ASTRAEA

Ziel des ASTRAEA-Programms ist es, den routinemäßigen Einsatz von unbemannten Luftfahrtsystemen (UAS) in allen Luftraumklassen zu ermöglichen, ohne dass restriktive oder spezielle Betriebsbedingungen erforderlich sind. Dies kann durch die koordinierte Entwicklung und Demonstration von Schlüsseltechnologien und Betriebsverfahren erreicht werden, die für die Öffnung des Luftraums für UAS erforderlich sind.

ASTRAEA (Autonomous Systems Technology Related Airborne Evaluation & Assessment) ist ein von der britischen Industrie geführtes Konsortium, das sich mit den Technologien, Systemen, Einrichtungen, Verfahren und Vorschriften befasst, die den sicheren und routinemäßigen Betrieb autonomer Fahrzeuge im zivilen Luftraum über dem Vereinigten Königreich ermöglichen werden.

Dieses bahnbrechende, 62 Millionen Pfund teure Projekt wird von einem beeindruckenden Konsortium aus sieben Unternehmen geleitet:  Airbus Defence & Space, AOS, BAE Systems, Cobham, QinetiQ, Rolls-Royce und Thales.

(Translated from: The aim of the ASTRAEA programme is to enable the routine use of Unmanned Aircraft Systems (UAS) in all classes of airspace without the need for restrictive or specialised conditions of operation. This will be achieved through the coordinated development and demonstration of key technologies and operating procedures required to open up the airspace to UAS.

ASTRAEA  (Autonomous Systems Technology Related Airborne Evaluation & Assessment) is a UK industry-led consortium focusing on the technologies, systems, facilities, procedures and regulations that will allow autonomous vehicles to operate safely and routinely in civil airspace over the United Kingdom.

This ground-breaking, £62 million effort is led by an impressive consortium of seven companies:  Airbus Defence & Space, AOS, BAE Systems, Cobham, QinetiQ, Rolls-Royce and Thales.)


"The ASTRAEA Challenge” by Simon Jewell, Chairman

Wer in den letzten 12 Monaten die Presse gelesen hat, könnte meinen, dass der Zugang zum Luftraum für unbemannte Flugsysteme (UAS) bereits gesichert sei. Die aufkeimende Faszination der Öffentlichkeit für ferngesteuerte Quadcopter, die durch die breite Verfügbarkeit und die sinkenden Preise angeheizt wurde, ist zu einem Medienhype geworden. Jenseits der Schlagzeilen und des Rummels gibt es einige bemerkenswerte Erfolgsgeschichten - Pionierunternehmen, die kleine UAS einsetzen, um innovative und zuvor risikoreiche Aufgaben zu erfüllen, wie etwa die Inspektion von Fackeln auf Offshore-Öl- und Gasplattformen, oder die Landwirten neue Wege aufzeigen, die anhand der aus der Luft gesammelten Daten wissen wollen, welche Pflanzen in welchem Teil ihrer Felder am besten wachsen.

(Translated from: Anyone reading the press over the last 12 months might be forgiven for thinking that access to airspace for unmanned aircraft systems (UAS) was already assured. The burgeoning public fascination with remote-controlled quadcopters, fuelled by widespread availability and a plummeting price point, has become a media cause célèbre. Beyond the headlines and hype, there have been some remarkable success stories – pioneering companies using small UAS to carry out innovative and previously high-risk jobs, such as inspecting flare stacks on offshore oil and gas platforms or pointing new ways forward for farmers  who want to understand, through data gathered from the sky, about what crops grow best in which part of their fields.)

Doch trotz aller "Drohnen"-Rhetorik sieht die Realität ganz anders aus. Bei all diesen Entwicklungen handelt es sich um kleine Flugzeuge, die in geringer Höhe fliegen und nie außer Sichtweite ihrer Betreiber sind. Wer ein größeres, schwereres Fluggerät fliegen möchte - eines, das mehr als nur eine winzige Kamera transportieren kann - hat Pech: Es gibt noch keinen vereinbarten Mechanismus, mit dem die Luftraumaufsichtsbehörden ein Fluggerät über 120 kg als sicheres Fluggerät zertifizieren können, wenn es keinen Piloten an Bord hat. Ebenso stößt jeder, der längere Strecken fliegen möchte - etwa um mit einem UAS ein Paket auszuliefern oder um hängende Stromkabel durch einen abgelegenen Wald zu verfolgen und sich zu vergewissern, dass die Bäume nicht umzustürzen drohen - schnell auf das Problem, dass es bisher kein zertifiziertes System gibt, das alle Aufgaben eines menschlichen Piloten an Bord übernehmen kann.

