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Fiabilidad y seguridad en drones. La importancia de un Organismo Notificado en la introducción al mercado de un dron seguro.
Samuel García Lorente
Responsable técnico de UAS y Seguridad Funcional. Entidad de Certificación.
ALTER TECHNOLOGY TÜV NORD SAU
Hoy en día, cuando se piensa en drones, la mayoría de las personas imagina un dispositivo orientado al ocio. No obstante, la realidad es muy distinta. Por este motivo es necesario comenzar haciendo la siguiente pregunta: ¿Qué es un dron?
De manera muy resumida, un dron es una aeronave sin un piloto humano a bordo. Típicamente son robots controlados remotamente por un piloto, aunque también existen drones que pueden volar de forma autónoma. Los drones pueden variar considerablemente tanto en forma como en tamaño (de menos de 1 kg hasta cientos de kilos, véase Figura 1), pero los elementos principales son esencialmente los mismos: baterías, microcontrolador, motor y sensores. Realmente, el término dron no es el más correctopese a ser el más conocido.La propia OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) propone el términoRPA (Remotely Piloted Aircraft), o RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) cuando se haga referencia al sistema en conjunto: aeronave, enlace de comunicaciones y estación de tierra.Otros términos aceptados sonUAV (Unmanned Aerial Vehicle), que incluye tanto dispositivos tripulados como a los que no,y UAS (Unmanned AircraftSystem) para todo el sistema en conjunto, o bien UA (Unmanned Aircraft) para referirse solo al segmento aéreo.
El origen de los drones se puede remontar muy atrás de nuestros tiempos y, como cualquier avance en la industria aeronáutica, tiene su origen en el sector de defensa y su impulso tecnológico para el desarrollo de nuevas técnicas militares (especialmente cartografía e identificación de objetivos), siendo creados como alternativas más seguras y baratas a los aviones militares tripulados. Actualmente los drones todavía se usan con fines militares, pero, pese a ser esta aplicación el motivo de su éxito y desarrollo, no es el único uso que se les puede dar a estos sistemas. Existen un sin finde buenas y positivas aplicaciones para investigación, conservación, salvamento, infraestructuras, rescate y búsqueda de víctimas, entre otras muchas.
En este aspecto, ALTERTECHNOLOGY participa en proyectos de I+D de desarrollo de dronesy de servicios con estos. El principal rolque desempeña en estos proyectos de investigación es el de realizar el análisis y la evaluación de la aplicación de las normativas vigentes, el de realizar el análisis de riesgosdurante el ciclo de vida del dron, y el estudio de seguridad operacional (SORA), entre otros. Algunos ejemplos de estos proyectos son AIRWATCH, DREAM y TRACE.
El Proyecto AIRWATCH consistió en el desarrollo de un sistema RPAS de búsqueda y salvamento marítimo, que sirva como medio adicional y complementario a las embarcaciones y helicópteros desplegados por SASEMAR, ya que estos se consideran insustituibles para atajar las emergencias marítimas.
Para cumplir con los objetivos del proyecto era necesario desarrollar un RPA con capacidad de amerizaje. Para ello se optó por un RPA de ala rotatoria, de aterrizaje y despegue vertical (VTOL) y un sistema GNC (Guiado, Navegación y Control) que integre la funcionalidad de aterrizaje en la cubierta de un buque en movimiento. Este último sistema estaría compuesto de un subsistema de navegación relativo, para poder conocer posición y velocidad relativa entre RPAS y buque, un subsistema de guiado y control inteligente que permita la detección automática de obstáculos y una plataforma de aterrizaje en el barco adaptable a cualquier embarcación, además de las interfaces entre todos estos subsistemas.
El proyecto estaba dividido en cinco paquetes de trabajo, donde ALTER era responsable del primero realizando el estudio de las normas de seguridad para aplicaciones de salvamento marítimo, el análisis de requisitos de seguridad funcional y ciberseguridad, el plan de pruebas para la validación y la hoja de ruta para una futura certificación del sistema. También participó en el último paquete de trabajo realizando las pruebas de laboratorio, incluyendo ensayos en banco, y el análisis final de seguridad funcional y ciberseguridad.
