Da Drohnen zunehmend in den Alltag integriert werden – sei es für die Inspektion von Infrastrukturen, zur Überwachung, für die Logistik oder für die urbane Mobilität – muss der von ihnen genutzte Luftraum weiterentwickelt werden, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Das vom SESAR Joint Undertaking unterstützte Projekt SPATIO trägt diesem dringenden Bedarf Rechnung, indem es das Flugverkehrsmanagement für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) verbessert, insbesondere im dichten und dynamischen Luftraum in geringer Höhe, der als U-Space bekannt ist.

Im Kern konzentriert sich SPATIO auf die Entwicklung eines umfassenden Trennungsmanagementsystems zur Vermeidung von Kollisionen in der Luft und zur Koordinierung mehrerer Drohnenoperationen. Angesichts des zu erwartenden Anstiegs des Drohnenverkehrs, insbesondere in städtischen Gebieten, ist die Einhaltung sicherer Abstände zwischen Drohnen sowie zwischen Drohnen und bemannten Flugzeugen von entscheidender Bedeutung. SPATIO geht dieses Problem mit einem dualen Ansatz an: Strategic Conflict Detection and Resolution (SCD/R) optimiert die Luftraumkapazität durch die Analyse von Flugplänen vor dem Flug, während Tactical Conflict Prediction and Resolution (TCP/R) während des Fluges in Echtzeit Konflikte löst. Der TCP/R-Dienst bietet sowohl manuelle als auch automatisierte Lösungsmethoden, die auch in komplexen Szenarien die Einhaltung der Mindestabstände gewährleisten, wobei ein bodengestütztes Sicherheitsnetz eingreift, wenn die Betreiber nicht reagieren.

Rolle von Unisphere

In diesem Rahmen übernimmt Unisphere die Führung bei der Weiterentwicklung der taktischen Konfliktlösung (Tactical Conflict Resolution) und sorgt für eine nahtlose Integration mit der von anderen Partnern entwickelten strategischen Ebene. Das Unternehmen definiert die ConOps für TCR und skizziert, wie der Dienst funktioniert, mit SCR-Mechanismen zusammenarbeitet und sich in die übergeordnete U-Space-Architektur einfügt. Dazu gehören die Spezifizierung von Anwendungsfällen, Betriebsszenarien, Benutzeranforderungen sowie Kommunikationsprotokollen zwischen Drohnen, Bodensystemen und Betreibern.

Schließlich werden auch ausfallsichere Verfahren für Systemausfälle entwickelt. Auf der Grundlage von Erkenntnissen aus früheren Initiativen wie BUBBLES und TindAIR verfeinert Unisphere die ConOps iterativ unter Verwendung agiler Methoden und leitet die Erstellung des SPR/INTEROP-OSED-Ergebnisses (Safety and Performance Requirements/ and Interoperability Requirements and Operational Services and Environment Definition) vor, das als Leitfaden für zukünftige U-Space-Implementierungen dient.

Über den konzeptionellen Entwurf hinaus entwickelt Unisphere ein in die U-space Service Provider (USSP)-Plattform von Unifly integriertes Modul zur Konfliktlösung in Echtzeit. Dieses Modul löst Konflikte, die vom Tactical Conflict Prediction (TCP)-Dienst anhand der Live-Positionen der Drohnen, der geplanten Flugbahnen und der Mindestabstände aus dem Separation Management Service (SMS) vorhergesagt werden. Bei der Erkennung eines Konflikts generiert das System Lösungsanweisungen, wie z. B. Höhenanpassungen oder Routenänderungen, und übermittelt diese an die Betreiber. Die Logik hinter diesen Lösungen wurde in Zusammenarbeit mit der Universitat Politècnica de València, Boeing, Collins Aerospace, Unifly und Indra unter Einhaltung vordefinierter Regeln und in Übereinstimmung mit dem Interoperabilitätsstandard ASTM F3548-21 entwickelt.

Zur Validierung des Systems nimmt Unisphere an Labor- und Praxistests teil, die auf den Technologie-Reifegrad 7 (TRL7) abzielen. Diese Tests werden in Spanien mit Indra und anderen Partnern durchgeführt und umfassen sowohl simulierten Verkehr als auch den Live-Einsatz von Drohnen. Die Szenarien umfassen Flüge in dicht besiedelten Stadtgebieten, unerwartete Routenabweichungen und Notfall-Flugzeugintrusionen, um die Zuverlässigkeit des Systems unter Betriebsbedingungen gründlich zu bewerten.

Holistischer Ansatz für den U-Space

Die Innovationen von SPATIO gehen über die Konfliktlösung hinaus. Das Projekt entwickelt ein Klassifizierungssystem für den U-Space-Luftraum, definiert, welche Dienste in verschiedenen Umgebungen (z. B. städtisch, ländlich, industriell) unerlässlich sind, und bewertet deren regulatorische, standardisierungsbezogene und kosten-nutzenbezogene Aspekte. Dieser Rahmen ermöglicht anpassungsfähige Luftraumkonzepte und gewährleistet eine effiziente Skalierung der Dienste bei zunehmendem Drohnenverkehr.

Ebenso wichtig ist es, die gesellschaftliche Akzeptanz zu gewährleisten. SPATIO legt Messgrößen für Lärm und visuelle Auswirkungen fest und überwacht diese Faktoren während der Demonstrationen. Das Projekt entwickelt außerdem Strategien für die Kommunikation mit der Öffentlichkeit, um die Ergebnisse transparent zu teilen und das Vertrauen der Bevölkerung in den Drohnenbetrieb zu stärken.

Die Zukunft skalierbarer Drohnenoperationen

Durch die Weiterentwicklung automatisierter Konfliktlösung, regulatorischer Angleichung und öffentlicher Akzeptanz legt Unisphere innerhalb von SPATIO den Grundstein für die großflächige Integration von UAVs. Das Potenzial ist enorm: Von der urbanen Luftmobilität bis hin zum Rettungsdienst werden Drohnen schon bald den Transport- und Logistikbereich neu definieren. Mit SPATIO sorgt Europa dafür, dass diese Zukunft nicht nur innovativ, sondern auch sicher, effizient und gesellschaftlich akzeptiert ist.