Integrace letectví s pilotem a bez pilota na palubě uvnitř a v okolí U-space

Abstract

Integrace bezpilotních leteckých systémů (UAS) do sdíleného vzdušného prostoru představuje klíčovou výzvu moderního letectví z provozního i bezpečnostního hlediska. Tato diplomová práce se zaměřuje na identifikaci konkrétních nebezpečí a ztrátových scénářů souvisejících se současnými koncepcemi integrace UAS do vzdušného prostoru a na návrh opatření, která povedou ke zmírnění souvisejících rizik a umožní bezpečnou koexistenci pilotovaných (Manned Aviation, MA) a bezpilotních letů (Unmanned Aviation, UA). K identifikaci kritických scénářů byla použita systematická bezpečnostní analýza stávající legislativy a integračních koncepcí, včetně analýzy ztrátových scénářů komunikace, rozestupů v neřízeném prostoru a nedostatečného řešení průletu pilotovaných letadel prostorem Uspace. Výsledky poukázaly na klíčové nedostatky centralizace taktického řízení rozestupů, způsobů nouzového ukončení letů UA a vyhýbání se okolnímu provozu, absence jednotné vertikální reference a nevyjasněné právo přednosti mezi UA a MA. Pro nápravu těchto problémů jsou navrženy dva hlavní koncepty Pravidla pro let v prostoru Uspace (Uspace Flight Rules, UFR) a U-space prostor založený na výkonnostních parametrech UAS (PerformanceBased Uspace, PBU). Konkrétní opatření zahrnují zdokonalené autonomní systémy řízení rozestupů s adaptivním rizikovým rámcem, robustní nouzové protokoly pro UAS (Flight Termination System, detekce a vyhýbání) a jednotnou službu vertikální konverze pro harmonizaci barometrické a geodetické výšky. Část navržených opatření byla validována prostřednictvím rozsáhlých simulací, které prokázaly dostatečnou teoretickou úroveň bezpečnosti autonomního řízení rozestupů UAS. Jako výsledek práce vznikl ucelený návrh integračního rámce Uspace a kroků implementace pro vzdušný prostor České republiky. Závěrem práce se ukazuje, že kombinace UFR a PBU konceptů významně zvyšuje bezpečnost a efektivitu společného provozu pilotovaných a bezpilotních letadel, přičemž navržená řešení tvoří pevný základ pro další vývoj regulačních rámců a technických standardů v oblasti Uspace.

The integration of unmanned aerial systems (UAS) into shared airspace represents a key challenge for modern aviation from both an operational and safety perspective. This thesis aims to identify the specific safety hazards and loss scenarios associated with current concepts of UAS integration into the airspace and to propose measures that will lead to the mitigation of the associated risks and enable the safe coexistence of manned aviation (MA) and unmanned aviation (UA). A systematic safety analysis of existing legislation and integration concepts, including analysis of communication loss scenarios, spacing in uncontrolled space and insufficient handling of manned aircraft passage through U-space, was used to identify critical scenarios. The results highlighted key shortcomings in the centralisation of tactical spacing management, methods of emergency termination of UA flights and avoidance of surrounding traffic, the absence of a single vertical reference and unclear right of way between UA and MA. To remedy these problems, two main concepts have been proposed - U-space Flight Rules (UFR) and Performance-Based U-space (PBU). Specific measures include improved autonomous spacing management systems with an adaptive risk framework, robust emergency protocols for UAS (Flight Termination System, Detection and Avoidance), and a unified vertical conversion service to harmonize barometric and geodetic altitudes. Part of the proposed measures were validated through extensive simulations, which demonstrated a sufficient theoretical level of safety for autonomous UAS spacing management. As a result of the work, a comprehensive proposal of the U-space integration framework and implementation steps for the Czech Republic airspace was developed. In conclusion, the thesis shows that the combination of UFR and PBU concepts significantly increases the safety and efficiency of joint operation of manned and unmanned aircraft, while the proposed solutions form a solid basis for further development of regulatory frameworks and technical standards in the field of U-space.