Demonstratievluchten voor onbemande drones succesvol verlopen

Drones die pakketjes afleveren, spoedeisende medische goederen overvliegen of inspecties uitvoeren aan gebouwen in de stad: het klinkt soms als sciencefiction. Voordat drones écht in grote getale door het luchtruim kunnen gaan vliegen, moet er een luchtverkeersleidingssysteem voor onbemande luchtvaartuigen komen. Koninklijke NLR test samen met Europese projectpartners de voorloper van zo’n systeem. De eerste resultaten zijn veelbelovend: recent uitgevoerde testvluchten in het kader van het Europese Amu-Led-project verliepen vlekkeloos.

Drones maken allerlei nuttige toepassingen mogelijk, van het inspecteren van infrastructuur tot het assisteren van hulpverleners en het overvliegen van spoedeisende goederen. Nu nog worden de meeste drones bediend door een dronepiloot in de directe omgeving van het toestel. Die zorgt niet alleen voor een succesvolle uitvoering van de beoogde missie, maar onderneemt ook actie zodra er zich lokaal een risicovolle situatie voordoet, bijvoorbeeld omdat er een helikopter nadert.

In de toekomst zullen drones meer en meer buiten het zicht van de piloot vliegen (beyond visual line of sight, BVLOS), of is er zelfs helemaal geen dronepiloot meer nodig, omdat de drone autonoom de vlucht uitvoert. En het blijft niet bij kleine drones met alleen een camera eronder: ook vracht- en personenvervoer door middel van drones en electrical vertical take-off and landing (eVTOL)-toestellen behoort tot de mogelijkheden. We spreken dan van Urban Air Mobility (UAM), stedelijke luchtmobiliteit.

Het BVLOS en autonoom vliegen met drones vraagt om nieuwe technologieën die ervoor zorgen dat drones niet alleen elkaar, maar ook bemande luchtvaartuigen kunnen ontwijken. Unmanned Traffic Management (UTM) is zo’n technologie. UTM vormt het fundament onder wat in Europa U-space heet: een speciaal aangewezen deel van het luchtruim waarvan bemand en onbemand luchtverkeer op een veilige manier gelijktijdig gebruik kan maken.

U-space moet uiteindelijk zorgdragen voor het ordentelijk laten verlopen van al het luchtverkeer in een specifieke zone. Het systeem stelt drone-operators onder andere in staat om vliegplannen in te voeren of een gebied te markeren waarin een bepaalde dronevlucht zal plaatsvinden. Drones staan in verbinding met het systeem om hun actuele positie en vliegrichting door te geven. Zodra een conflict dreigt, bijvoorbeeld omdat twee vliegroutes elkaar kruisen, grijpt het systeem in om een gevaarlijke situatie te vermijden. Een hoge mate van automatisering moet ervoor zorgen dat dit ook op grote schaal gaat werken.

U-space

U-space is op conceptueel niveau nog volop in ontwikkeling. Voordat drone-operators in Europa op grote schaal gebruik kunnen maken van U-space, moet er het nodige ontwikkeld, getest en gesimuleerd worden. Daarvoor is het project Air Mobility Urban – Large Experimental Demonstrations – afgekort Amu-Led – opgezet, een H2020-project van de Europese Commissie. Het doel van het project is om aan te tonen dat toekomstige dronetoepassingen op een veilige en door het publiek geaccepteerde manier uitgevoerd kunnen worden in de stedelijke omgeving.

NLR doet als één van de zeventien Europese consortiumleden mee in het Amu-Led-project. Het houdt zich bezig met de afstemming van de technologiediscussie en regelt de voorbereiding van demonstratievluchten. Deze vinden plaats in verschillende Europese landen, waaronder Nederland. Gedurende de projectduur van twee jaar worden er honderd vlieguren boven de stedelijke omgeving gemaakt.

Tijdens deze demonstratievluchten zijn diverse scenario’s uitgevoerd, waarbij steeds weer andere technologische en procedurele aspecten aan de orde zijn. De lessen die daarbij worden geleerd geven vorm aan het uiteindelijke UAM-ecosysteem. Publieke acceptatie vormt een rode draad door de demonstraties: hoe ervaren de bewoners van een stad de aanwezigheid van drones in de publieke ruimte, vanuit het oogpunt van veiligheid, privacy, geluidsoverlast of visuele verstoring?

Eerste demonstraties in Nederland

Begin augustus werden een aantal demonstratievluchten boven Amsterdam uitgevoerd, de eerste van een serie testvluchten in Nederland. Hierbij werden in aanwezigheid van een focusgroep verschillende scenario’s uitgevoerd, variërend van vluchten met een commerciële delivery drone tot en met een surveillancevlucht door een politiedrone en een high priority medische dronevlucht.

