ZARZĄDZANIE RYZYKIEM ZAGROŻEŃ W UŻYTKOWANIU BEZZAŁOGOWYCH STATKÓW POWIETRZNYCH

mgr Wiktor Wyszywacz

ZARZĄDZANIE RYZYKIEM ZAGROŻEŃ W UŻYTKOWANIU BEZZAŁOGOWYCH STATKÓW POWIETRZNYCH

ROZPRAWA DOKTORSKA

Promotor: dr hab. inż. nawig. Andrzej Fellner prof. Pol. Śląska

Promotor pomocniczy: dr Jędrzej Łukasiewicz Pol. Poznańska

Spis treści

Wykaz ważniejszych skrótów i oznaczeń ……….…………...…… 3

Wprowadzenie..……….……....…. 9

1. Charakterystyka bezzałogowych systemów powietrznych………..… 13

1.1. Geneza BSP.….….….…………..………....………. 13

1.2. Podział bezzałogowych systemów powietrznych ……… 15

1.3. Charakterystyka bezzałogowych systemów powietrznych i kategorii wykonywanych operacji .………...……… 18

1.4. Kategorie lotów według regulacji krajowych.……….……… 20

1.5. Operacje systemów bezzałogowych w regulacjach europejskich .. 25

2. Przegląd i analiza Systemów Zarządzania Bezpieczeństwem …... 37

2.1. Wybrane teorie i modele elementów systemów bezpieczeństwa w lotnictwie ……...………..…….. 37

2.2. Regulacje, przepisy i literatura przedmiotu………...………… 43

3. Wybrane aspekty metodologiczne przeprowadzonych badań.……… 57

3.1. Uzasadnienie i cel rozprawy ………..……. 57

3.2. Teza rozprawy, hipotezy robocze, zakres pracy i metodyka badań....60

4. Identyfikacja i podział zagrożeń ……….…....………. 63

4.1. Wprowadzenie i definicje ………...……… 63

4.2. Obszary i źródła zagrożeń………....……... 66

4.3. Identyfikacja zagrożeń ……….…………..…….. 74

4.4. Podsumowanie ……….………...…. 85

5. Ocena ryzyka, wyznaczanie wskaźników i indeksów …………..….…. 86

5.1. Charakterystyka funkcjonujących metod analizy ryzyka w kontekście BSP………...……...… 86

5.2. Ocena ryzyka, wyznaczenie wskaźników i poziomu tolerancji ryzyka …………..….………...……...……... 99

5.3. Podsumowanie ………...………….… 111

6. Postępowanie z ryzykiem ……….…….…..…… 114

6.1. Strategia postępowania z ryzykiem ..………..….…..…….. 114

6.2. Metody postępowania z ryzykiem ………..……..……… 117

6.3. Lista kontrolna (checklist) ..………...…...………. 123

6.4. Studium przypadku (casestudy) ………..…...……. 128

6.5. Podsumowanie ………..……...…..… 132

Zakończenie i wnioski …...………...…..…..……….. 134

Bibliografia ..………....……….. 138

Spis rysunków ……….………....…...…….. 146

Spis tabel ……….………..… 147

Streszczenie ……….……….……….………….. 148

Summary……….………….…….………….……… 150

WYKAZ WAŻNIEJSZYCH SKRÓTÓW i OZNACZEŃ

A/C (Aircraft) – statek powietrzny;

ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) – system umożliwiający prezentację sytuacji ruchowej A/C w czasie rzeczywistym;

AGL (Above Ground Level) – wysokość nad poziomem terenu;

AMC (Acceptable Means of Compliance) and GM (Guidance Material) – wytyczne, akceptowalne sposoby spełnienia wymagań i materiały pomocnicze;

AMO (Approved Maintenance Organization) – Organizacja Obsług Technicznych;

AMSL (above medium sea level / true altitude) – wysokość bezwzględna, wysokość mierzona względem średniego poziomu morza

ARC (Airwothiness Review Certificate) – poświadczenie przeglądu zdatności do lotu A/C;

ATC (Air Traffic Control) - kontrola ruchu lotniczego;

ATS (Air Traffic Services) – służby ruchu lotniczego;

Atti (Atti Mode – Attitude Mode) – tryb lotu, w którym BSP będzie pozostawał na tej samej wysokości i będzie przemieszczał się z wraz z masą powietrza, w której się znajduje;

BHIP (Backward Hazard Identification Process) – metoda identyfikacji zagrożeń, wykorzystująca rozumowanie wstecz

Bow Tie – metoda Bow-Tie jest graficzną prezentacją scenariuszy ryzyka, dotyczącego bezpieczeństwa;

BSP – bezzałogowy statek powietrzny;

BVLOS (Beyond Visual Line of Sight Operation) – operacje poza zasięgiem widoczności wzrokowej pilota;

CAA (Civil Aviation Authority) – brytyjskie władze lotnicze;

CAMO (Continuing Airworthiness Management Organization) – Organizacja Zarządzania Ciągłą Zdatnością do Lotu;

CCA (Cause and Consequence Analysis) – metoda analizy ryzyka, nazywana analizą przyczyn i konsekwencji;

CONOPS (Concept of Operations) – koncepcja operacji;

DAA (Detect And Avoid) – „zobacz i unikaj”, możliwość zobaczenia lub wykrycia zagrożeń i podjęcia odpowiednich działań w celu spełnienia akceptowalnych zasad lotu;

EASP (European Aviation Safety Programme) – Europejski Program

4

Bezpieczeństwa Lotniczego;

EPAS (European Plan for Aviation Safety) – Europejski Plan Bezpieczeństwa Lotniczego;

ETA (Event Tree Analysis) – metoda analizy ryzyka, nazywana analizą drzewa zdarzeń;

EASA (European Union Aviation Safety Agency) – Agencja Bezpieczeństwa Lotniczego Unii Europejskiej, do 2018 r. EASA (ang. European Aviation Safety Agency);

FAA (Federal Aviation Administration) - Federalna Administracja Lotnictwa – organ nadzoru lotniczego, agencja Ministerstwa Transportu Stanów Zjednoczonych;

Fail Safe (bezusterkowy, niezawodny) – funkcja bezpieczeństwa BSP, polegająca na zaprogramowaniu lotu BSP w przypadku utraty połączenia z kontrolerem przy zakłóceniach lub przekroczeniu zasięgu połączenia radiowego;

FLARM – (złożenie „flight” i „alarm”) – elektroniczny system wykorzystywany do selektywnego ostrzegania pilotów o potencjalnych kolizjach między lekkimi statkami powietrznymi (nie jest to formalnie implementacja ADS-B, ponieważ jest zoptymalizowana pod kątem specyficznych potrzeb, a nie komunikacji dalekiego zasięgu lub interakcji ATC);