Auch wenn der Sektor sich gut entwickelt, werden sich die Gewinne wahrscheinlich auf kleine Flugzeuge beschränken, die in der Sichtlinie ihres Lotsen operieren - es sei denn, es wird ein Weg gefunden, die regulatorischen, rechtlichen und technologischen Probleme zu lösen. Um die Kluft zwischen dem technisch Machbaren und dem rechtlich und gesellschaftlich Akzeptablen zu überbrücken, wurde das ASTRAEA-Programm ins Leben gerufen.

Die 2006 gegründete und damals einzigartige Initiative vereinte eine ungleiche Gruppe von Industriepartnern, Regierungsstellen und akademischen Einrichtungen, die auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiteten: die Öffnung des Luftraums für den routinemäßigen Betrieb zertifizierbarer UAS in einem gemischten Verkehrsumfeld. Die ASTRAEA hat sich im Wesentlichen zum Ziel gesetzt, einen Weg zu finden, damit unbemannte Flugzeuge auf die gleiche Weise wie bemannte Flugzeuge in die Luft gehen können - der Pilot kann einen Flugplan einreichen, ins Cockpit steigen und fliegen.

"Bei ASTRAEA ging es immer um den Zugang zum Luftraum", erklärt Simon Jewell, der Vorsitzende und Gründer des Programms. "Hätten wir nur zur britischen Zivilluftfahrtbehörde (CAA) fahren, zwei Tage lang mit ihr zusammensitzen und dann ein Dokument vorlegen müssen, das dies erlaubt, hätten wir ASTRAEA nicht gebraucht. Die Realität sah natürlich so aus, dass es nie so einfach sein würde. Wir wussten, dass wir ein Rätsel zu lösen hatten und dass dazu drei miteinander verwobene Bereiche - Technologie, Regulierung und gesellschaftliche Auswirkungen - gleichzeitig behandelt werden mussten. Eine weitere Herausforderung bestand darin, einen schnellen und erschwinglichen Weg zur Zertifizierung zu finden.

ASTRAEA ist daher bestrebt, die aufkeimende nationale Forderung des Vereinigten Königreichs zu erfüllen, den Luftraum für den routinemäßigen Betrieb von zertifizierbaren UAS in einem gemischten Verkehrsumfeld zu öffnen. Im Rahmen des Projekts wird ein akzeptabler Weg zur Zertifizierung entwickelt, der durch ein umfangreiches Programm von Flugtests, Validierung und Verifizierung unterstützt wird. Auf diese Weise geht ASTRAEA das von Jewell identifizierte Problem an, dass die derzeitigen Vorschriften den routinemäßigen Betrieb von UAS behindern, weil es keinen vereinbarten Zertifizierungspfad gibt.  

In der ersten Phase von ASTRAEA, die zwischen 2006 und 2009 durchgeführt wurde, hat das Konsortium einen Fahrplan für eine Lösung erarbeitet. Eine zweite Arbeitstranche wurde 2013 mit praktischen Demonstrationen von Technologien abgeschlossen, die zur Bewältigung der Herausforderungen beitragen sollten.

"Bei ASTRAEA 1 ging es vor allem darum, den Problembereich vollständig zu verstehen und mit der Erforschung einiger Lösungen durch Simulationen zu beginnen", erinnert sich Jewell. "Bei ASTRAEA 2 ging es darum, das Problem aus der synthetischen Umgebung herauszuholen und es in die reale Umgebung zu bringen, was in einigen Vorzeigeflügen von UAS und Ersatzfahrzeugen gipfelte. Dadurch konnten wir zeigen, dass in einem relativ dichten Luftraum die Kontrolle und der sichere Betrieb mit einem repräsentativen System möglich ist. ASTRAEA 2 brachte auch einen Durchbruch mit der Entwicklung eines virtuellen Zertifizierungsprozesses, der es ermöglichte, das Zusammenspiel zwischen Regulierung und Zertifizierung, unterstützt durch Demonstration, dynamisch zu verstehen und zu entwickeln."

Jetzt, da das Programm seine abschließende Phase einleitet, steht es vor einer doppelten Herausforderung: den Regulierungsbehörden die Gewissheit zu geben, dass bestimmte Ansätze und Ergebnisse zertifizierbar sind, und der Industrie, den Nutzern und der Öffentlichkeit die Gewissheit zu geben, dass Systeme entwickelt werden können, die diesen neuen Standards entsprechen.

