Aplicación de Inteligencia Artificial para la automatización y digitalización del ATM
Proyecto de “Certificación de soluciones de Inteligencia Artificial en aplicaciones de aviación”
En el transcurso del año 2024, el proyecto «Certificación de Inteligencia Artificial (IA) en Aviación» ha avanzado significativamente en la identificación y resolución de desafíos críticos relacionados con la integración segura de IA en sistemas aeronáuticos, especialmente en entornos críticos como la aviación militar. Este año se ha centrado en la creación de una metodología de trabajo estructurada y un análisis detallado de necesidades para cumplir con los criterios de “Safety Critical”.
Este año, se han abordado los siguientes objetivos clave:
- Desarrollo de la metodología de trabajo para la certificación de IA: Se ha establecido un proceso incremental en la revisión de estándares aplicables, combinando referencias existentes para construir un marco base (V0) que será expandido con futuras versiones (VN). Este marco inicial ha incluido un análisis de normas relevantes como RTCA DO-178C y MIL-STD-882E, además de otros documentos como el “EASA AI Roadmap”.
- Definición de un criterio “Safety Critical”: Se ha trabajado en la identificación y clasificación de funciones críticas en sistemas basados en IA, centrándose en factores como el nivel de autonomía y la interacción humana. Esta definición ha sido complementada con análisis de estándares militares y civiles, destacando la relevancia del MIL-STD-882E y las prácticas de EASA.
- Evaluación de necesidades y “gaps”: Se ha identificado la necesidad de adaptar los esquemas de seguridad y criticidad actuales para que se alineen con los requerimientos específicos de los sistemas basados en IA en entornos de aeronavegabilidad. Esta evaluación ha permitido detallar qué áreas de los estándares vigentes requieren ampliación para incluir la IA.
Trabajos Fin de Máster y Trabajos Fin de Grado:
- Propuesta base de certificación para la implementación de inteligencia artificial en el campo de la aviación.
- Certificación de Inteligencia Artificial (IA) en la aviación: Predicción de las acciones del controlador mediante Machine Learning.
Movilidad Aérea Urbana
Proyecto de “Evaluación del Concepto de operación para la operación de las UAS»
La movilidad urbana, que involucra el desplazamiento de personas y bienes en entornos urbanos, enfrenta un crecimiento significativo en la demanda. Con la proyección de duplicar la demanda global de movilidad de pasajeros en áreas urbanizadas para 2050, surge un desafío sustancial para las autoridades y empresas. La congestión vehicular, la contaminación y otros problemas asociados con el transporte terrestre han llevado a explorar soluciones más eficientes y sostenibles.
La movilidad aérea urbana se presenta como una respuesta transformadora y prometedora. Definida como operaciones aéreas eficientes y seguras en áreas metropolitanas, tanto para aeronaves tripuladas como no tripuladas, la UAM podría aliviar la presión sobre las infraestructuras terrestres y ofrecer una alternativa rápida y eficiente para los desplazamientos urbanos.
El proyecto explora los usos de la UAM, desde el transporte de pasajeros y la entrega de bienes hasta funciones soberanas y emisión de señales. Se destacan beneficios como el mercado estimado en 4.2 mil millones de euros en 2030 y la reducción significativa de emisiones locales. Sin embargo, se reconocen desafíos importantes, como la infraestructura, la seguridad y el ruido.
La aceptación pública se identifica como un factor crítico, y se proponen acciones preventivas, como abordar la seguridad, proteger el medio ambiente y coordinar acciones entre los niveles de autoridad. A pesar de los desafíos, la colaboración entre la comunidad y la industria, junto con una cuidadosa planificación y regulación, podría allanar el camino hacia ciudades más conectadas, eficientes y sostenibles mediante la movilidad aérea urbana.
Actualmente las dos entidades que más destacan por estudiar la implementación de la movilidad aérea urbana son SESAR y la FAA. Ambas entidades representan nuevos métodos de innovación y regulación, marcando el camino para una UAM segura, eficiente y sostenible.
Estos programas buscan establecer normas y regulaciones que permitan operaciones de drones a escala en condiciones de seguridad y eficiencia, así como desarrollar sistemas de gestión del tráfico aéreo adaptados a las características y necesidades de los drones. Su objetivo es facilitar la emergencia de nuevas aplicaciones y servicios basados en drones, como la entrega de paquetes, la vigilancia y el monitoreo de infraestructuras, y el transporte de pasajeros, contribuyendo así al desarrollo de la industria de drones y a la economía digital en general.
El objetivo de este documento es analizar el concepto de movilidad aérea urbana que propone SESAR y la FAA. A partir de este análisis se podrán identificar las debilidades que presenta la implementación de la movilidad aérea urbana. Los trabajos futuros se centrarán en analizar una debilidad y proponer una solución alternativa para Europa.
Proyecto «COMPLEX: Desarrollo de Mapas de Complejidad de diferentes Operaciones Aéreas»
El desarrollo de las operaciones de cualquier modo de transporte aéreo se planteará sobre una serie de objetivos o premisas: Garantizar y mantener la seguridad de los usuarios del escenario (Seguridad), y permitir el acceso al uso del espacio aéreo “cuando” se necesite (Capacidad) y “en las condiciones operacionales” que se necesiten (Eficiencia).