Flight geography area – strefa geograficzna dla SBSP, oznacza część przestrzeni powietrznej, wyznaczonej przez właściwy organ, która ułatwia, ogranicza lub wyklucza operacje z użyciem SBSP, aby wyeliminować zagrożenia związane z bezpieczeństwem, prywatnością, ochroną danych osobowych, ochroną lub środowiskiem, wynikające z operacji z użyciem tych systemów;

FPV (First Person View) – operacje z widokiem z pierwszej osoby;

FTA (Fault Tree Analysis) – metoda analizy ryzyka, nazywana analizą drzewa błędów;

FTS (Flight Termination System) – system zakończenia lotu;

GA (General Aviation) – lotnictwo ogólne, które obejmuje cały ruch lotniczy (prywatny i komercyjny, od lotni do samolotu odrzutowego) z wyłączeniem lotów rozkładowych i wojskowych;

GASP (Global Aviation Safety Plan) – Globalny Plan Bezpieczeństwa w Lotnictwie Cywilnym);

GIS (Geographic Information System) – system informacji geograficznej, system informacyjny, służący do wprowadzania, gromadzenia, przetwarzania oraz wizualizacji danych geograficznych, którego jedną z funkcji jest wspomaganie procesu decyzyjnego;

GLONASS (Globalnaja Nawigacjonnaja Sputnikowaja Sistiema) – rosyjski system nawigacji satelitarnej;

GPS (Global Positioning System) – amerykański system nawigacji satelitarnej;

GRC (Ground Risk Class) – klasa nieodłącznego ryzyka naziemnego;

HF (Human Factor) – czynnik ludzki;

HRA (Human Reliability Analysis) – metoda analizy ryzyka nazywana analizą niezawodności człowieka;

ICAO (International CivilAviation Organization) – Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego;

ILP (Independent Protection Layers) – niezależne warstwy ochronne;

INOP – instrukcja operacyjna;

JARUS (Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems – wspólne organy odpowiedzialne za tworzenie przepisów, dotyczących systemów bezzałogowych) – podmiot, który opracowuje propozycje przepisów w zakresie SBSP dla międzynarodowych legislatorów, w skład którego wchodzą eksperci z 61 krajów świata;

KPB – Krajowy Plan Bezpieczeństwa;

KPBwLC – Krajowy Program Bezpieczeństwa w Lotnictwie Cywilnym;

LiPo – akumulatory litowo – polimerowe;

LOPA (Layer of Protection Analysis) – metoda analizy ryzyka nazywana analizą warstw ochrony;

LPR – Lotnicze Pogotowie Ratunkowe;

LUC (Light UAS Operator Certificate) – Certyfikat Operatora Lekkiego Bezzałogowego Systemu Powietrznego;

MR (Multi Rotor) – wielowirnikowiec;

MTOM (Maximum Take-off Mass) – maksymalna masa startowa, oznacza maksymalną (określoną przez producenta lub konstruktora) masę bezzałogowego statku powietrznego, obejmującą obciążenie użytkowe i paliwo, przy której można eksploatować bezzałogowy statek powietrzny;

NAA (National Aviation Authority) – rządowy organ lotnictwa cywilnego;

Operator – operator bezzałogowego systemu powietrznego, oznacza dowolną osobę prawną lub fizyczną, eksploatującą lub zamierzającą eksploatować co najmniej jeden bezzałogowy system powietrzny;

PansaUTM (PANSA – Polish Air Navigation Services Agency, UTM – Unmanned Traffic Management) – zdigitalizowana koncepcja koordynacji lotów BSP oraz cyfrowego zarządzania wnioskami i zgodami na loty w przestrzeni powietrznej;

PAŻP – Polska Agencja Żeglugi Powietrznej (PANSA – Polish Air Navigation Services Agency);

6

Pilot – pilot bezzałogowego statku powietrznego oznacza osobę fizyczną, odpowiedzialną za bezpieczne wykonanie lotu przez bezzałogowy statek powietrzny poprzez ręczne sterowanie lotem albo – w przypadku, gdy bezzałogowy statek powietrzny wykonuje lot automatycznie – poprzez monitorowanie jego kursu i utrzymywanie przez cały czas możliwości interwencji i zmiany kursu;

R&D (research and development) – badania i rozwój;

RC (Radio Control) – sterowanie radiowe;

RPA (remotely piloted aircraft) – zdalnie sterowany statek powietrzny;

RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) – system zdalnie pilotowanego statku powietrznego;

RTH (Return To Home) – powrót do miejsca startu;

RTK GPS (Real Time Kinematic) – technologia precyzyjnych pomiarów przy użyciu nawigacji satelitarnej. Pomiar RTK jest technologią dokładnych pomiarów (dokładność centymetrowa) w czasie rzeczywistym (bez potrzeby obliczeń w tzw. post-processingu). Pomiary RTK stosowane są głównie w pracach geodezyjnych;

RX (Receiver) – odbiornik;

SAIL (Specific Assurance and Integrity Levels) – poziomy pewności i niezawodności;

SARPs (Standards and Recommended Practices) – Normy i Zalecane Metody Postępowania;

SBSP – system bezzałogowego statku powietrznego;

SES (Single European Sky) – jednolita europejska przestrzeń powietrzna;

SESAR (Single European Sky ATM {Air Traffic Management} Research) – Europejski system zarządzania ruchem lotniczym;

SMM (Safety Management Manual) – podręcznik zarządzania bezpieczeństwem;

SMS (Safety Management System) – system zarządzania bezpieczeństwem;

SORA (Specific Operations Risk Assessment) – ocena ryzyka dla operacji kategorii szczególnej;

SPI (Safety Performance Indicator) – wskaźnik poziomu bezpieczeństwa;

Krajowy Program Bezpieczeństwa ustanawia wskaźniki poziomu bezpieczeństwa – SPI, które na podstawie odrębnych przepisów winny być opracowywane przez podmioty lotnicze, objęte obowiązkiem mierzenia poziomu bezpieczeństwa (Safety Performance Monitoring);

SSP (State Safety Programme) – Krajowy Program Bezpieczeństwa;

STS (Standard Scenario) – scenariusz standardowy;

SWIFT (structured „what if?” technique) – metoda analizy ryzyka “co jeśli”;

TLS (Target Level of Safety) – docelowy poziom środków bezpieczeństwa;

TOM (Take-off Mass) – masa startowa statku powietrznego;

TX (Transmitter) – nadajnik;

UA (Unmanned Aircraft) – bezzałogowy statek powietrzny;

UAS (Unmanned Aerial Systems) – bezzałogowe systemy latające;

UAV (Unmanned Aerial Vehicle) – bezzałogowy statek powietrzny;

UAVO (Unmanned Aerial Vehicle Operator) – Operator Bezzałogowego Statku Powietrznego;

UCAV (Unmanned Combat AirVehicles) – bojowe bezzałogowe statki powietrzne;

UGV (Unmanned Ground Vehicle) – bezzałogowy pojazd naziemny;

ULC – Urząd Lotnictwa Cywilnego;

U-space – zbiór nowych udogodnień opartych na funkcjach i procedurach wysokiego poziomu, zaprojektowanych w celu wsparcia bezpieczeństwa, efektywności i bezpiecznego dostępu do przestrzeni powietrznej dla dużej ilości BSP, przygotowane przez organizację SESAR JU;

USV (Unmanned Surface Vehicle) – bezzałogowy pojazd nawodny UUV (Unmanned Underwater Vehicle) – bezzałogowy pojazd podwodny VLL (Very Low-Level Airspace) – bardzo niski poziom przestrzeni powietrznej niskiej wysokości;

VLOS (Visual Line of Sight Operation) – operacje w zasięgu widoczności wzrokowej pilota;

Wprowadzenie

Bezzałogowe systemy latające (SBSP), wykorzystywane w gospodarce, usługach czy nauce, to obecnie nieocenione źródło informacji uzyskiwanych ze specjalistycznych sensorów instalowanych na ich pokładach. Systemy te służą również do transportu ładunków i towarów. PansaUTM do sierpnia 2020r. odliczył około 150 000 checkinów operacji dla ponad 100 000 SBSP w Polsce. Jednocześnie KGP w latach 2018 i 2019 stwierdziła kolejno 691 i 719 incydentów z udziałem SBSP. Tym samym pojawia się potrzeba zapewnienia ich bezpiecznego funkcjonowania. Konieczne jest zarządzanie ryzykiem zagrożeń podczas użytkowania SBSP i stanowi podstawę do podejmowania globalnych i krajowych badań i prac naukowo – badawczych. Tym bardziej, że stosowane dotychczas metody zarządzania ryzykiem dla bezzałogowych systemów latających nie są wystarczające, gdyż nie zapewniają oczekiwanego poziomu bezpieczeństwa. Wykorzystywana dla lotów BSP analiza SORA^* jest obecnie jedną z najlepiej zweryfikowanych metod, gdyż została opracowana specjalnie na potrzeby bezzałogowych systemów latających. Jednakże z przeprowadzonych analiz literatury specjalistycznej oraz własnych eksperymentów (lotów testowych) wynika, że metoda ta posiada wiele wad i ograniczeń. Toteż uwzględniając wzrost operacyjnego użytkowania SBSP, stosowanie niedoskonałej metody analizy ryzyka (SORA) powoduje wyraźny deficyt w zarządzaniu bezpieczeństwem. W związku z tym powstaje pilna potrzeba opracowania odpowiedniego modelu zarządzania ryzykiem zagrożeń podczas stosowania operacyjnego bezzałogowych statków powietrznych.

Zrealizowanie tego przedsięwzięcia naukowego wymagało sprecyzowania problemu badawczego, opracowania hipotezy roboczej i jej zweryfikowanie metodami naukowymi i stosownymi narzędziami. Uzyskany materiał posłużył do opracowania wniosków oraz modelu zarządzania ryzykiem zagrożeń.

Uwzględniając powyższe, głównym celem rozprawy było opracowanie modelu zarządzania ryzykiem. Założono, że powinien opierać się on na metodzie proaktywnej oraz predyktywnej i w ten sposób ujmować proces identyfikacji źródeł zagrożeń, zagrożenia, analizę i ewaluację ryzyka, poziom tolerancji i skutecznego likwidowania lub kompensowania skutków tegoż ryzyka. Założona w rozprawie hipoteza robocza zakładała, że zastosowanie opracowanej metody zarządzania pozwoli na uzyskanie znaczącej poprawy poziomu bezpieczeństwa podczas operacyjnych zastosowań bezzałogowych systemów latających.

Zarządzanie ryzykiem zagrożeń powinno odpowiadać aktualnym potrzebom realizacji lotów operacyjnych SBSP na oczekiwanym poziomie bezpieczeństwa. Pomimo waloru uniwersalności w odniesieniu do kategorii lotów, opracowana metoda zarządzania ryzykiem zagrożeń ma swoje ograniczenia, takie jak: bezpieczna maksymalna masa startowa czy wysokość

10

lotów. Wynika to z konieczności odniesienia metody do szerokiego spectrum zastosowań bezzałogowych systemów latających. Zgodnie z przyjętym celem rozprawy, założeniami i postawioną tezą opracowano metodę zarządzania ryzykiem zagrożeń w użytkowaniu SBSP, której funkcjonalność zweryfikowały przeprowadzone badania.

Zrealizowanie tematu rozprawy doktorskiej wymagało przyjęcia odpowiedniej koncepcji i struktury. Toteż w pierwszej części pracy, zawartej w rozdziale pierwszym i drugim, scharakteryzowano SBSP, przeanalizowano kategorie lotów operacyjnych pod kątem bezpieczeństwa w odniesieniu do regulacji europejskich i krajowych, a następnie przeanalizowano specjalistyczną literaturę przedmiotu oraz, możliwe do wykorzystania podczas badań naukowych, teorie i stosowane modele funkcjonujących systemów zarządzania bezpieczeństwem w lotnictwie.

Trzy kolejne rozdziały składają się na drugą część pracy. w rozdziale trzecim zaprezentowano wybrane założenia metodologiczne związane z realizacją dysertacji. Następnie w rozdziale czwartym przedstawiono przyjęte w rozprawie definicje i określenia oraz ukazano, specjalnie opracowany dla potrzeb podjętych badań naukowych, algorytm przyczyn i skutków dla analizowanego bezpieczeństwa lotów BSP. Na tej podstawie sklasyfikowano negatywne skutki wywołane urealnionymi zagrożeniami, które zawarte zostały w tabeli 4.1. W następnej kolejności, opierając się o zdefiniowane skutki oraz stosując metodę BHIP (Backward Hazard Identification Process), wyznaczono źródła zagrożeń poprzez sformułowanie pytań kontrolnych, dotyczących przygotowań oraz przebiegu operacji BSP. Zawarte zostały one w tabeli 4.2.

Następnie zidentyfikowano możliwe zagrożenia, które przedstawiono w tabeli 4.3. Uzyskane wyniki pozwoliły ustalić, że z jednego źródła może pochodzić kilka zagrożeń, a także jedno zagrożenie może wywodzić się z kilku źródeł.

Zidentyfikowane zagrożenia wraz ze źródłami ich pochodzenia zestawiono w tabeli 4.4. Na tej podstawie w rozdziale piątym zaprezentowano podział ryzyka oraz dokonano jego analizy, przedstawiono przegląd funkcjonujących metod analizy ryzyka włącznie z analizą SORA, a wyniki zestawiono w tabeli 5.1. Podkreślić należy, że proces analizy ryzyka podzielony został na dwa etapy. W pierwszym wyznaczono podstawowe wskaźniki poziomu prawdopodobieństwa (P) wystąpienia zdarzeń niechcianych oraz wskaźniki opisujące dotkliwość tych zdarzeń (D). Przy czym do określenia wskaźników podstawowych (P) wyznaczono najpierw cząstkowe wskaźniki (P*), odnoszące się do źródeł danego zagrożenia. Najwyższy wskaźnik cząstkowy dla danego zagrożenia mianowano wskaźnikiem (P) do dalszej analizy. Podobnie postępowano z cząstkowymi wskaźnikami (D* o wartości 1), które odpowiadają każdemu zdarzeniu z tabeli 4.1., a ich suma wyznacza wskaźnik podstawowy (D). Mając wyznaczone wskaźniki (P i D), ustalono indeksy^PD ryzyka dla poszczególnych zagrożeń, które dalej umożliwiły ustalenie poziomu tolerancji każdego zagrożenia, co zawiera tabela 5.6. Natomiast w drugim etapie analizy ustalono sposób wyznaczenia wskaźników dopełniających: upadku

BSP (F) i kolizji w powietrzu (C). Wskaźniki te bezpośrednio nie odnoszą się do zidentyfikowanych zagrożeń, ale dotyczą operacji w ujęciu całościowym, uzupełniając dotychczas przeprowadzoną analizę o kolejne szczegóły zawarte w koncepcji operacji. Z sumy wskaźników uzupełniających powstaje indeks^FC, który pozwala na wyznaczenie tolerancji operacji po uwzględnieniu powyższych składowych i zawarcie ich w tabeli 5.9. Schemat zarządzania ryzykiem zagrożeń przedstawiono na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat zarządzania ryzykiem zagrożeń w użytkowaniu SBSP Źródło: opracowanie własne

Trzecia część pracy zawiera rozdział szósty, omawiający przedsięwzięcia związane z ryzykiem, i jednocześnie zamyka rozprawę doktorską. Oczywiście w przypadku akceptowalnego ryzyka dla wyznaczonych indeksów nie podejmuje się żadnych przedsięwzięć. Natomiast w przypadku nieakceptowalnego poziomu ryzyka należy zastosować działania kompensujące lub redukujące jego negatywne skutki. Toteż w rozdziale szóstym przedstawiono i scharakteryzowano algorytm przedsięwzięć dotyczących ryzyka. W tym celu opracowano matrycę typów strategii w zależności od poziomu prawdopodobieństwa i skutków urealnionych zagrożeń. Na tej podstawie stworzono procedurę postępowania, która, w zależności od wybranej strategii, kieruje do opracowanych odpowiednio katalogów, dotyczących problemów związanych z: człowiekiem i organizacją (tabela 6.3), techniką (tabela 6.4), obniżeniem indeksu^FC (tabela 6.5), listą kontrolną (tabela 6.6). Natomiast algorytm zarządzania ryzykiem zagrożeń w użytkowaniu bezzałogowych statków powietrznych przedstawia rysunek 1. Rozdział szósty kończy przykładowo opracowane case study, w którym zweryfikowano przedstawione w pracy zarządzanie ryzykiem zagrożeń w użytkowaniu SBSP. Całość rozprawy doktorskiej zamykają zakończenie oraz wnioski.

1. Charakterystyka bezzałogowych systemów powietrznych

Dynamiczny rozwój naukowo – techniczny spowodował, że bezzałogowe statki powietrzne, popularnie zwane dronami, znalazły operacyjne zastosowanie w działalności człowieka. Z analizy literatury specjalistycznej wynika, że stanowią one wyższy poziom w rozwoju lotnictwa załogowego. Niestety, w przypadku dronów, ponownie technika i technologia wyprzedziły uwarunkowania prawne, związane z operacyjnym ich zastosowaniem w skali globalnej i europejskiej. Równocześnie, przy wykorzystaniu dronów, koniecznością stało się analizowanie ryzyka i jego kompensowanie. Toteż specjaliści w wielu krajach pracują nad właściwym poziomem ich bezpiecznego użytkowania. Ze względu na ich odmienny charakter, w porównaniu do lotnictwa załogowego, w niniejszym rozdziale przedstawiono charakterystykę bezzałogowych systemów powietrznych, uwzględniając ich podział na klasy, kategorie operacji i wymagania dotyczące ich użytkowania.

1.1. Geneza BSP

Od zarania historii człowiek starał się przemieszczać w przestrzeni ekosfery ziemskiej. Jednak zależne było to od rozwoju naukowo – technicznego.

Toteż najpierw poruszał się po drogach lądowych, potem okrętami/statkami przemieszczał się po akwenach wodnych, marząc o lataniu. Równolegle z próbami konstrukcji załogowych maszyn latających powstawały projekty urządzeń, które mogły wzlecieć bez człowieka na pokładzie. Warto wymienić Archytasa z Tarentu (428–347 p.n.e.), greckiego filozofa, uważanego za twórcę mechaniki, który zbudował ptaka z mechanizmem napędowym w jego brzuchu.

Następnie Leonardo da Vinci (1452–1519) przedstawił projekt helikoptera z jednym wirnikiem, który jednak nie latał ze względu na powstający moment reakcyjny, obracający kadłub w przeciwnym kierunku niż wirnik. Dopiero w 1783 r. Bienvenue i Launoy zaprojektowali, inspirowany pomysłami chińskimi, model ze śmigłami przeciwbieżnymi. Natomiast Austriacy, oblegając Wenecję w 1848 r., po raz pierwszy zastosowali bezzałogowe statki powietrzne [6] do zbombardowania miasta. Były to balony na gorące powietrze, niosące materiały wybuchowe. W tym przypadku wojskowi popełnili błąd w ocenie kierunku wiatru, a całe przedsięwzięcie skończyło się niepowodzeniem. W 1915 r. Nicola Tesla (1856–1943) przedstawił koncepcję bezzałogowej balonowej floty powietrznej do użytku militarnego, która była sterowana drogą radiową [85]. Od tego czasu bezzałogowe statki powietrzne zaczęto używać do celów militarnych.

To niewątpliwie przyczyniło się do rozwoju BSP, a w sposób schematyczny przedstawia to rysunek 1.1.

14

Rys. 1.1. Rozwój UAV

Źródło: Journal of Defense Resources Management

Pod względem etymologicznym wyraz „drone” (ang. truteń) oznacza też „brzęczeć”, a jest to dźwięk wydawany przez latające dziś multikoptery.

Nazwa była używana do systemów BSP w Wielkiej Brytanii, a potem została przeniesiona do Stanów Zjednoczonych i rozprzestrzeniła się globalnie. Amerykanie już podczas I wojny światowej pracowali nad

„powietrznymi torpedami” do przenoszenia ładunków wybuchowych. Prace zostały zdecydowanie przyspieszone przez mocarstwa podczas II wojny światowej. Szczególnego tempa nabrały w Stanach Zjednoczonych, gdzie rozwijano koncepcję radiowego sterowania statkami powietrznymi. W tym celu zastosowano bombowe samoloty B–24, wyładowane dwukrotnie większą ilością materiałów wybuchowych, do niszczenia głębokich bunkrów niemieckich. Każdy B–24 startował z pilotem, który, po osiągnięciu wyznaczonej wysokości i kursu bojowego, opuszczał pokład, wyskakując i lądując na ziemi przy użyciu spadochronu. Natomiast sterowany radiowo samolot dalej kontynuował lot do miejsca przeznaczenia. W tym czasie Niemcy uzyskiwali podobne rezultaty, budując rakiety V1 i V2. Fabryki rakiet V1 i V2 były bombardowane przez samoloty amerykańskie B–24. Pod koniec XX w.

obserwowane były intensywne prace nad rozwojem BSP, a znaczące osiągnięcia uzyskano w: USA, Izraelu i Japonii. Natomiast już od 2001 r. bezzałogowe systemy powietrzne służą operacyjnie dla potrzeb militarnych. Znamienne jest zastosowanie przez CIA SBSP w Afganistanie do celów wywiadowczych. Wtedy to „Predator” został po raz pierwszy zastosowany do precyzyjnego niszczenia określonych celów, a także selektywnych zabójstw [12]. Obecnie powszechne

jest globalne stosowanie dla potrzeb militarnych dronów bojowych do prowadzenia różnego rodzaju działań [14].

Z analizy literatury przedmiotu wynika, że dron to bezzałogowy statek powietrzny (ang. unmanned aerial vehicle – UAV, remotely piloted aircraft – RPA), który nie wymaga pokładowej załogi do wykonania lotu, gdyż jest pilotowany zdalnie lub wykonuje automatyczne loty, dostarczając różnorodne informacje lub wykonując wyznaczone działania operacyjne. Tym samym zastępuje człowieka w trudnych, niebezpiecznych sytuacjach i miejscach, przysparzając korzyści ekonomicznych, finansowych, związanych z obronnością i bezpieczeństwem państwa. Obserwowany rozwój systemów BSP umożliwia zaawansowana elektronika, inteligentne systemy informatyczne, techniki i technologie satelitarne i szereg innych. Istotne jest to, że początkowo rozwój SBSP stymulowały techniki i technologie wojskowe, ale obecnie SBSP mają szerokie zastosowania cywilno – użytkowe i rekreacyjne. Systemy bezzałogowe znalazły zastosowanie niemal we wszystkich sektorach gospodarki i w wielu dziedzinach działalności człowieka. Dla przykładu, systemy bezzałogowe powszechnie używane są do fotografii i filmów, relacji TV, reklam, w kartografii i precyzyjnym rolnictwie, do monitorowania linii energetycznych, torów kolejowych, dotarciu do miejsc katastrof i przestrzeni groźnych dla człowieka, badań naukowych obszarów podbiegunowych, badań zanieczyszczeń atmosfery, archeologii. Opracowana pierwsza próba listy zastosowań pozostaje otwarta i z każdym dniem jest uzupełniana oraz wskazuje ogromne możliwości rozwojowe. Znamienne jest również to, że w Wielkiej Brytanii opracowano wykorzystanie SBSP z kamerami termowizyjnymi do wykrywania ogrzewanych nielegalnych plantacji marihuany, należących do gangów przestępczych, po to, aby w odpowiednim momencie zarekwirować zbiory plantatora.

1.2. Podział bezzałogowych systemów powietrznych

Drony to bezzałogowe technologie: powietrzna (UAV – Unmanned Aerial Vehicle), naziemna (UGV – Unmanned Ground Vehicle) i morska (USV – Unmanned Surface Vehicle i UUV – Unmanned Underwater Vehicle).

Przedmiotem rozważań w niniejszej pracy będą wyłącznie UAV. Przyjęto, stosowane w przepisach EASA, określenia: pilot – osoba fizyczna, sterująca BSP, i operator – osoba prawna lub fizyczna, eksploatująca BSP.

Z przeprowadzonych analiz dostępnych materiałów wynika, że podział bezzałogowych systemów powietrznych zależy od przyjętych kryteriów.

Zasadniczy podział SBSP dotyczy przeznaczenia i wyróżnia się dwa zastosowania: cywilne oraz wojskowe. Najliczniejszą grupę stanowią bojowe bezzałogowe statki powietrzne (UCAV – Unmanned Combat Air Vehicles), globalnie i powszechnie stosowane do precyzyjnego niszczenia militarnych celów wrażliwych. Specjalistyczne wyposażenie tych systemów bezzałogowych w odpowiednie urządzenia pokładowe, telemetryczne łącza, techniki

16

i technologie satelitarne oraz wysoko wykwalifikowana obsługa naziemna pozwalają na precyzyjne prowadzenie działań bojowych i operacji, a także obserwowanie skutków prowadzonych przedsięwzięć poprzez monitorowanie określonego obszaru terenu czy przestrzeni powietrznej. Dla potrzeb dysertacji przyjęto podstawowy podział UAV (Unmanned Aerial Vehicle) podany w technice wojskowej [14,63]. Przyjęty tam podział prezentuje rysunek 1.2.

Rys. 1.2. Militarny podział UAV Źródło: opracowanie własne

Trzeba zaznaczyć, że część autorów [16] uznaje, że pociski balistyczne, samosterujące i artyleryjskie nie powinny być definiowane jako bezzałogowe statki powietrzne. Jednak panuje zgodność, że, uwzględniając wagę, wyposażenie i osiągane parametry, należy wojskowe bezzałogowe systemy latające podzielić na trzy klasy:

I Klasa – waga do 150 kg podzielona na cztery kategorie: NANO (poniżej 2,5 dag), MIKRO (od 2,5 dag do 2 kg), MINI (od 2 do 20 kg), SMALL (powyżej 20kg);

II Klasa – waga od 150 do 600 kg, jedna kategoria TACTICAL, operacyjna wysokość do 10 000 ft (3050 m), promień do 200 km;

III Klasa – waga powyżej 600 kg, podzielona na trzy kategorie: MALE (średni pułap, długotrwały lot), HALE (wysoki pułap, długotrwały lot), STRIKE/

COMBAT.