Por otro lado, el proyecto DREAM (DRones para incrementar Eficiencia, seguridad y protección del medio Ambiente en Mantenimiento de infraestructuras) tiene como principal objetivo el desarrollo de un sistema de inspección y mantenimiento basado en tecnología dron que permita cubrir las principales necesidades en el sector de ingeniería civil (inspección de puentes), infraestructuras eléctricas (mantenimiento de torres de alta tensión sin necesidad de cortar el suministro eléctrico) e infraestructuras petroquímicas(inspección de plantas petroquímicas).
Las características de los drones que se utilizarán permiten hacer las tareas de inspección y mantenimiento en espacios al aire libre que requieran muy corta distancia o incluso contacto. Esta nueva utilidad que ofrecen los drones en el sector de la seguridad de infraestructuras reduce costes de mantenimiento, y es un salto no solo cualitativo a la hora de poder garantizar resultados más precisos, sino también incrementa el nivel de automatización en este tipo de trabajos.
El principal rol de ALTER en este proyecto es el de colaborar en el diseño de los diferentes sistemas dron (uno para cada caso de uso), con el objetivo de que los desarrollos tecnológicos realizados estén en línea con las diversas normas y regulaciones que les aplican y permitan su futura comercialización, identificando los requisitos necesarios para ello. Además, en el marco de este proyecto tiene que realizar un análisis de seguridad funcional, incluyendo un análisis de riesgos, así como el desarrollo de un plan de ensayos en línea con la nueva regulación europea de drones para las categorías abiertas y específica.
El último de los proyectos en los que participa ALTER es TRACE, acrónimo de “SMARTDRONE EGNOS BASED BEACON FOR U-SPACE”. Este proyecto está dentro está liderado por ALTER y es la respuesta al llamamiento a propuestas "Adopción de EGNOS en la aviación", siendo la GSA la entidad encargada de la gestión de las actividades operacionales relacionadas con la explotación del programa EGNOS.
El principal objetivo de este proyecto es promover el uso de EGNOS, desarrollando una baliza inteligente basada en este sistema que aumentará el nivel de seguridad de las operaciones de VLL(“very low level”) por medio de facilitar la integración de los drones en los servicios U1&U2 (y, por lo tanto, disponer de información y seguimiento en tiempo real de la posición de los drones); y aumentar el conocimiento de los pilotos de la aviación general de las operaciones de los drones en torno a sus posiciones.
Dentro del marco de este proyecto también se pretende desarrollar un concepto de operaciones, respaldado por una evaluación de seguridad de SORA, complementado por una interfaz visual tanto para los operadores de drones como para las aeronaves de la aviación general, para la aprobación de las operaciones de VLL teniendo en cuenta la nueva reglamentación europea sobre drones; así como integrar los sistemas desarrollados en un sistema de proveedor de servicios del espacio U y realizar pruebas de vuelo para validar las funcionalidades implementadas.El desarrollo de este sistema se hará en colaboración con la EASA, las autoridades aeronáuticas nacionales y las asociaciones de normalización, de modo que el trabajo se ajuste tanto a la nueva reglamentación europea como a las normas industriales.
Además, se realizarán demostraciones de vuelo con un avión teledirigido y una aeronave de aviación general para validar el sistema desarrollado y demostrar que puede aumentar el nivel de seguridad de las operaciones VLL (véase Figura 3). De hecho, la primera demostración de la baliza inteligente TRACE equipada en un dron ha demostrado el funcionamiento integrado de tecnologías como EGNOS, que permite mejorar la precisión y la disponibilidad de las señales del GNSS en comparación con el GPS (principalmente en altura); 5G para las comunicaciones en VLL en los vuelos BVLOS (“Beyond Visual Line of Sight”) (cuando no hay un enlace radioeléctrico directo entre el UAS y la estación remota); y Bluetooth de largo alcance (a más de 1 km de distancia) para recibir los datos de identificación y funcionamiento del dron, que permite a la autoridad competente autenticar la legalidad de las operaciones del dron. Esto es de gran relevancia porque, junto con el desarrollo de la identificación remota de drones, permite que avance el proyecto europeo de U-Space para la integración de operaciones VLL de todo tipo de aviación: convencional, pilotada a distancia y/o autónoma.
