Presente e Futuro – Integrando o VANT às frotas existentes

Mark Colborn

Como os defensores dos sistemas aéreos não tripulados lidam com as questões de segurança e fiabilidade de forma a facilitar o seu potencial?

Todos nós gostaríamos de poder prever o futuro, certo? Os novos acordos de negócios envolveriam menos riscos. O investimento na aposentadoria seria bem mais fácil. Mas, há um futuro que podemos prever e ele inclui os pequenos sistemas aéreos não tripulados (UASs).

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O potencial de pequenos UASs, como este DJI Inspire 1 (equipado com uma câmera de vídeo 4K de 12 megapixéis), é grande. No entanto, está imobilizado por preocupações quanto a sua capacidade de operar com segurança no espaço aéreo ocupado pela aviação, em  geral, e por aeronaves comerciais. Foto: Mark Colborn

Os computadores e a automação modificaram a aviação para sempre. A tecnologia dos UASs mudará o modo como fazemos negócios e podemos salvar vidas. Os pilotos, as operadoras e os provedores de serviços de manutenção devem, portanto, considerar integrar esta tecnologia emergente aos modelos de negócio vigentes. Ao acrescentar os UASs às frotas tripuladas, as operadoras terão uma vantagem clara sobre a concorrência.

A Administração Federal de Aviação (FAA) vem concedendo gradualmente autorizações especiais para voos de pequenos UASs para compensação e aluguel, mas ainda tem o mercado comercial como um todo em circuito de espera. Quando a Parte 107 do Regulamento Federal de Aviação (FAR) for finalmente publicada, os pedidos de autorização fluirão como um tsunami. E o céu será o limite.

Os japoneses têm usado pequenos UASs para pulverizar colheitas por muitos anos. O Yamaha RMAX de 200 libras carrega cerca de quatro galões de combustível. Com uma duração de 10 a 15 minutos, ele consegue cobrir uma área de 4-12 acres por hora. Será que um operador agrícola nos EUA poderia usar atualmente uma aeronave como essa em porções de colheita bem pequenas para lidar moderadamente com uma aeronave ou um helicóptero tripulado?

Produtores de televisão e filme vêm utilizando cada vez mais pequenos UASs para as filmagens de programas de televisão, filmes e noticiários. As empresas de produção cinematográfica aérea experientes foram as primeiras a receber um certificado de autorização ou isenção da “Seção 333”. Mais de duas dúzias de isenções foram concedidas desde maio de 2014 a empresas de filmagem aérea, a levantamentos aéreos de precisão, a monitoramentos de segurança de canteiros de obras, a observações de colheitas, a monitoramentos de chaminés-torre e a vendas de bens imóveis.

A indústria cinematográfica recebeu uma ajuda das operadoras de UASs com aspirações comerciais; já possuía procedimentos de segurança rigorosos. E também tinha experiência com a obtenção de isenções para voos de produção e já tinha trabalhado diretamente com os Escritórios da Divisão de Padrões de Voo da FAA.

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No Japão, pequenos UASs, como o Yamaha RMAX, têm pulverizado colheitas por anos. Foto: Yamaha

As empresas de filmes conseguiram adaptar os movimentos de suas imagens e os manuais de operações de TV assim como os Manuais de Procedimentos e Operações de Voo (FOPMs) para a segurança das operações com pequenos UASs.  As empresas que trabalham com filmagens aéreas precisam desenvolver um projeto, receber a aprovação e usar um FOPM para as produções de voo tripulado. Os defensores veem este progresso da FAA e da indústria cinematográfica como um passo em direção à recuperação da produção de TV e filmes nos EUA. A evidência de que isto está funcionando pode ser vista nas produções mais recentes (em Tilden, no Texas) do programa de TV “Steve Austin’s Broken Skull Challenge”, que utilizou um “hexacóptero” de amplo enquadramento para as filmagens ao ar livre.

As operadoras de pequenos UASs de aviação policial ainda precisam obter um certificado de autorização ou isenção (ou COA) da FAA. O processo envolve a entrega dos planos de operações e treinamentos à agência e, então, o recebimento de uma visita ao local para a avaliação da eficácia e da segurança geral do programa UAS. Os operadores dos UASs devem ter licenças para pilotar e atestados médicos válidos.

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Demorou cinco anos para o Departamento de Polícia de Arlington, no Texas, adquirir a permissão da FAA para voar o seu primeiro UAS. O departamento foi atualizado com o Leptron Robotics Quadcopter equipado com uma câmera GoPro Hero 3+. Foto: Mark Colborn

Demorou cinco anos para o Departamento de Polícia de Arlington, no Texas, receber o seu primeiro COA. O COA, que foi recebido em fevereiro de 2012, cobria as operações do departamento com o helicóptero de controle remoto Leptron Avenger. Esta máquina era capaz de sustentar uma câmera vídeo de tamanho médio e uma câmera de processamento de imagens termais. O COA não autorizava o departamento a operar à noite, portanto a câmera termal foi usada poucas vezes.

Arlington, então, substituiu o Avenger por um Leptron Robotics Quadcopter menor e mais flexível, equipado com uma câmera GoPro Hero 3+. O departamento está aguardando a prorrogação do COA, que incluirá uma permissão para voar em novos quadcópteros em verdadeiras missões.

O sistema do COA da aviação policial tem existido por mais mais de oito anos e, segundo a FAA, os UASs da polícia nunca se envolveram em grandes danos humanos ou outros impactos adversos de segurança.

A FAA propôs dar às operadoras de aviação policial uma alternativa. Ao invés de procurar obter um COA, eles poderiam optar por voar sob as provisões da Parte 107 do Regulamento Federal de Aviação, que cobrem os UASs.  Uma vantagem importante desta opção é que a operadora não precisaria ter licença para pilotar, segundo o gerente de programas de UAS de Arlington, Sargento Brook Rollins. O departamento tem apresentado uma dificuldade contínua em prover a sua unidade com pilotos qualificados. As agências de aviação policial com unidades de aviação tripuladas têm dado pouca atenção à ideia de acrescentar pequenos UASs.

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O SA-400 Jackal da Scion UAS é um dos muitos UASs que incorpora a função “voltar para casa” para que o sistema aéreo não tripulado voe automaticamente ao seu ponto de decolagem, caso o vínculo de comunicação com o seu operador seja interrompido. Foto: Scion UAS

Do outro lado do Atlântico, a Agência Europeia para a Segurança da Aviação (EASA) também tem proposto novas regulamentações sob o seu “Conceito de Operações para as Aeronaves Teleguiadas”. A EASA regulamentaria os UASs baseado no nível de complexidade e no objetivo da sua operação, incluindo a altitude desejada, o ambiente do espaço aéreo e a linha de visada visual (VLOS) do operador para o UAS no ar. De acordo com a proposta da EASA, a categoria “aberta” da operação não precisaria ser autorizada por uma autoridade de aviação, mas a aeronave teria que seguir os limites estabelecidos e manter distância dos aeroportos e das pessoas. A EASA reservaria esta categoria para “as operações de riscos muito baixos” com VLOS e a uma altitude de 500 pés ou menos.

Já a categoria “específica” da operação precisaria de uma autorização de operações de uma autoridade de aviação, com limitações estabelecidas. Os operadores teriam que executar uma avaliação de riscos da segurança da navegabilidade aérea, do ambiente e dos procedimentos operacionais, da competência de pessoal e das questões do espaço aéreo. Um indivíduo operando um UAS nesta categoria teria que demonstrar competência e, eventualmente, poderia ser exigido uma licença operacional.

Uma categoria “certificada” de operações seria comparável às regras para as aeronaves tripuladas. Tais operações seriam regulamentadas baseadas nas considerações de energia cinética e no nível de autonomia, incluindo operações além da linha de visada (BLOS).

A Parte 107 da FAA mudaria o rumo dos departamentos que não têm suporte algum de aviação. Isto permitiria a qualquer departamento entrar rapidamente no ramo dos UASs e por uma fração do preço de uma aeronave tripulada. As empresas existentes e arrivistas que decidirem fornecer serviços de treinamento e equipamentos para pequenos UASs devem ter oportunidades extraordinárias.

Uma empresa que está à frente deste mercado em expansão é a Scion UAS, com a sua sede situada em Fort Collins, Colorado (EUA). Ela foca no mercado de decolagem e pouso vertical (VTOL) de UASs. A empresa, fundada em 2011, recentemente entregou um segundo helicóptero SA-400 Jackal opcionalmente pilotado ao Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA para um programa de teste de guerra eletrônica.

O Jackal pesa 1,200 libras, possui motor a turbina e é capaz de transportar uma carga de 500 libras.  A sua autonomia de voo é de mais de quatro horas. A empresa está desenvolvendo uma versão menor visando o mercado comercial. Denominada SA-200 Weasel, ela pesará 150 libras e está sendo projetada para alcançar uma velocidade máxima de 60 nós e transportar uma carga de 45 libras. Jim Sampson, gerente e piloto de segurança, disse que o veículo aéreo Weasel seria ideal para vistorias de energia elétrica e oleoduto, fiscalizações de turbinas eólicas, busca e resgate (SAR) e utilização aérea.

Ambas plataformas da Scion UAS são equipadas com placas controladoras Flight-Logic desenvolvidas pelo Instituto de Tecnologia da Geórgia há mais de uma década. Os controladores de código aberto de todas as aeronaves pequenas, usadas como passatempo, como o DJI Phantom, são baseados nestes designs originais. (No dia 26 de janeiro, um DJI Phantom caiu no terreno da Casa Branca.) Porém, o nível de sofisticação incorporado nos algoritmos de software não se compara aos controladores nas máquinas Scion UAS.

As máquinas usadas como passatempo apresentam giroscópios de três eixos, acelerômetros e barômetros para estabilização e magnetômetros para orientação de bússola. Acrescente um receptor de GPS e o controlador saberá a sua localização.

Todos os controladores DJI Naza, WooKong e A2 e os controladores de código aberto 3D Robotics têm um recurso chamado “voltar para casa e pousar”. Durante o período de inicialização do controlador, e antes da decolagem, o controlador adquire um sinal do GPS e as suas coordenadas atuais são salvas na memória.

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Os defensores dizem que as áreas remotas com pouco volume de tráfego são os lugares mais prováveis onde  as agências reguladoras permitirão operações de UASs além da linha de visada. Foto: Scion UAS

A função “voltar para casa” foi desenvolvida para ser empregada caso o rádio-transmissor ou os smartphones/tablets habilitados com Wi-Fi percam contato com a máquina em voo. A esta altura, a máquina deve retornar em direção ao ponto de decolagem, ascender a uma altitude pré-programada para afastar-se dos obstáculos e, então, voar de volta. Ela foi projetada para, uma vez que ela chegar ao ponto de decolagem, parar, descer lentamente e verticalmente e pousar. O operador também pode acionar a função. Tenho testado, por vezes, acidentalmente, e propositadamente, este recurso em cada um dos meus quadcópteros e hexacópteros. Ele funcionou todas as vezes.

A Scion UAS incorporou esta função aos seus helicópteros opcionalmente pilotados com um botão “voltar para casa” no painel de instrumentos de cada aeronave. Imagine, entrar inadvertidamente em nuvens baixas e perder, imediatamente, a consciência situacional. Não seria maravilhoso apertar o botão “voltar para casa” e o helicóptero voltar sozinho até o seu ponto de decolagem e fazer o pouso sem mais nenhuma ação do piloto?

Pesquisas em helicópteros tripulados têm focado em sistemas que oferecem assistência aos pilotos, tais como os colimadores de pilotagem, os sistemas aviônicos melhorados, os sistemas de mapeamento digitais e os sistemas de aviso e alerta de terreno. Os sistemas de piloto automático são caros e praticamente inexistentes em helicópteros de Regras de Voo Visual (VFR). Acontece que, os pilotos são seres humanos e podem encontrar-se em situações para além das suas capacidades. Um botão “voltar para casa” poderia salvar vidas.

Sampson disse que um sistema controlador com GPS Flight-Logic em um helicóptero opcionalmente pilotado reduz a carga de trabalho do piloto.  A máquina pode ser colocada em voo pairado para que o piloto possa concentrar na embarcação da carga útil. Os padrões perfeitos da grade quadrícula podem ser usados nas missões de busca e resgate (SAR) e nos levantamentos topográficos e com magnetômetros. Uma câmera pode ser acoplada ao sistema para permitir que o helicóptero da polícia fique diretamente sobre o veículo em perseguição.

As empresas de entrega de encomendas (como a Amazon) e operadoras agrícolas estão apreensivas pois, as regras propostas pela FAA não incluem voos BLOS. Os UASs podem conduzir hoje voos autônomos sobre pontos de referência utilizando serviços de mapeamento livres. Os quadcópteros DJI Phantom Vision, DJI Inspire 1 e 3D Robotics IRIS+ têm essa capacidade.

O crescimento do mercado do UAS depende das ações da FAA e EASA. As autoridades de aviação dispõem de um mandato para assegurar que as aeronaves operem com segurança no seu espaço aéreo. As forças armadas operam UASs em espaços aéreos restritos ou estabelecem um radar especial para monitorar os seus voos. Mas, o espaço aéreo europeu e dos EUA está lotado de aeronaves. O espaço aéreo dos EUA está cheio de aeronaves no geral.

Este espaço aéreo não pode simplesmente dividir-se em certas altitudes e ser designado às aeronaves teleguiadas. Um sistema precisa ser desenvolvido para separar os UASs das aeronaves tripuladas ao mesmo nível de confiabilidade do sistema que hoje mantém as aeronaves tripuladas separadas. As agências reguladoras e o setor estão tendo dificuldade de encontrar os melhores métodos para integrar os UASs ao espaço aéreo tripulado.

Por mais que a capacidade de voo autônomo possa ser excelente, os UASs precisam aumentar as suas capacidades com sistemas de prevenção de colisão a bordo confiáveis, de 360 graus. Também devem ser capazes de comunicar a sua posição ao Controle de Tráfego Aéreo (ATC) e às aeronaves tripuladas.

Para que a entrega de encomendas seja levada a sério, a quantidade de intervenção humana necessária após a saída da máquina do “centro de distribuição” precisa ser discutida. Seres humanos a milhas de distância voam UASs remotamente para fins militares e para a proteção de fronteiras. As câmeras a bordo transmitem vídeos constantes à estação de solo, permitindo ao piloto remoto guiar a máquina a uma pista ou a uma área de pouso de emergência segura em caso de falha do sistema. Uma aeronave teleguiada totalmente autônoma para entregas de encomendas não teria esse importante recurso humano para a proteção contra falhas.

Podem ser necessários mais dois ou três anos de desenvolvimento e testes antes que a FAA aprove voos BLOS UAS no espaço aéreo civil, segundo Mike McNair, pesquisador principal na área de robótica do Instituto de Pesquisas de Arlington da Universidade do Texas (UTARI).  Esse instituto é uma extensão da Universidade Texas A&M e do Centro de Excelência e Inovação Lone Star para UASs de Corpus Christi, um dos seis locais de teste de UAS nos EUA.  A pesquisa do UTARI foca no rastreamento de UASs, na previsão de conflitos, na prevenção de colisão, na detecção e prevenção de obstáculos, na interação dos espaços aéreos híbridos e nos sistemas de controle.

Sampson, da Scion UAS, visiona a FAA concedendo licenças operacionais para as operações BLOS em áreas remotas e despovoadas primeiro, como em patrulhas de oleodutos em áreas remotas, com pouco tráfego ou em levantamentos de drenagem de água pluvial e modificações de elevação em minas a céu aberto.

Eu visiono, de modo conservador, quatro etapas para a integração do UAS ao espaço aéreo dos EUA:

– Uso não-recreativo de pequenos e micros UASs como a FAA propõe (gostaria que fosse antes do fim de 2015 mas, realisticamente falando, em 2016).

– Operações de UAS BLOS em áreas remotas (2017-2018).

– Operações com UASs autônomos médios e grandes (mas controlados por operadores) acima de 500 pés acima do nível do solo (até 2020).

– Aeronaves teleguiadas autônomas BLOS para entregas de encomendas (2022-2025)

Fonte: Rotor & Wing/ Reportagem: Mark Colborn

Tradução: Piloto Policial.

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