Wiadomo, że cywilne zastosowania bezzałogowych systemów latających wywodzą się z udostępnionych osiągnięć militarnych. W sytuacjach zagrożenia dla zdrowia i życia człowieka SBSP są wyjątkowo użyteczne. W wielu działaniach jest to bardziej ekonomiczny sposób realizowania niebezpiecznych zadań.

Ponadto dużą liczbę przedsięwzięć realizowanych dotychczas przy pomocy tradycyjnego lotnictwa dziś SBSP mogą wykonywać znacznie szybciej przy

nieporównywalnie niższych nakładach. Użycie SBSP reguluje Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 26 kwietnia 2013 r. w sprawie przepisów technicznych i eksploatacyjnych, dotyczących statków powietrznych kategorii specjalnej, nieobjętych nadzorem Europejskiej Agencji Bezpieczeństwa Lotniczego (Dz. U. z 2013 r. poz. 524). Z niego wynika, że BSP o masie startowej powyżej 25 kg wymagają uzyskania pozwolenia na lot w kategorii specjalnej wydawanego przez Prezesa Urzędu Lotnictwa Cywilnego. Natomiast, uwzględniając regulacje EASA oraz polskie i biorąc pod uwagę możliwości napędu i unoszenia się w przestrzeni powietrznej, SBSP dzielą się na kategorie:

 samolot bezzałogowy (A),

 śmigłowiec bezzałogowy (H),

 aerostat bezzałogowy (AS),

 wielowirnikowiec bezzałogowy (MR).

Podkreślić należy, że po określeniu kategorii, w zależności od maksymalnej masy startowej (MTOM), SBSP dzieli się na drony: do 5 kg, 25 kg, 150 kg.

Powszechnie wykorzystywane są bezzałogowe systemy do 25 kg, dla których ustalono specjalne zasady funkcjonowania w polskiej przestrzeni powietrznej.

Podczas realizacji tematu rozprawy stwierdzono funkcjonowanie różnorodnego nazewnictwa odnoszącego się do dronów. Pojęcie „samolot bezzałogowy UA” (Unmanned Aircraft) dokumentacja ICAO [46] określa w taki sposób, że „każdy statek powietrzny przeznaczony do lotu bez pilota na pokładzie jest statkiem bezzałogowym. Może on być zdalnie i w pełni kontrolowany z innego miejsca (ziemi, innego samolotu, kosmosu) lub wstępnie zaprogramowany do prowadzenia lotu bez interwencji”. Niestety zamiennie używane są akronimy polskie i angielskie, określające obiekt bezzałogowy:

BSP, UAV czy RPA. Określają one latającą część. Szerszym pojęciem jest system, w skład którego wchodzi rozbudowana naziemna część przeznaczona do sterowania lub/i monitorowania BSP, a wykonywane loty mogą być pilotowane lub autonomiczne. Natomiast ICAO w okólniku 328 [46] definiuje system RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) jako zestaw konfigurowalnych elementów, składających się ze zdalnie sterowanego statku powietrznego, powiązanych z nim zdalnych stacji sterowania, wymaganych łączy dowodzenia i kontroli oraz wszelkich innych elementów systemu, jakie mogą być wymagane podczas operacji w locie. Dla określenia systemów stosowane są akronimy: SBSP – system bezzałogowego statku powietrznego, składający się z części latającej (BSP) i naziemnej, UAS (Unmanned Aerial Systems) – bezzałogowy system powietrzny, RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) – system zdalnego sterowania statkiem powietrznym. W dokumentach EASA i ULC stosowane są skrótowce BSP i SBSP. Z tego względu zdecydowano, że w niniejszej pracy będą stosowane te akronimy.

18

1.3. Charakterystyka bezzałogowych systemów powietrznych i kategorii wykonywanych operacji

Po uwzględnieniu podziału bezzałogowych systemów konieczne jest ich scharakteryzowanie poprzez podstawowe parametry, do których zalicza się:

MTOM, udźwig, czas lotu, zasięg, prędkość, wysokość lotu, rodzaje napędu, inne cechy (wodoodporność, zakres temperatury pracy), podstawowe tryby pracy, poziom bezpieczeństwa lotów.

Producenci bezzałogowych statków powietrznych podają maksymalną masę startową i gwarantują osiąganie określonych parametrów lotu. Jest to istotne, gdyż niezgodne z instrukcją obciążenie wiąże się z możliwością wystąpienia zagrożeń podczas operacyjnego lotu. Zasadniczo na pokładach BSP instalowane są specjalistyczne kamery (wielospektralne, termowizyjne), szczególnie wykorzystywane w geodezji, kartografii, systemach informacji geograficznej czy innych pracach ewidencyjno – katastralnych. BSP transportują także różnorodne urządzenia do pobierania próbek powietrza oraz płynów.

Z przeprowadzonych eksperymentów wynika, że podczas stosowania BSP do transportu (np. transport medyczny, precyzyjne opryski, małe przesyłki handlowe czy inne) ciężar ładunku nie przekracza kilkunastu kilogramów i dlatego większość używanych w Polsce systemów bezzałogowych posiada MTOM do 25 kg. Istnieją odpowiednie regulacje europejskie opracowane przez EASA (European Aviation Safety Agency), które wprowadzają obowiązek oznaczania produkowanych i sprzedawanych systemów do wykonywania lotów określonej kategorii, umieszczania znaku CE odpowiedniej klasy od C0 do C6 [88]: C0 (MTOM do 250 g), C1 (MTOM do 900 g), C2 (MTOM do 4 kg), C3 (MTOM do 25 kg), C4 (MTOM powyżej 25 kg), C5 do operacji w ramach scenariusza standardowego STS–01 (Standard Scenario), C6 do operacji w ramach STS–02.

Niewątpliwie istotnym parametrem BSP jest długotrwałość lotu uzależniona jednak od następujących czynników: pojemności akumulatorów zasilających, zapasu paliwa, prędkości lotu, prędkości i kierunku wiatru, maksymalnej masy startowej. Wiadomo, że maksymalna prędkość wielowirnikowców – MR (Multi Rotor) wynosi od kilkunastu do 20 m/s, natomiast BSP(A) mogą rozwijać większe prędkości. Jest to istotne, gdyż bezpieczne loty nie powinny być wykonywane przy porywach wiatru przekraczających maksymalną prędkość BSP. Z analizy danych meteorologicznych wynika, że średnia roczna prędkość wiatru w Polsce wynosi 2,8 – 3,5 m/s, a prędkości powyżej 5 m/s występują na 1/3 powierzchni kraju [72]. Czas lotu większości wirnikowców BSP wynosi kilkadziesiąt minut. W przypadku samolotowych BSP czas jest znacząco dłuższy, ponieważ korzystają one dodatkowo z siły nośnej, powstającej na skrzydle. Kolejny istotny parametr to zasięg, który uzależniony jest od tych samych czynników co długotrwałość lotu. Dodatkowym ograniczeniem jest zasięg sterowania radiowego RC (Radio Control), który, w zależności od przeznaczenia i klasy BSP, sięga od kilku do kilkunastu kilometrów. Natomiast

samoloty czy skrzydła mogą w korzystnych warunkach wykonywać loty automatyczne poza zasięgiem kontrolera nawet do kilkudziesięciu kilometrów.