Estos proyectos de I+D son solo un pequeño ejemplo de la gran cantidad de aplicaciones que se están desarrollando para drones y de las diversas soluciones que en la actualidad ya se están comercializando. De lo anteriormente expuesto se puede concluir que el uso de drones se ha incrementado en los últimos años de una manera considerable. Por supuesto, como cualquier avance tecnológico, este incremento de aplicaciones, tanto profesionales como personales, tiene unas consecuencias en la vida de las personas. Concretamente, uno de los mayores impactos en los que deriva es en un aumento inevitable de la vulnerabilidad en la seguridad de las personas, hablando tanto en términos de safety, por ejemplo, daños causados por impactos o incidentes y accidentes en aeropuertos, como de security, siendo un claro ejemplo la gran capacidad de estos sistemas para violar la privacidad y la protección de datos de los individuos.
Muchas de estas consecuencias han tenido una gran repercusión mediática. A continuación, y a modo ilustrativo, se van a describir algunos casos de incidentes con drones.
A finales de 2013 la empresa de fotografía aérea Cromática 45 subió a diferentes plataformas de compartir videos una filmación de cuatro minutos mostrando Madrid desde las alturas, llegando a alcanzar millones de visualizaciones. Las escenas fueron filmadas con un dron, siendo estas inéditas, ya que dieron una vista del espacio aéreo restringido de la ciudad. Este éxito en las redes, por otro lado, no fue bien visto en el Ministerio del Interior y otros estamentos oficiales, puesto que esta grabación fue interpretada como una vulnerabilidad, ya que demostraba que cualquier zona podía ser vigilada, filmada o sobre volada por drones, incluyendo zonas críticas en términos de seguridad (security). Similar a este hecho, en enero del 2015, un dron impactó en el césped de la Casa Blanca en Washington, D.C. Mientras estaba ebrio, un funcionario del gobierno había volado el dron desde un apartamento ubicado cerca de la Casa Blanca y perdió el control del sistema. De acuerdo con el New York Times, el piloto escribió a sus amigos para comunicarles su preocupación por lo que había pasado y, acto seguido, se fue a dormir. A la mañana siguiente, cuando escuchó la noticia del incidente, reconoció la autoría de los hechos, y el incidente no tuvo mayor repercusión. No obstante, este hecho reveló la vulnerabilidad de los radares de la Casa Blanca, que estaban diseñados para detectar aeronaves tradicionales y misiles. ¿Qué hubiera pasado si las intenciones de la persona que manejaba el dron hubiesen sido mucho menos inocentes? Poco después del incidente, el propio fabricante del dron actualizó el firmware del dron para evitar que este volara a un radio de 25 km de la Casa Blanca.
El 22 de julio de 2014, un Airbus A320 estuvo en riesgo serio de colisión con un dron en su trayectoria de vuelo sobre el aeropuerto de Heathrow, Londres. El avión volaba a más de 200 metros de altitud, con 180 pasajeros a bordo, en el momento en el que el piloto divisó el dron, que no llegó a ser detectado por los radares del aeropuerto y que se cree que estaba siendo volado por un aficionado fuera del perímetro de este. El impacto con el dron hubiese sido equivalente achocar con una bandada de pájaros, por lo que podría haber causado daños serios al avión con las consecuencias que esto hubiera desencadenado para la tripulación y los pasajeros. También relacionado con un aeropuerto y también en Londres, en diciembre del2018, los drones paralizaron el Aeropuerto de Gatwick. Los aviones no pudieron operar durante más de un día debido a las denuncias de drones sobrevolando el campo de aviación. El incidente afectó a 140.000 pasajeros y provocó la cancelación de unos mil vuelos.Uno reciente y conocido en España fue el incidente que sucedió el 3 de febrero de 2020 en el aeropuerto de Madrid-Barajas, donde la presencia en sus inmediaciones de drones, que fueron avistados desde dos aviones distintos, cerró el aeropuerto durante hora y media. Afortunadamente, estos incidentes no tuvieron una repercusión grave en cuanto a daños a las personas. Sin embargo, en 2017 tuvo lugar otro incidente en la provincia canadiense de Quebec, donde de vuelta a tierra, una aeronave de motor ligero chocó con un dron a una altura de unos 450 metros (5 veces más alto de lo que tienen permitido volar estos dispositivos). Por fortuna, la aeronave, que solo transportaba8 personas a bordo, solo sufrió daños leves y consiguió aterrizar de forma segura.
