Miehittämättömän ilmailun automaation tilannekuva

Dronetoiminnan automaatio etenee kokeilujen kautta

Ilmailu on pitkään ollut edelläkävijä liikennevälineen automatisoinnin suhteen. Lentokoneissa kokeiltiin jo vuonna 1912 ensimmäisiä autopilotteja, jotka pystyivät pitämään lentokoneen suoralla kurssilla. Ensimmäinen täysin automatisoitu laskeutuminen tehtiin 1960-luvun puolivälissä, jolloin mukana oli kuitenkin vielä pilotti valvomassa tilannetta. Nykyään joillakin lentopaikoilla tai kiitoteillä on mahdollista suorittaa ohjaajien valvonnassa niin sanottu automaattilaskeutuminen, mikäli kiitotie, lentokone ja ohjaajat sekä sää- ja kiitotieolosuhteet sen mahdollistavat. Tutkimuksessa ja kehityksessä on pitkällä myös itsenäinen rullaaminen ja lentoonlähtö (esim. ATTOL-järjestelmä [Airbus]).

Tällä hetkellä voimakkaan kehityksen keskellä on miehittämätön ilmailu eli dronetoiminta, jossa kauko-ohjaaja ohjaa laitetta muualta kuin ilma-aluksen kyydistä tai ohjaaja jopa puuttuu kokonaisuudesta kokonaan. Miehittämättömän ilmailun lainsäädännössä on erikseen määritetty automaattinen toiminta, jota ihminen kuitenkin tarkkailee, ja autonominen toiminta, missä järjestelmä hoitaa itse omat päätöksensä. Kehitys tapahtuu kokeilujen kautta, vaikuttamalla keskeisen sääntelyn kehitykseen unohtamatta infran ja viestintäyhteyksien tärkeää roolia.

Dronetoiminnassa kehitystä ja kokeiluja tehdään tällä hetkellä kahteen eri suuntaan. Toisessa kehityksen suunnassa siirrytään hyötykuorman kantamisesta sen kuljettamiseen ja luovuttamiseen. Samalla kuorman kokoa pyritään kasvattamaan ja laajentamaan ihmisten kuljetukseen. Pitkän matkan kansainvälisten rahtilentojen sääntelykehyksen arvioidaan valmistuvan vuoteen 2030 mennessä ja ihmisten kuljettamista koskevan sääntelykehyksen vuoteen 2026 mennessä. Toinen kehityksen suunta taas lisää laitteiden automaatiota. Tällä hetkellä ollaan kohdassa, jossa laitteet voivat tehdä paljon asioita lentäjän tai kauko-ohjaajan puolesta, mutta ihmistä ei ole poistettu prosessitarkkailijan roolista.

Suomen tavoitteena on olla houkutteleva ympäristö dronekokeilujen ja -testien tekemiselle ja olla yksi edelläkävijämaista, joissa miehittämättömän ilmailun palveluita otetaan käyttöön teknisen kehityksen sallimassa tahdissa. Miehittämättömässä ilmailussa nähdään iso kaupallinen potentiaali. Kokeiluissa on testattu mm. isoja ja pitkään lentäviä tarkkailudroneja, vilkasta lentokenttäympäristöä, maiden rajat ylittävää toimintaa sekä tavarakuljetuksia. Suomessa on käytettävissä vapaata ilmatilaa ja harvaan asuttuja alueita kokeiluiden mahdollistamiseen.

Kansainvälisesti Suomi pyrkii edistämään mahdollistavaa dronesääntelyä EU-asetusten puitteissa. Traficom vaikuttaa aktiivisesti siviili-ilmailun ja erityisesti miehittämätöntä ilmailua koskevan sääntelyn valmisteluun EU:ssa ja osallistuu miehittämätöntä ilmailua koskevien kansainvälisten standardien ja suosituksien kehittämiseen kansainvälisessä siviili-ilmailujärjestö ICAO:ssa.

EU:n dronestrategia 2.0

Euroopan unionin tavoitteena on johtaa siirtymää kohti tervettä maapalloa ja uutta digitaalista maailmaa. Droneja koskevien unionin sääntöjen kehittäminen on ollut tärkeää siksi, että EU:n jäsenvaltioissa ei entuudestaan ollut juurikaan käytössä kansallisia sääntelykehyksiä, eikä myöskään maailmanlaajuisesti. Euroopan komissio on julkaissut marraskuussa 2022 EU:n dronestrategian. Strategian mukaan Komission suunnitelmissa on kehittää ja tehdä muutoksia eurooppalaiseen sääntelykehykseen, jotta uuden tyyppinen ja entistä vaativammat operaatiot olisivat mahdollisia. Droneja käytetään jo nyt arjen työkaluina yhä useammalla dataintensiivisellä tai dataa edellyttävällä talouden alalla. Tulevaisuudessa droneja voitaisiin käyttää esimerkiksi viestintäjärjestelmien teknisinä alustoina, sään ja saastumisen seurantaan, uusiutuvan energian tuotantolaitosten, erityisesti merituulivoimaloiden, kunnossapidossa sekä myös ihmisten kuljettamiseen eVTOL (electric Vertical Take Off and Landing) -ilma-aluksilla.