Istotna jest również prędkość w operacyjnie używanych bezzałogowych statkach powietrznych, która przeciętnie wynosi kilkanaście m/s. Przy czym samoloty i skrzydła dysponują maksymalną prędkością nawet do 100 km/h (27,8 m/s). Jednak modelarze i zawodnicy wyścigów dronowych, latający wg.

FPV (First Person View) quadrokopterami 250^*, osiągają prędkości powyżej 100km/h. Instrukcje użytkowania wskazują również maksymalną wysokość (pułap) operacyjną drona. Można osiągnąć pułap lotu do zasięgu sterowania, ale wtedy wymagana jest specjalna zgoda odpowiednich organów zarządzających ruchem lotniczym. Oczywiście osiągnięcie pułapu zależne jest od posiadanego napędu i siły nośnej. Większość BSP posiada napęd elektryczny. Akumulatory litowo – polimerowe LiPo są powszechnie wykorzystywane do zasilania BSP(MR). Samoloty, skrzydła czy helikoptery mogą być wyposażone w silniki spalinowe.

Producenci oferują bezzałogowe systemy powietrzne specjalnie przygotowane do szczególnych warunków pracy i odporne na wilgoć, które mogą wykonywać loty w deszczu lub pływać i startować z wody. Temperatury w zakresie od kilkunastu stopni poniżej zera do plus 50ºC umożliwiają pracę BSP o każdej porze roku.

Niewątpliwie istotnym elementem wyposażenia BSP są pokładowe odbiorniki pozycjonowania satelitarnego GNSS, umożliwiające precyzyjną nawigację, a wraz z zestawem czujników pozwalają na stabilizację lotu BSP, określenie miejsca startu, wyznaczenie punktów trasy lub miejsca lądowania.

Oczywiście możliwe jest pilotowanie BSP w trybie ATTI Mode (tylko stabilizacja wysokości) lub w trybie manualnym (bez stabilizacji), kiedy nie korzysta się z technik GNSS. Wielu producentów wyposaża BSP w czujniki umożliwiające wykrywanie przeszkód z przedniej, bocznej, dolnej, górnej oraz tylnej półsfery.

Ponadto wszystkie operacyjnie działające BSP posiadają funkcję powrotu do miejsca startu (RTH – Return To Home) z możliwością zaprogramowania przewyższenia (zapewnienia odpowiedniej wysokości względem przeszkody terenowej). Drugą niezbędną funkcją, zapewniającą bezpieczeństwo podczas lotów BSP, jest programowalna reakcja BSP po utracie połączenia z nadajnikiem – Fail Safe (bezusterkowy, niezawodny). Polega ona na zaprogramowaniu lotu BSP w przypadku utraty połączenia z kontrolerem przy zakłóceniach lub po przekroczeniu zasięgu połączenia radiowego. Bezpieczeństwo lotów systemów bezzałogowych zapewniają także ograniczenia i wymagania związane z rodzajem wykonywanych operacji. Podział i sposób wykonywania operacji dla poszczególnych kategorii określają odpowiednie przepisy.

20

1.4. Kategorie lotów według regulacji krajowych

Ze względu na przeznaczenie, krajowe regulacje dzielą loty BSP na: rekreacyjne i sportowe (modele) oraz inne niż rekreacyjne i sportowe (BSP). Wszystkie loty BSP zostały podzielone na operacje VLOS i BVLOS.

Natomiast załącznik nr 6 rozporządzenia wyłączającego (Rozporządzenie MTBiGM z 26marca 2013r.) [91] precyzuje zasady lotów modeli latających w celach rekreacyjnych i sportowych. Przepisy załącznika stosuje się do bezzałogowych statków powietrznych o masie startowej nie większej niż 150 kg, używanych w operacjach w zasięgu widoczności wzrokowej – VLOS (Visual Line of Sight Operation), oraz bezzałogowych statków powietrznych o masie startowej nie większej niż 2 kg, używanych w operacjach z widokiem z pierwszej osoby – FPV (First Person View), stosowanych w celach rekreacyjnych lub sportowych, zwanych dalej „modelami latającymi”.

Wykonując loty sportowe pilot jest zobowiązany do uwzględnienia: struktury i klasyfikacji przestrzeni powietrznej, ograniczeń w ruchu lotniczym, warunków meteorologicznych, bezpiecznej odległości poziomej w każdej fazie lotu od innych statków powietrznych, przeszkód, osób lub zwierząt na wypadek awarii lub utraty kontroli nad modelem latającym. Również pilot lub obserwator ma obowiązek utrzymywać kontakt wzrokowy nieuzbrojonym okiem z modelem latającym w celu zapewnienia bezpiecznej odległości od innych statków powietrznych, przeszkód, osób lub zwierząt. Przepis dopuszcza utratę kontaktu wzrokowego na krótki moment w celu kontroli parametrów lotu na stacji naziemnej (kontrolerze). Loty FPV z widokiem pierwszej osoby (waga do 2 kg) są wykonywane: do wysokości nie większej niż 50 m nad poziomem terenu, w odległości poziomej nie większej niż 200 m od pilota. Wykonywanie lotów VLOS wymaga: zachowania odległości poziomej nie mniejszej niż 100 m od zabudowy miejscowości, miast, osiedli lub od zgromadzeń osób na wolnym powietrzu oraz zachowania odległości poziomej nie mniejszej niż 30 m od osób, pojazdów, obiektów budowlanych niebędących w dyspozycji lub pod kontrolą pilota. Przedstawione warunki dotyczą lotów VLOS modelami, których masa startowa przekracza 0,6 kg. Natomiast loty modelami o masie startowej poniżej 0,6 kg należy wykonywać zachowując bezpieczną odległość (nie jest określona w metrach) od budynków, pojazdów i ludzi. Ponadto loty modelami w strukturach stałych i elastycznych przestrzeni powietrznej mogą być wykonane po spełnieniu warunków określonych przez PAŻP (Polska Agencja Żeglugi Powietrznej – PANSA Polish Air Navigation Services Agency) i wyrażeniu zgody zarządzającego strefą. Natomiast w lotach rekreacyjnych i sportowych można latać modelem w zasięgu wzroku VLOS oraz operacjach FPV sprzętem sprawnym technicznie, bez świadectwa kwalifikacji UAVO (Unmanned Aerial Vehicle Operator) i badań lotniczo – lekarskich. Jednak każdy pilot ma prawny obowiązek znać i stosować obowiązujące przepisy.