Estas condiciones se deben mantener en los diferentes horizontes de planificación y operación (estratégico, planificación táctica y operación). Un concepto que permite a los proveedores de servicios conocer el espacio aéreo ocupado por las aeronaves y mantener así la eficiencia y la seguridad es la complejidad. La complejidad permite conocer las zonas más peligrosas en las que pueden operar las aeronaves y actuar en consecuencia. Además, la complejidad permite analizar la causa raíz, y permite analizar una mezcla de variables como la saturación del espacio aéreo o la dificultad de estas operaciones.
En un contexto en el que cada vez más modos de transporte aéreo (UAM, STM) conviven con la aviación comercial, un elemento como los mapas de complejidad pueden ayudar a la gestión de los servicios y las capacidades, aumentando así la eficiencia y manteniendo los niveles de seguridad que son estándar en la aviación convencional. COMPLEX pretende desarrollar mapas de complejidad que se puedan adaptar a los diferentes modos de transporte aéreo, y en el que puedan convivir estos modos de transporte. Al crear un marco común, basados en un indicador de complejidad macro que se irá adaptando a las diferentes operaciones, COMPLEX puede servir a los servicios de gestión para hacer un uso adecuado de sus recursos humanos y tecnológicos.
En esta línea de investigación se tiene por tanto el objetivo de crear el indicador de complejidad COMPLEX común y adaptarlo a los diferentes tipos de transporte aéreo. Además, pretende complementar este indicador con mapas de complejidad que permitan analizar el espacio aéreo en función de la complejidad. Junto con el módulo de complejidad, COMPLEX también tiene el objetivo de complementar el análisis de complejidad con módulos de optimización. De esta forma, se realizarán aplicaciones directas en las que el indicador COMPLEX será el parámetro de decisión para la optimización de trayectorias o sectorizaciones, dependiendo del tipo de transporte.
Trabajos Fin de Máster y Trabajos Fin de Grado:
- Estudio de la implementación de un proveedor de servicios de U-Space (USSP).
- Explorando la Movilidad Aérea Urbana. Oportunidades y Desafíos en el Transporte del Futuro.
Gestión del Tráfico Espacial (Space Traffic Management – STM)
Proyecto de “Análisis de concepto Operacional para el STM”
El proyecto de «Space Traffic Management (STM)» representa una iniciativa estratégica y visionaria que busca abordar los crecientes desafíos en la gestión del tráfico espacial en un entorno cada vez más congestionado. Esta propuesta tiene como objetivo principal evaluar la factibilidad de aplicar las metodologías y servicios desarrollados en el marco del STM, tomando como referencia los Conceptos Operacionales (ConOps) de la Administración Federal de Aviación (FAA) de los Estados Unidos y el proyecto lanzado por EuroControl (ECHO Project) en Europa.
Las operaciones futuras en el espacio aéreo superior serán tripuladas o no tripuladas pueden plantear riesgos para la seguridad al transitar por las operaciones aéreas actuales en el espacio aéreo por debajo de la HA (Higher Airspace), es decir, por debajo de FL 550 o FL 660, o al navegar sobre la HA. También pueden suponer un impacto medioambiental negativo, especialmente en términos de emisiones. La evaluación de este proyecto debe detectar posibles lagunas reglamentarias y proponer, en su caso, opciones reglamentarias que proporcionen la protección y la seguridad necesarias, así como la protección del medio ambiente y la mínima afección al espacio aéreo convencional. Se trata de una oportunidad excepcional para evaluar y preparar el panorama normativo, antes de que se produzcan avances tecnológicos. También ofrece la posibilidad de partir de una página en blanco e idear soluciones innovadoras y disruptivas para este nuevo tipo de tráfico.
Los resultados de este proyecto no solo tendrán un impacto significativo en la gestión del tráfico espacial en Europa, sino que también contribuirán al esfuerzo global para preservar y proteger el espacio exterior para las generaciones futuras. La aprobación y el apoyo para avanzar con esta iniciativa son cruciales para garantizar un futuro seguro y sostenible en el espacio.
Las operaciones del espacio aéreo superior (HAO) en Europa es una oportunidad para aplicar las recomendaciones de la arquitectura SESAR, como la reconfiguración del espacio aéreo o la desfragmentación de los cielos europeos mediante la virtualización y el libre flujo de datos entre usuarios de confianza (datos ATM como servicio).
En 2024 se ha realizado un análisis de las necesidades existentes del STM, el alcance del mismo, el tipo de vehículos y operaciones que se podrán encontrar a estas altitudes, así como, la integración de estas operaciones que propone Europa y la FAA, los requisitos de los servicios que se tendrán que prestar, y, finalmente los posibles horizontes temporales existentes.
Trabajos Fin de Máster y Trabajos Fin de Grado:
- Space Traffic Management (STM), como medios y normas para acceder al espacio exterior, realizar actividades en él y regresar de forma segura, sostenible y protegida.
- Análisis de impacto de la operación en espacio exterior y servicios asociados.
Implantación del hidrógeno como combustible en aviación
Trabajos Fin de Máster y Trabajos Fin de Grado:
- Efecto en los servicios aeroportuarios.
- Impacto en las infraestructuras y operaciones aeroportuarias.
- Suministro, almacenamiento & distribución de hidrógeno en los aeropuertos para su posterior uso como combustible en las aeronaves.
- Efecto en los servicios aeroportuarios y de Navegación Aérea.
- Hidrógeno: el futuro de la aviación.
Los alumnos de la ETSIAE UPM visitaron en abril de 2024 las instalaciones del INTA en Torrejón de Ardoz.
Web de la Cátedra en la UPM:
