Miehittämättömille ilma-aluksille Eurooppaan kehitteillä oleva U-Space voi tuoda mukanaan merkittäviä muutoksia myös perinteiseen pienkoneilmailuun.
U-Space-määräykset ovat vielä EASA:ssa valmisteilla, mutta tämänhetkisen käsityksen mukaan U-Space- määräykset tulisivat vaikuttamaan myös miehitettyjen ilma-alusten lentämiseen niissä U-Space-ilmatiloissa, jotka perustetaan nykyiseen G-ilmatilaan eli valvomattomaan ilmatilaan. Lainvalmistelusta tihkuneiden alustavien tietojen mukaan valvomattomassa U-Space-ilmatilassa lentävien miehitettyjen ilma-alusten tulisi tulevaisuudessa ”olla jatkuvasti U-space palveluntarjoajien elektronisesti havaittavissa”, eli eräänlainen transponderipakko astuisi voimaan.
U-space palveluntarjoaja on tietokoneistettu “miehittämättömien ilma-alusten lennonjohto”, joka toimii lennonjohdon tavoin eli antaa droneille lentoluvan U-space-ilmatilaan, ja tarpeen vaatiessa esim. yhteentörmäyksen uhatessa miehitetyn ilma-aluksen kanssa käskee dronea väistämään tai laskeutumaan.
Nämä määräyspykälät ovat siis vielä valmisteluasteella. Tässä artikkelissa paneudumme eri tunnistamistekniikoihin, eli miten miehitetty ilma-alus voitaisiin havaita ja tunnistaa sekä välittää tunnistamistieto (paikkatietoviesti) U-Space-palveluntarjoajalle. Keskustelussa esiintyy muutama vaihtoehtoinen tekniikka. Päätökset käytettävistä tekniikoista ovat edessä lähivuosina.
Lainvalmistelutyöhön osallistuvat viranomaisten lisäksi myös joukko ilmailun edunvalvontajärjestöjä. Pitkään niiden joukko oli varsin droneteollisuuspainotteinen, mutta viime aikoina ovet ovat raottuneet myös muun muassa Europe Air Sports-järjestölle, jossa Suomen Ilmailuliittokin on jäsenenä monen muun eurooppalaisen ilmailuliiton tavoin. Europe Air Sports edustaa kaikkia urheilu- ja harrasteilmailun lajeja kattaen muun muassa moottori- ja purjelennon, liitimet ja lennokit. EAS on julkaissut kannanoton, jossa se edellyttää, että miehitettyjen ilma-alusten pääsy U-Space-ilmatilaan tulisi olla:
– turvallista – dronet väistävät miehitettyjä ilma-aluksia,
– maksutonta,
– lennon valmistelu tai sen suoritus ei monimutkaistu nykyisestä,
– teknisesti toteutettavissa ottaen huomioon pienten ilma-alusten edellytykset. Erityisesti tämä koskee moottorittomia ilma-aluksia ja liitimiä, joissa sekä sähkön saanti että laitteiden asennuspaikat ovat niin sanotusti kortilla.
Koneesta maahan
Valvomattomassa U-Space-ilmatilassa lentävässä miehitetyssä ilma-aluksessa tulisi siis olla jokin radiolähetin, ”majakka”, jonka lähetys voidaan vastaanottaa maassa ja sen avulla voidaan selvittää koneen yksilöllinen tunnus, sijainti ja liikesuunta. Yhteistä kaikille ”majakka”-tekniikoille on, että koneen paikkatieto saadaan GNSS-satelliittipakannuksella, esimerkiksi GPS:llä. Tämän johdosta perinteinen SSR-transponderi ei ole mukana.
ADS-B käyttäen ES/1090 MHz (Extended Squitter)
Tämä tekniikka on sama, joka jo nyt käytetään raskaissa liikennekoneissa ja hyvin varustelluissa yleisilmailukoneissa. Sen eduksi voi laskea virallisesti standardoidun aseman. Haittoina on mainittu:
– suurikokoinen laitteisto, jonka 70 watin lähetysteho syö runsaasti sähkötehoa. Myös kantama on turhan iso hitaille yleisilmailun ilma-aluksille. – herkkyys niin sanotulle saturoinnille, eli jos liian monta ilma-alusta lentävät pienellä alueella, radiolähetteet häiritsevät toisiaan ja tiedonsiirto hidastuu tai katkeaa.
ADS-B ES/1090 low power variant
Yllä mainittujen epäkohtien korjaamiseksi on erityisesti Britanniassa kehitetty edullisia ADS-B-lähettimiä, jotka toimivat pienemmillä lähetystehoilla, esimerkiksi SkyEcho 2, 20 wattia. Lähetin on hieman tupakka-askia suurempi. Toistaiseksi se on Euroopassa sertifioitu vain Britanniassa kansallisesti.
ADS-B käyttäen UAT/978 MHz
Yhdysvalloissa yleisilmailussa on jo jonkun aikaa ollut käytössä ADS-B:n variantti, joka käyttää lähetystaajuutena omaa 978 megahertzin niin sanottua UAT-taajuutta (Universal Access Transceiver). UAT:lla on parikin etua:
– Oman 978 MHz taajuuden avulla pidetään yleisilmailun ja raskaan lentoliikenteen 1090 MHz:llä tapahtuvat ADS-B-lähetykset erillään toisistaan, jolloin saturaatiovaara raskaalle lentoliikenteelle pienenee.- Oma taajuus mahdollistaa muidenkin datapalveluiden kuin paikkatietojen välityksen ja myös molempiin suuntiin. Niinpä USA:ssa on laajassa käytössä uplink-lisäpalvelut FIS-B, joka välittää sää- ja NOTAM-tietoja maasta lentokoneen karttanäyttöön, sekä TIS-B, joka välittää tietoja muusta lentoliikenteestä karttanäyttöön.
Euroopassa tilanne on valitettavasti se, että 978 MHz taajuus on vuosia sitten annettu sotilaskäyttöön. Taajuutta käytetään NATO-ilmavoimien DME/TACAN- radionavigointiin ja yrityksistä huolimatta ei näytä siltä, että uudelleenallokointi UAT-siviilikäyttöön onnistuisi lähivuosina.
Flarm
Flarm on purjelentoyhteisössä kehitetty radiotekniikka, joka alun perin oli tarkoitettu purjelentokoneiden törmäysvaroittimeksi – purjelentokoneethan usein lentävät lähekkäin esimerkiksi termiikissä. Flarm käyttää 868 MHz:n niin sanottua luvasta vapautettua yleistaajuutta (SRD/ISM), jonka lähetysteho on vain 25/100 mW. Tämä vaatii huolellista antenniasennusta. Pian oivallettiin vastaanottaa purjekoneiden Flarm-lähetteet myös maassa, jolloin esimerkiksi purjelentokilpailujen yleisölle aukesi mahdollisuus seurata kilpailua tietokoneen näytöltä (kts. jäljempänä OGN). Flarm on saanut Euroopassa suuren suosion purjelentokoneissa, helikoptereissa ja joissakin liitimissä, mutta sen epävirallinen asema jarruttaa sen suosiota viranomaisten ja ilmaliikenteen valvonnasta vastaavien yritysten parissa.
4G/5G-tekniikka
Viimeisenä käsittelemme ”kännykkäverkkoja” eli 4G/5G-matkaviestinverkkoja. 4G-puhelimet ovat suosittuja paikkatiedon lähettiminä erityisesti liidinyhteisössä ja saatavilla on useita sovelluksia, joilla voi seurata liidinkilpailuja maasta käsin. 4G-puhelin onkin varmasti hinnallisesti edullisin tapa varustaa liidin paikkatiedon lähettimellä. Koko ja paino ovat siedettäviä, ja puhelin voi olla aina mukana lennolla, tosin puhelimen toiminta-aika voi olla hardcore-liitäjälle lyhyt.
Haittapuoliakin on. 4G-verkossa puhelimet eivät ole ovat suorassa broadcast-yhteydessä toisiinsa, vaan kaikki paikkatieto kulkee maaverkon kautta. Toinen ongelma on se, että 4G-verkon tukiasemien antennit ovat suunnattuja vaakatasoon tai hieman alaspäin, koska siellä verkon tavalliset käyttäjät ovat. Tämän johdosta radioyhteyden laatu heikkenee nopeasti ylöspäin mennessä – kokeissa yhteys on menetetty noin 700 metrissä (2000 ft). Lentävissä ilma-aluksissa olevat puhelimet kuuluvat kauemmin kuin verkon tavallisten käyttäjien maassa olevien käyttäjien puhelimet ja aiheuttavat radiohäiriötason nousua myös lähintä tukiasemaa kauempaa. Yksi tai muutama puhelin ei vielä haittaa, mutta jossakin vaiheessa yhteyslaatu kärsii (5G:ssä tähän on tosin luvassa parannusta). Lisäksi puhelimen käyttö vaatii maksullisen liittymän. Muistetaanpa vielä, että matkapuhelimen käyttö ilma-aluksessa on tällä hetkellä pääsääntöisesti määräyksissä kielletty.
Paikkatietoviestin siirtäminen palveluntarjoajalle
Siirrymme maaverkon puolelle eli kuinka ilma-aluksemme paikkatietoviesti siirtyisi eteenpäin U-Space-palveluntarjoajalle. ADS-B-lähettimien paikkatietoviestit (”ADS-B Out”) voidaan vastaanottaa virallisen lennonvarmistuspalvelun vastaanottoasemilla (”ADS-B In”) ja välittää niiltä eteenpäin U-Space-palveluntarjoajalle. Kysymysmerkkinä on silloin riittävä peittoalue. Raskas liikenne, jota varten nämä asemat pääosin rakennetaan, lentää yleensä korkealla ja matalalle jää katvetta. Suomen NAVSUR-strategian karkean kuvauksen mukaan Suomen alueen kattamiseksi tarvittaisiin noin 120–160 ADS-B-asemaa, jolloin alakatve olisi ”matalammalla kuin 2000–4000 jalkaa” mutta tämä ei vielä tunnu riittävältä yleisilmailun tarpeisiin.
Toinen ainakin teoreettinen vaihtoehto on tukeutua FlightRadar24- ja FlightAware-tyyppisten toimijoiden ratkaisuihin. FR24:lla on yli 20 000 ADS-B-maa-asemaa ja FlightAwarellakin yli 8 000 maa-asemaa globaalisti, suurin osa asianharrastajien pystyttämiä käyttäen esimerkiksi Raspberry Pi-laitealustaa. Itse asiassa kuka tahansa voi pystyttää ADS-B-vastaanottoaseman muutamalla sadalla eurolla vaikkapa oman lentokerhon lentokentälle. Tarvittava verkkoyhteys U-Space-palveluntarjoajalle voisi onnistua kaapeloidun tai langattoman internetliittymän avulla.
Flarm-yhteisö on myös toteuttanut oman Open Glider Network -nimisen paikkatietojen välitysverkon. Tavallisimmin purjelentopaikoille pystytetyt OGN-vastaanottimet voivat olla elektroniikaltaan samanlaiset kuin edellä mainitut ADS-B-vastaanottimet, vain antenni on erilainen. OGN:ssä toimii nyt noin 2000 maa-asemaa, tosin talvisaikaan vain osa on aktiivisena. 4G-verkoissahan maaverkko on verkko-operaattorien rakentama ja operaattori päättää tukiasemien pystyttämisestä. Vielä on hieman epävarmaa, mikä on 4G/5G-operaattorien kiinnostus investoida U-Space-käyttöön soveltuvaan verkkoon, vaikka käyttäjiksi saataisiin U-Space-ilmatilassa lentävät sekä miehityt että miehittämättömät ilma-alukset. Jos vaikka suurkaupungin yllä tulevaisuudessa olisi 1000 ilma-alusta (joista suurin osa droneja), saman kaupungin maan pinnalla on silloin helposti pari miljoonaa ihmistä, joihin verrattuna U-Space-business olisi melko pientä.
Käyttövarmuus mietityttää
Yllä on luetteloitu joukko tekniikoita, jotka voivat toimia tulevaisuuden miehitettyjen ilma-alusten U-Space-tunnistus- ja paikantamispalvelun rakennuspalikoina. Monta kysymystä on kuitenkin vielä jäljellä. Päällimmäisenä järjestelmän käyttövarmuusvaatimukset. Jos lentokoneemme lähettämä paikkatietoviesti ei tulekaan perille U-Space-palveluntarjoajalle, se saattaa antaa lentoluvan isolle dronelle samaan U-Space-ilmatilaan ja yhteentörmäysvaara on valmis. Miten varmistetaan, että tieto kulkee aina perille?
Toinen kysymys koskee ”tunnistusmajakan” tekniikan standardointia. Tilannehan on nyt se, että kaikki edellä mainitut tekniikat ovat jo jossain määrin käytössä omissa lentäjäyhteisöissään. Skenaario, jossa kaikki yleisilmailu tulevaisuudessa pakotettaisiin yhteen yhtenäiseen lähetysstandardiin, toisi siten helposti haittoja monelle ilmailijalle. Onko ratkaisuna silloin ”multi-standard” vastaanottoasemat? Näitä ja muita kysymyksiä pohditaan tällä hetkellä EASA:n työryhmässä. Aika näyttää, mihin päädytään.
Onko ratkaisuna multi-standard-vastaanottoasemat?
Kirjoittaja seuraa Europe Air Sports-järjestössä yleis- ja harrasteilmailun sääntelyn valmistelua.