Un caso que afectó directamente a las personas es el sucedido en 2017 durante el Golden State Race Series en Rancho Cordova (California), cuando un dron que grababa el evento impactó contra un árbol y cayó a la carretera. Un fragmento del dron quedó atrapado en la rueda delantera de uno de los ciclistas, que sufrió una caída, aunque sin graves lesiones. Otro incidente relevante fue el apagón eléctrico provocado por un dron en West Hollywood, cerca de Los Ángeles, que dejó sin electricidad a cientos de hogares durante tres horas. El motivo fue el impacto del dron con el tendido eléctrico, aunque, afortunadamente, no hubo heridos.
Estos casos son solo algunos ejemplos, la realidad es que la ocurrencia de estos incidentes está aumentando como ya se ha comentado debido al incremento del uso de drones. Es por ello, y por el bien de la seguridad, tanto de los propios drones como de su entorno, que las autoridades nacionales ya han introducido reglamentos y restricciones en su uso. Desgraciadamente, no siempre todos los operadores de drones, sobre todo particulares, son conscientes de estas restricciones.
Concretamente en España, hasta el 1 de julio de 2019 la reglamentación aplicable al vuelo de los UAS se regulaba prácticamente por normativa nacional, salvo algunos aspectos como los reconocimientos médicos, los seguros, etc., que la normativa nacional se referenciaba a reglamentos o directivas europeas.Esta normativa nacional es el“Real Decreto 1036/2017, de 15 de diciembre, por el que se regula la utilización civil de las aeronaves pilotadas por control remoto, y se modifican el Real Decreto 552/2014, de 27 de junio, por el que se desarrolla el Reglamento del aire y disposiciones operativas comunes para los servicios y procedimientos de navegación aérea y el Real Decreto 57/2002, de 18 de enero, por el que se aprueba el Reglamento de Circulación Aérea”. Sin embargo, este Real Decreto queda obsoleto con la publicación de la reglamentación europea, por lo que debe ser derogado o sustituido por un nuevo real decreto, aunque este no podrá modificar nada de lo establecido en la reglamentación europea, ya que esta es de directa aplicación a cualquier estado miembro.
No obstante, el desarrollo de diferentes marcos regulatorios en función del país ha resultado ser insuficiente, puesto que suponía una restricción para los fabricantes y operadores que, en función del país donde querían vender u operar, encontraban requisitos y procedimientos distintos. La Unión Europea, siendo consciente de esta problemática y considerando la importancia del mercado de los drones, ha trabajado en establecer una regulación que permita a usuarios de drones (pilotos y operadores) circular libremente por su territorio, pero dejando pocas posibilidades de actuar a los estados miembros en modificar alguno de los aspectos reglamentados por la Unión Europea.El punto de inflexión fue la publicación del “Reglamento (UE) 1139/2018del Parlamento Europeo y del Consejo, de4 de julio de 2018, sobre normas comunes en el ámbito de la aviación civil y por el que se crea una Agencia de la Unión Europea para la Seguridad Aérea y por el que se modifican los Reglamentos 2005/2111, 2008/1008, 2010/996, 2014/376 y las Directivas 2014/30/UE y 2014/53/UE del Parlamento Europeo y del Consejo y se derogan los Reglamentos 2004/04 y 2008/216 del Parlamento Europeo y el Reglamento 3922/91 del Consejo”, que tiene una sección titulada “Aeronaves no tripuladas” (Sección VII), definiéndose en los artículos 57 y 58 las competencias para el desarrollo de dicha sección. Es de estos reglamentos de los cuales se derivan el Reglamento de Implementación 2019/947 (artículo 57), orientado a los operadores, y el Reglamento Delegado 2019/945 (artículo 58),orientado a los fabricantes.