ASTRAEA 3A ist bereits angelaufen; über die Finanzierung von Phase 3B wird noch verhandelt, obwohl die Industriepartner des Konsortiums ihr Geld bereits zugesagt haben. "Vom Standpunkt der Industrie aus gesehen sind wir jetzt bereit, loszulegen", sagt Jewell. "Im Moment versuchen wir, die Finanzierung durch die Regierung zu sichern, um diese Phase des Programms zu starten.

Das Thema hat ein kritisches Stadium erreicht. ASTRAEA ist es gelungen, die Bereiche zu identifizieren, in denen noch Handlungsbedarf besteht, und einige Lösungen vorzuschlagen, die dazu beitragen könnten, dass Routineflüge großer UAS außerhalb der Sichtlinie Realität werden. Wenn ASTRAEA ins Stocken gerät, besteht die Gefahr, dass die Zeit, die Anstrengungen und das Geld, die von einer Vielzahl von Mitwirkenden - in der Industrie, in der Wissenschaft und in der Regierung - über viele Jahre hinweg investiert wurden, umsonst waren.

"Wir kommen jetzt in den Bereich der nationalen Strategie", sagt Jewell. "Wenn man kein freizügiges Umfeld hat und jemand anderes eines hat, wird dieser schneller vorankommen als man selbst. Und deshalb wären wir in Großbritannien benachteiligt - nicht nur aus der Perspektive des Verkaufs von UAS, sondern auch in der Fähigkeit, UAS für sekundäre Zwecke zu nutzen. Dazu muss im Vereinigten Königreich niemand ein UAS bauen, aber man muss in der Lage sein, es zu bedienen. Es geht also nicht nur um die Luftfahrtindustrie, die UAS herstellen kann oder auch nicht, sondern um die Möglichkeit, sie zu nutzen, und zwar auf eine Weise, von der wir heute nicht einmal träumen können."

(Translated From: Anyone reading the press over the last 12 months might be forgiven for thinking that access to airspace for unmanned aircraft systems (UAS) was already assured. The burgeoning public fascination with remote-controlled quadcopters, fuelled by widespread availability and a plummeting price point, has become a media cause célèbre. Beyond the headlines and hype, there have been some remarkable success stories – pioneering companies using small UAS to carry out innovative and previously high-risk jobs, such as inspecting flare stacks on offshore oil and gas platforms or pointing new ways forward for farmers  who want to understand, through data gathered from the sky, about what crops grow best in which part of their fields.

Yet for all the “coming of the drones” rhetoric, the reality remains rather different. These developments have all involved small aircraft, flown at low altitude and never out of sight of their operators. Anyone wishing to fly a larger, heavier aircraft – one that would be capable of carrying more than just a tiny camera – is out of luck: there is, as yet, no agreed mechanism by which airspace regulators can certify an aircraft over 120kg as safe to fly if it doesn’t have a pilot on board. Similarly, anyone wishing to fly longer distances – perhaps to  use a UAS to deliver a package, or to follow suspended power cables through a remote forest and make sure trees aren’t in danger of bringing them down – quickly comes up against the problem that, so far, no certified system exists which can take over all the on-board responsibilities of a human pilot.

ASTRAEA ist ein von der britischen Industrie geführtes Konsortium, das sich auf die Technologien, Systeme, Einrichtungen und Verfahren konzentriert, die es autonomen Fahrzeugen ermöglichen werden, sicher und routinemäßig im zivilen Luftraum über dem Vereinigten Königreich zu operieren.

Das Programm umfasst zwei Phasen:

ASTRAEA I - 2006 bis 2008

 -   Zusammenarbeit mit den Regulierungsbehörden, um die Probleme zu verstehen
 -   Entwicklung einer geeigneten Technologie bis TRL 3+
 -   mündete in eine integrierte SE-Demonstration der Kunst des Möglichen
 -   Schaffung einer international anerkannten Position für Großbritannien

ASTRAEA II - 2009 bis 2013

  -  Vereinbarung eines Prozesses mit der Regulierungsbehörde, um die Eignung verschiedener technischer Lösungen aus der Sicherheitsperspektive festzustellen
 -   Entwicklung eines Prozesses zur Identifizierung von und Zusammenarbeit mit potenziellen UAS-Endnutzern, um detailliertere und spezifischere Nutzeranforderungen zu ermitteln
 -   Weiterentwicklung der Lösungen durch Live-Flugversuche
 -   Fortschritte bei der virtuellen Zertifizierung


(Translated from: ASTRAEA  is a UK industry-led consortium focusing on the technologies, systems, facilities and procedures that will allow autonomous vehicles to operate safely and routinely in civil airspace over the United Kingdom.