Vanuit NLR werden deze testvluchten gecoördineerd door R&D Consultant Marta Tojal Castro. In de toekomst mogen dronevluchten boven stedelijk gebied in hoge mate geautomatiseerd uitgevoerd worden, maar zover is het nu nog lang niet. Voor de proefvluchten is overled met technische projectpartners als AirHub, Space53 en UTM-ontwikkelaar Altitude Angel, en procedureel met lokale overheden, Defensie, de Inspectie Leefomgeving en Transport (ILT) en Luchtverkeersleiding Nederland (LVNL).

Bij het eerste scenario liet een dronepiloot een drone opstijgen voor een denkbeeldige missie. Vanuit het Olympisch Stadion kwam kort daarna een gesimuleerde delivery drone aanvliegen. Dat werd bemerkt door het UTM-systeem van Altitude Angel, waarop de dronepiloot de instructie kreeg om over te gaan op loiter: stilhangen in de lucht totdat het gevaar geweken is. Dit scenario verliep goed, op een afwijking tijdens de kompaskalibratie van de drone na.

Het tweede scenario was een stuk complexer. De demonstratie bestond uit twee onderdelen, beide uitgevoerd boven het Marineterrein in het centrum van Amsterdam. Voor de veiligheid werd het gebied waarboven werd gevlogen afgezet en zorgden observers ervoor dat er zich geen niet-betrokken personen in het gebied konden begeven. Daarnaast werd door middel van een radioverbinding contact onderhouden met de verkeerstoren van Schiphol.

Tijdens het eerste onderdeel werd er binnen het zicht van de piloot gevlogen, terwijl een andere drone naderde. Ook hier gaf het systeem terecht een waarschuwing om over te gaan op loiter. Bij het tweede onderdeel werd er voor het eerst BVLOS gevlogen. Een drone legde daarbij een voorgeprogrammeerde waypointmissie af. Tegelijkertijd werd een inkomende high priority medische dronevlucht gesimuleerd, vanuit het OLVG-ziekenhuis in Amsterdam-Oost. Het systeem zorgde daarbij tijdig voor tactische deconflictie, waarna beide dronevluchten veilig gecontinueerd konden worden.

Goed verlopen

Tojal Castro blikt tevreden terug. “De scenario’s speelden zich af zoals gepland. Het UTM-systeem van Altitude Angel voerde de tactical deconfliction-ingrepen uit zoals verwacht.”

Collega Jens Ten Thije (R&D Engineer bij NLR) vult aan: “Het systeem werkte perfect en zoals verwacht. De enige opmerking die ik kan maken is dat sommige waarschuwingsberichten vrij laat werden getoond. Maar dat was ook logisch, in dit scenario naderden de drones elkaar expres vrij dichtbij. In realiteit zou het systeem al veel eerder hebben ingegrepen om een tactisch conflict te voorkomen.”

Ook in Enschede hebben inmiddels meerdere drones gelijktijdig gevlogen, waaronder drones van hulpdiensten en de medische drone van Avy. Als onderdeel van de testvluchten in de Port of Rotterdam, werden eind augustus vervolgens weer andere UAM-scenario’s uitgevoerd. Er staan nog testvluchten in Spanje op het programma, waarna Amu-Led begin 2023 wordt afgerond.

Vervolg

Op de korte termijn staan er nieuwe onderzoeksprojecten op de agenda, waarbij ook NLR betrokken zal zijn. Zo gaat in oktober 2022 het Burdi-project van start, waarin men gaat verkennen wat er komt kijken bij de daadwerkelijke implementatie van U-space. “Denk aan harmonisatie en standaardisatie van bevindingen uit andere EU-projecten op het gebied van UAM en U-space. En ook bij dit project zal publieke acceptatie een grote rol spelen”, licht Tojal Castro toe.

En wat kunnen drone-operators verwachten? Wanneer kan men gebruik gaan maken van U-space? Tojal Castro: “Het kan misschien nog wel tien, twintig jaar duren voordat U-space volledig operationeel is. Maar dat wil niet zeggen dat we de technologie zoals die nu voorhanden is nog niet kunnen inzetten. In het Verenigd Koninkrijk bijvoorbeeld komen er een aantal drone-corridors, overzien door de UTM-technologie van Altitude Angel, waar operators BVLOS-toepassingen zoals goederenvervoer kunnen testen. Dat is belangrijk, want in de praktijk worden uiteindelijk toch de meeste lessen geleerd. Maar dat moet dan wel op een veilige manier gebeuren.”