Centrándonos en el reglamento aplicable para los fabricantes, este entró en vigor el 1 de julio de 2019 y engloba un marco regulatorio único y común para todo el mercado europeo. En este reglamento se exponen los diferentes requisitos que tienen que cumplir los drones para poder ser introducidos en el mercado, así como la forma de demostrar el cumplimiento con dichos requisitos, principalmente por dos vías diferentes: a través de normativa armonizada o de Organismo Notificado, que es aquella organización designada por un país de la Unión Europea para evaluar la conformidad de ciertos productos antes de que se lancen al mercado.
En este reglamento delegado se diferencia entre tres tipologías de clases de drones (véase Figura 4)y aplica para las dos primeras:
- Clase Abierta: aplicable a drones de hasta 25 kg y no requiere solicitud ni aprobación de la operación por parte de la autoridad correspondiente (en caso de España, AESA). En esta categoría abierta se engloba el uso de drones de modo recreativo y también el profesional en determinados escenarios.
- Clase Específica: se aplicará en los casos que no se engloben ni en la categoría abierta ni en la certificada, y que son vuelos en escenarios especiales, generalmente operaciones profesionales.
- Clase Certificada: es la que entraña un mayor riesgo para las personas, animales u objetos, y se aplica a drones de más de 3 metros y 150 kg que sobrevuelen ciudades, para transporte de personas, mercancías peligrosas, etc. Sus regulaciones serán más cercanas al mundo de la aviación tripulada que al de los drones.
Las categorías abierta y específica, a su vez, están divididas en diferentes clases, así podemos encontrar las siguientes clases para categoría abierta (véase Figura 5):
- Clase 0: drones con peso inferior a 250 g, que alcancen una velocidad máxima en vuelo horizontal de 19 m/s y una altura máxima sobre el punto de despegue de 120 m.
- Clase 1: drones con peso inferior a 900 g, velocidad máxima en vuelo horizontal de 19 m/s y una altura máxima sobre el punto de despegue de 120 m.
- Clase 2: drones con peso inferior a 4 kg y una altura máxima sobre el punto de despegue de 120 m.
- Clase 3: drones con peso inferior a 25 kg y dimensiones inferiores a 3 m. Misma altura máxima sobre el punto de despegue que en las clases anteriores.
- Clase 4: drones con peso inferior a 25 kg, independientemente de sus dimensiones.
Esta categoría, además, tiene ciertas limitaciones a la hora de volar (véase Figura 6) estableciendo unos requisitos a las aeronaves en función de la situación operacional:
- Subcategoría A1: se permite el sobrevuelo de personas ajenas a la operación.
- Subcategoría A2: se permite el vuelo cerca de personas ajenas a la operación manteniendo una distancia de seguridad.
- Subcategoría A3: operaciones en áreas donde no se espera poner en peligro a personas ajenas a la operación, manteniéndose a más de 150 metros de áreas residenciales, comerciales, industriales o recreacionales.
Mientras que para categoría específica existen las dos siguientes clases(véase Figura 5):
- Clase 5: drones utilizados en operaciones de la categoría específica que se lleven a cabo en escenario estándar 1 (STS-01) “Operaciones VLOS sobre una zona terrestre controlada en entorno urbano”.
- Clase 6: drones utilizados en operaciones de categoría específica que se realicen bajo un escenario estándar 2 (STS-02) “Operaciones BVLOS sobre una zona terrestre controlada en un entorno escasamente poblado”.
Como ya se ha comentado anteriormente, hay diferentes métodos para mostrar conformidad con este reglamento. Concretamente hay tres maneras diferentes:
- Control interno de la producción, que depende solo del fabricante y de que éste aplique normativa armonizada, y es válido para los drones de clases C0, C4, C5 y C6.
- Examen UE de tipo seguido de la conformidad con el tipo basada en el control interno de la producción, válido para todas las clases de drones y requiere que intervenga un Organismo Notificado.
- Conformidad basada en el aseguramiento de la calidad total, válido para todas las clases de drones y que requiere que intervenga un Organismo Notificado.