U-space ympäristö mahdollistaa dronejen automatisoidun liikenteen ohjauksen

U-spacella tarkoitetaan mahdollisimman pitkälle digitalisoitua ja automatisoitua miehittämättömien ilma-alusjärjestelmien (UAS) liikenteenhallintajärjestelmää (UTM, UAS Traffic Management). Liikenteenhallintaa tarvitaan toiminnan turvallisuuden varmistamiseksi erityisesti silloin, kun on tarvetta yhteensovittaa perinteistä ilmailua ja droneliikennettä, tai jollain alueella on paljon samanaikaisia droneoperaatioita.

U-space on Euroopan sisällä harmonisoitu eräänlainen liikenteenhallintajärjestelmä, joka koostuu U-space-ilmatiloista, U-space-palveluista ja yhteisistä tietopalveluista (CIS, Common Information Service). U-spacea koskeva EU-asetus (EU) 2021/664 julkaistiin huhtikuussa 2021, ja se astui voimaan 26.1.2023. Asetuksen myötä myös Suomessa on tehty lisäyksiä kansalliseen sääntelyyn (ilmailulain muutos 174/2023, voimaan 20.2.2023). Lisäyksillä vahvistettiin U-spacen täytäntöönpanon edellyttämät kansallisesti määritettävät asiat.

U-space ympäristössä on siis mahdollista ohjata miehittämättömän ilmailun liikennettä automatisoidusti huomioiden kaikkien toimijoiden tarpeet. Iso muutos U-space-ilmatilojen osalta on saada kaikki ilma-alukset, sekä miehitetyt että miehittämättömät, näkymään digitaalisesti siten, että palveluntarjoajat pystyvät pitämään U-space-ilmatilassa operoivat ilma-alukset erossa toisistaan. Lähtökohtana EU-sääntelyssä on, että miehittämätön ilma-alus väistää aina miehitettyä ilma-alusta. Kun miehitetty ilmailu näkyy itsekin digitaalisessa ympäristössä, sen ei tarvitsisi huolehtia ilmatilassa operoivista droneista.

1.1.2024 lähtien markkinoille saa saattaa avoimeen kategoriaan vain C-merkittyjä droneja. C-merkinnät jakaantuvat luokkiin C0-C6, jotka kaikki sisältävät erilaisia teknisiä vaatimuksia. Vaatimuksilla voidaan edistää automaatiota mm. dronejen sisältämän etätunnistus- ja paikkatietoisuusjärjestelmien avulla, jotka ovat edellytyksenä myös U-space-ilmatiloissa toimimiselle.

Miehittämättömän ilmailun viestintäyhteydet

Kuten on käynyt ilmi, liikennevälineen toimiessa pääosan ajasta itsenäisesti, tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että se olisi riippumaton muista toimijoista. Usein välttämättömänä ja kriittisenä osana yhtälöä ovat liikennevälineen yhteydet muun muassa infrastruktuuriin, toisiin liikennevälineisiin, ohjausasemiin ja liikenteenjärjestelyfunktioihin. Tämä tietysti aiheuttaa omat reunaehtonsa ja tarpeet viestintäyhteyksille ja niiden käytettävyydelle.

Ilmailu on perinteisesti tukeutunut vain ilmailun käyttöön varattuihin taajuuksiin. Kauko-ohjattujen lennokkien ja ilma-alusten ohjausyhteyksiin ja datansiirtoon voidaan käyttää sekä radioluvasta vapaita että radioluvanvaraisia radiolaitteita, sellaisilla taajuuksilla, joilla voi olla miehittämättömän ilmailutoiminnan lisäksi myös muuta käyttöä.

Erityisesti näköyhteyden ulottumattomiin lennätettäessä (BVLOS, beyond visual line-of-sight), matkaviestinverkot voisivat tulevaisuudessa tarjota toimivan skaalautuvan viestintäyhteyden. Matkaviestinverkkoa ei kuitenkaan ole suunniteltu käytettävän ilmasta käsin. Lisäksi verkkopalvelun toteuttaminen, saatavuus ja laatu ovat ilmanäkökulmasta varsin erilaisia kuin maan pinnalta katseltuna ja ilma-alusten nopeudet saattavat olla aika suuria. Laajamittainen matkaviestinverkkojen käyttö ilma-aluksissa vaatii vielä kehittämistyötä. Siksi päätelaitteen käyttö ilmassa on luvasta vapaata tänä päivänä vain viranomais- ja huoltovarmuuskriittiseen toimintaan. Muut voivat hakea Traficomilta radiolupaa. Kehittämistyössä tarvitaan aktiivista yhteistyötä liikenteen ja viestinnän asiantuntijoiden välillä.

Kehityssuuntia

Monia mielenkiintoisia kysymyksiä on edessä: Tulevatko ihmisiä kuljettavat dronet joskus osaksi joukkoliikennejärjestelmää? Mitä tapahtuu kauko-ohjaajan, lentäjän tai lennonjohtajan roolille automaation edetessä? Tullaanko ilmailussa näkemään myös autonomisia ratkaisuja ja millä aikataululla? Miten matkaviestinverkkojen tulisi kehittyä vastaamaan automaattisen ja autonomisen miehittämättömän ilmailun tarpeisiin mahdollisimman hyvin tulevaisuudessa?