The programme comprises two phases:

ASTRAEA I  –  2006 to 2008

  • Engaged with the regulators to understand the issues
  • Developed appropriate technology to TRL 3+
  • Culminated in an integrated SE demonstration of the art of the possible
  • Created an internationally recognised position for the UK

ASTRAEA II  –  2009 to 2013

  • Agreed a process with the regulator to establish suitability of various engineering solutions from the safety perspective
  • Created a process to identify and engage with potential UAS end users to establish more detailed and specific user requirements
  • Progressing solutions through live flight trials
  • Progress towards virtual certification
So while the sector appears buoyant, the gains are likely to be limited to small aircraft operating within their controller’s line-of-sight - unless a way through the regulatory, legal and technological problems can be found. It was this need to bridge the gap between what was technically feasible and what is legal and socially acceptable that the ASTRAEA programme was set up to investigate.

The initiative, founded in 2006 and unique at the time, united a disparate group of industrial partners, government departments and academic institutions working towards a common goal: to open the airspace to routine operation of certifiable UAS in a mixed-traffic environment. ASTRAEA essentially set out to find a way for unmanned aircraft to take to the air in the same way as manned aircraft – where the pilot can file a flight plan, get in the cockpit and fly.

"ASTRAEA has always been about accessing the airspace,” explains Simon Jewell, the programme’s chairman and founder. “If the only thing we’d had to do was to drive down to the UK Civil Aviation Authority (CAA), sit with them for two days, and walk away with a document that allowed that to happen, then we would not have needed ASTRAEA. The reality, of course, was it was never going to be that simple. We knew we had a conundrum to solve and that this needed three interwoven strands of technology, regulation and societal impact to be addressed contemporaneously. An additional challenge was to discover a quick and affordable route to certification."

ASTRAEA therefore seeks to address the burgeoning UK national requirement to open the airspace to routine operation of certifiable UAS in a mixed-traffic environment. The project delivers this by developing an acceptable means to achieve certification, supported by an extensive programme of flight testing, validation and verification. As it does so, ASTRAEA is addressing that conundrum Jewell identifies, where current regulations act as a barrier to routine UAS operations due to the lack of an agreed certification pathway.  

Under the first phase of ASTRAEA, conducted between 2006 and 2009, the consortium set out to draw up a road map towards a solution. A second tranche of work concluded in 2013 with practical demonstrations of technology that would help address the challenges.

"ASTRAEA 1 was very much about getting the problem space fully understood, and starting to explore some solutions through simulation," Jewell recalls. "ASTRAEA 2 was designed to lift the problem out of the synthetic environment and bring it into the live one, and that culminated with some showcase flying of UAS and surrogate vehicles. That got us to a point where we had demonstrated that in relatively low-density airspace, command-and-control and safe operation could be achieved with a representative system. ASTRAEA 2 also saw a breakthrough with the development of a Virtual Certification Process that allowed the interplay between regulation and certification, supported by demonstration, to be dynamically understood and developed."

So now, as the programme seeks to launch its concluding phase, the challenge is twofold: to give the regulator confidence that particular approaches and outcomes are certifiable, and to give industry, users and the public confidence that systems can be developed that will satisfy these new standards.

"The third phase of ASTRAEA is divided into two elements," Jewell explains. "3A is a small programme which has allowed a continuation of the regulatory dialogue, both in the UK and in Europe, while we try and negotiate 3B. ASTRAEA 3B seeks to reach the goal of the routine operation of unmanned air systems. In order to do that, we have to end up with a set of guidelines such that, if both regulator and supplier were to follow them, it would be possible to build and certify an unmanned air system capable of routine operations in the airspace - and to make sure that both users and the public will have confidence in what is being proposed."

ASTRAEA 3A is underway now; the funding for phase 3B remains under negotiation, though the consortium's industrial partners have committed their money already. "From an industry standpoint, we're ready to go now," Jewell says. "Right now we are trying to secure the government's matched funding to launch that phase of the programme."

The issue has reached a critical stage. ASTRAEA has succeeded in identifying the areas where work still needs to be done, and has suggested some solutions that may help make routine beyond-line-of-sight flights of large UAS a reality. If ASTRAEA stalls, then the time, effort and money put in by a wide range of contributors over many years - in industry, academia and government alike - risks being wasted.

"We're now stepping into the realms of national strategy," Jewell says. "If you lack a permissive environment and someone else has one, they will proceed at a more rapid rate than you do. And therefore, in the UK, we would be disadvantaged - not only from the perspective of selling UAS, but also in the ability to utilise UAS for secondary benefits. It doesn't require anyone in the UK to make a UAS to do that, but it does require people to be able to operate them. So the benefits are not just about the aviation industry that may or may not manufacture UAS: it's actually about the ability to use them, and to use them in ways that today we can't even dream of.")


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