Actualmente, un grupo de trabajo de ASD-STAN está preparando la normativa armonizada, la EN 4709, que va a dar cumplimiento con los requisitos establecidos en el reglamento europeo y está prevista que se componga de 4 partes, tal y como se indica en laFigura 7. Sin embargo, esta aún está en desarrollo y no se espera que se publique oficialmente al menos durante el primer año del período destinado para la transición hasta la aplicabilidad completa dela nueva normativa. Es por ello por lo que actualmente el papel del Organismo Notificado sea fundamental y crítico en el inicio de esta etapa, para que el mercado de drones pueda desarrollarse correctamente, de manera segura y fiable. Además, cabe destacar que los drones de clase C1, C2 y C3 deben pasar obligatoriamente, según el reglamento, por un Organismo Notificado para poder superar el procedimiento de confirmación de requisitos.
En la actualidad, ALTER TECHNOLOGY está trabajando para convertirse en Organismo Notificado del reglamento europeo 2019/945, y de esta manera poder emitir certificados de examen UE de tipo.
Por ello, se ha ampliado la estructura de la Entidad de Certificación ya existente y se han adaptado los procedimientos para que se incluya la certificación de los drones dentro de sus servicios. El proceso de certificación propuesto por ALTER, acorde con la EN ISO/IEC 17065, consiste en tres fases:
- Fase 1: evaluación de la solicitud y estudio de viabilidad del proceso de certificación.
- Fase 2: ejecución de las actividades de certificación.
- Fase 3: seguimiento del certificado.
El fabricante antes de presentar la solicitud de certificación tendrá que realizar los análisis y ensayos correspondientes para conformar el expediente técnico. Tras esta solicitud y la decisión por parte del Organismo Notificado de que el proceso es viable, las actividades de certificación se realizan, incluyendo la ejecución de ensayos (sea en las propias instalaciones del Organismo Notificado si cuenta con laboratorio y medios, como es el caso de ALTER, o subcontratando un laboratorio externo) y la revisión del expediente técnico. Esta última actividad es realizada por un evaluador técnico y también por un responsable de calidad antes de presentarlo ante el Comité de Certificación, formado por personas independientes al proceso, que decide si se emite o no el certificado de examen UE de tipo.Una vez emitido, el Organismo Notificado debe hacer un seguimiento para vigilar que no quede obsoleto por actualización de la normativa o que cese su validez porque el fabricante realice cambios en el producto. En caso de que el proceso se rechace en alguno de los puntos del proceso, el fabricante tiene a su disposición el Comité de Partes, formado por miembros de los sectores relevantes de acuerdo con la actividad de ALTER, para presentar alegaciones, de manera que se asegura que todo el proceso sea imparcial. Todo este flujo de actividades se puede observar en la Figura 8.
Como conclusión, cabe destacar tanto la importancia de que el fabricante conozca y realice los estudios y ensayos pertinentes en sus drones de acuerdo con la nueva normativa, y a otras normativas europeas que le apliquen, como la existencia de Organismo Notificados de este nuevo reglamento para que se puedan certificar correctamente estos productos. La nueva normativa contiene requisitos centrados en conseguir la seguridad y fiabilidad inherentes del dron, teniendo en cuenta tanto los riesgos asociados al vuelo como los no relacionados, pero no hay que perder de vista los riesgos de entorno (campos electromagnéticos, espectros radioeléctricos, radiación, emisión hacia otros equipos e inmunidad ante otros equipos, protección frente a ataques cibernéticos, entornos explosivos, condiciones ambientales, por mencionar algunos ejemplos) que son abordados por otros reglamentos y directivas europeas.
En línea con todo lo anteriormente expuesto, ALTER TECHNOLOGY ha comenzado ya a trabajar con diferentes fabricantes, pudiendo contribuir para que aquellos drones de categoría abierta y específica que se vayan a incorporar al mercado, e incluso a algunos ya incorporados en este, sean seguros y fiables, de acuerdo con la nueva normativa, minimizando al máximo el peligro al que puedan estar expuestas tanto la seguridad civil, como las personas, garantizando su seguridad y privacidad.
