de procesos, habilitadas por sistemas de inteligencia artificial, puedan aliviar esta limitación. También, las posibilidades de gestión remota de tráfico habilitadas por las tecnologías de virtualización de centros de control y de monitorización remota de aeropuertos (torres remotas) abundan en esta dirección de mejora de la productividad, además de proporcionar una resiliencia adicional al sistema en su conjunto.
- Las limitaciones de los sistemas de comunicaciones utilizados en este entorno (basados en coordinación por voz o sistemas de reducidísimo ancho de banda). Estos sistemas priman la compatibilidad con aeronaves en ocasiones muy antiguas, e impactan de forma clara en las posibilidades de coordinación y en la dificultad de implementar procesos automáticos M2M de alta velocidad que permitan una más ágil coordinación entre todos los actores involucrados.
Otro aspecto crucial que está impactando en los sistemas ATM es la ampliación del uso del espacio aéreo por la aparición y el creciente número de nuevos tipos de vehículos aéreos (desde drones militares y civiles a taxis aéreos, plataformas/aeronaves de gran altitud, etc.) que incrementarán aún más la complejidad de la gestión.
Por estas razones, la infraestructura de la aviación ha de modernizarse a un ritmo mucho más rápido que el de las últimas décadas. La aplicación de soluciones innovadoras, aplicadas hoy en la economía digital y en otros entornos de transporte (como el coche autónomo o conectado) deben dar como resultado una transformación radical de la infraestructura de aviación, haciendo que el transporte aéreo sea más inteligente, sostenible, conectado y accesible para todos. Europa tiene una oportunidad única, como líder industrial mundial en tecnología ATM y como su principal usuario, para liderar la transición a una aviación más inteligente y ecológica.
En la línea definida anteriormente, la SESAR Joint Undertaking (SJU), como organismo que lidera la investigación europea en gestión de tráfico aéreo, definió el concepto de "Cielo Digital Europeo digital" en 2017, que luego se estableció como el núcleo de la visión SESAR para la evolución del sistema ATM descrita en la edición de 2019 del ATM Master Plan Europeo. Este plan, que se renueva periódicamente, representa la hoja de ruta acordada por todas las partes interesadas de la comunidad de la aviación (investigadores, aerolíneas, fabricantes de aviones, industria, proveedores de servicios ATM, …) para modernizar los sistemas ATM de Europa.
El “Cielo Digital Europeo” se centra en el uso de tecnologías que pueden aumentar los niveles de automatización, en el intercambio de datos ciberseguros y la mejora de la conectividad en ATM, enfocados a las mejoras de la capacidad del espacio aéreo y la reducción de sus congestiones. Se basa también en la construcción iterativa de plataformas de datos abiertos que permitan la investigación e innovación en estas áreas.
Especialmente relevante aquí es la aparición de sistemas de gestión de trafico aéreo para drones de muy baja cota, para todo tipo de operaciones civiles en entornos tanto rurales como urbanos. Estos sistemas, denominados genéricamente UTM (Unmanned Traffic Management) y a nivel europeo sistemas U-space, suponen una novedad en el mundo del ATM, y en su desarrollo se concentran numerosas innovaciones potencialmente trasladables a los sistemas ATM clásicos. Por ejemplo, aquí se están utilizando desde un principio modernas arquitecturas escalables de servicios, sistemas con conectividad abierta sobre internet, mecanismos de comunicación seguros, sistemas autónomos, y, en un futuro próximo, se podrá hacer uso de sistemas 5G, edge computing, redes ad-hoc, etc. En este entorno tan heterogéneo, las necesidades de estandarización para habilitar la coordinación del tráfico se disparan, así como la complejidad de las interacciones.
A modo de resumen, las líneas principales de innovación para los próximos diez años, a nivel europeo, en esta área, de acuerdo con este concepto, serán:
- La integración entre sistemas aire/tierra y la autonomía.
- El ATM conectado y automatizado.
- El uso de inteligencia artificial en todos los aspectos de la aviación.
- La virtualización y la compartición segura de datos.
- El diseño e implementación de los servicios U-Space y del soporte a la movilidad aérea urbana (taxis aéreos urbanos).
- Gestión dinámica del espacio aéreo (para acomodar usos militares, efecto de la meteorología…) y provisión de capacidad según la demanda.
- Mejora de la interoperabilidad y coordinación entre usuarios civiles y militares.
El IPTC-UPM ha colaborado decisivamente en el diseño de elementos críticos de algunos de los principales sistemas de vigilancia ATM operacionales a nivel mundial. Ya en el año 1982, algunos de los Grupos que hoy lo integran, colaboraron con CESELSA (hoy INDRA) en el diseño de la fusión de datos radar de la primera versión del sistema SACTA (el sistema que se utiliza para controlar el tráfico aéreo en España) y, desde entonces, han estado involucrados en la mayoría de sus evoluciones. Así, en los años 1996-2018 se incorporaron los nuevos sensores de vigilancia (ADS-B, MLAT, WAM) y mejoras algorítmicas y de arquitectura, tanto para el sistema SACTA como para el sistema AirCon (actualmente ManagAir) de INDRA, desplegado en más de 180 dependencias de más de 50 países. Entre 2005 y 2018 el GPDS-IPTC desarrolló el núcleo algorítmico (OTR-TRES) de la versión actual del sistema SASS-C de Eurocontrol, que es un estándar mundial utilizado para la evaluación de sistemas de vigilancia ATM. En paralelo con estos esfuerzos, otros grupos integrados en el IPTC han trabajado en el diseño de sistemas radar secundarios y derivados (ADS-B, MLAT), así como recientemente en sistemas antidron, de aplicación en estos entornos.
Otras actividades del IPTC en este ámbito incluyen la colaboración con INDRA en la validación de sistemas de gestión de planes de vuelo y alerta de conflictos operacionales, como es el sistema iTEC, desplegado en gran parte de Europa (UK, Alemania, Holanda…). Este sistema consiste en una implementación práctica de gran parte de los conceptos de SESAR y SESAR 2020, programas en los que el IPTC viene participando desde 2012 hasta la actualidad, en aspectos como los sistemas de vigilancia, monitorización y control de operaciones en superficie de aeropuerto, la coordinación de operaciones y la separación basada en tiempo (TBS) en aproximación, los modelos de datos básicos del ATM o la mejora de la predicción de trayectorias.
Para terminar, es relevante mencionar que en los últimos cinco años el IPTC está dedicando un considerable esfuerzo de I+D+i, casi siempre en cooperación industrial, en el diseño y gestión de operaciones de drones y en la concepción y prototipado de servicios U-Space, en un esfuerzo pionero que recuerda al de los inicios del diseño del SACTA.