Jest odpowiedzialny za zachowanie szczególnej ostrożności i unikanie zagrożeń bezpieczeństwa ruchu lotniczego.

Zasady wykonywania lotów VLOS i FPV precyzuje załącznik nr 6a rozporządzenia wyłączającego (MTBiGM z 26marca 2013r.) [91]. Przepisy załącznika stosuje się do bezzałogowych statków powietrznych o masie startowej nie większej niż 150 kg, używanych wyłącznie w operacjach w zasięgu widoczności wzrokowej VLOS, oraz bezzałogowych statków powietrznych o masie startowej nie większej niż 2 kg, stosowanych w operacjach z widokiem z pierwszej osoby FPV, używanych w celach innych niż rekreacyjne lub sportowe. Wykonując operacje BSP w zasięgu widoczności wzrokowej VLOS lub operacje FPV pilot jest zobowiązany:

 posiadać świadectwo kwalifikacji UAVO z uprawnieniami VLOS;

 posiadać ubezpieczenie OC;

 posiadać badania lotniczo – lekarskie dla lotów BSP cięższych niż 5 kg;

 uwzględniać struktury i klasyfikację przestrzeni powietrznej;

 zachować szczególną ostrożność i nie powodować zagrożeń bezpieczeństwa;

 nie utrudniać ruchu lotniczego;

 nie zakłócać spokoju lub porządku publicznego;

 nie narazić kogokolwiek na szkodę;

 uwzględniać warunki meteorologiczne.

Także i w tym przypadku pilot lub obserwator ma obowiązek utrzymywać kontakt wzrokowy nieuzbrojonym okiem z BSP aby zapewnić bezpieczną odległość od innych statków powietrznych, przeszkód, osób lub zwierząt. Przepisy dopuszczają utratę kontaktu wzrokowego z BSP na krótki moment w celu kontroli parametrów lotu na urządzeniach naziemnych. Pilot ma także zapewnić pełną kontrolę lotu, w szczególności przez zdalne sterowanie, używając fal radiowych.

Jeśli pilot jest osobą małoletnią, loty wykonuje się pod nadzorem osoby dorosłej.

Lot wg. FPVBSP o masie startowej poniżej 2 kg jest wykonywany: do wysokości nie większej niż 50 m nad poziomem terenu, w odległości poziomej nie większej niż 200 m od pilota, w odległości poziomej nie mniejszej niż 100 m od zabudowy miejscowości, miast, osiedli lub od zgromadzeń osób na wolnym powietrzu.

Natomiast loty VLOS mogą być wykonywane przy zapewnieniu w każdej fazie lotu bezpiecznej odległości od osób, pojazdów lub innych użytkowników przestrzeni powietrznej, niebędących w dyspozycji lub pod kontrolą pilota, na wypadek awarii lub utraty kontroli nad bezzałogowym statkiem powietrznym.

Podobnie jak loty sportowe – modelarskie, operacje VLOS w strukturach stałych i elastycznych przestrzeni powietrznej mogą być wykonane po spełnieniu warunków określonych przez PAŻP i wyrażeniu zgody przez zarządzającego strefą. Wprowadzono szereg ograniczeń dotyczących lotów nad obszarami, obiektami, urządzeniami, osobami i zgromadzeniami osób na wolnym powietrzu,

22

niebędącymi w dyspozycji lub pod kontrolą pilota. Warunkiem użytkowania bezzałogowych statków powietrznych w lotach VLOS jest:

 umieszczenie na powierzchni statku powietrznego tabliczki znamionowej, zawierającej nazwę podmiotu/właściciela statku powietrznego;

 do wykonywania lotów wcześniej niż 30 minut przed wschodem słońca i później niż 30 minut po zachodzie słońca (noc) BSP należy wyposażyć w światła ostrzegawcze, zamontowane w sposób zapewniający dookólną emisję światła, widoczne z góry i z dołu;

 podmioty świadczącego usługi lotnicze powinny uwzględnić w instrukcji operacyjnej zalecenia profilaktyczne Prezesa Urzędu Lotnictwa Cywilnego, wydawane na podstawie art. 21 ust. 2 pkt 15 lit. c ustawy Prawo Lotnicze;

 BSP ma być wyposażony w odpowiednio zaprogramowany system Failsafe;

 pilot wykonujący czynności lotnicze powinien nosić kamizelkę ostrzegawczą intensywnej barwy – żółtą, czerwoną, pomarańczową lub zieloną;

 w przypadku otrzymania zgody na loty od kontroli ruchu lotniczego – ATC (Air Traffic Control), posiadanie aktywnego telefonu z numerem wskazanym w zgłoszeniu do PAŻP i gwarancja jego odbierania podczas wykonywania lotów;

 opracowanie przez podmiot lotniczy instrukcji operacyjnej (INOP).

Do wykonywania lotów operacyjnych BSP poza zasięgiem widoczności wzrokowej pilota – BVLOS (Beyond Visual Line of Sight Operation) odnosi się załącznik nr 1 do rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 20 grudnia 2018 r. poz. 94 (nazywany załącznikiem 6b) [90], które zmienia rozporządzenie wyłączające MTBiGM z dnia 26 marca 2013r. Przepisy załącznika stosuje się do bezzałogowych statków powietrznych o masie startowej nie większej niż 25 kg, używanych w operacjach poza zasięgiem widoczności wzrokowej BVLOS, wykonujących loty poza strefą wydzieloną z ogólnodostępnej dla lotnictwa przestrzeni powietrznej, o której mowa w art. 126 ust. 4 ustawy. Przepisów nie stosuje się do bezzałogowych statków powietrznych o masie startowej do 2 kg, używanych w operacjach wg. FPV. Ogólne warunki dla operacji, wykonywanych przez określone podmioty na potrzeby wykonywania różnych działań, określają rodzaje lotów BVLOS jako:

 operacyjne – wykonywane przez lotnictwo państwowe oraz służby na potrzeby działań w sytuacjach kryzysowych, na rzecz opieki zdrowotnej, poszukiwań i ratownictwa, bezpieczeństwa państwa, zagrożeń środowiska i innych;

 specjalistyczne – realizowane w ramach lub na potrzeby dozoru, monitoringu, kontroli lub ochrony obiektów, obszarów, osób i mienia, działań geodezyjnych, celów badawczych i innych;

 automatyczne – prowadzone w celach dozoru, monitoringu, kontroli lub ochrony, działań agrolotniczych, dostaw medycznych, lotów badawczych i innych;

 szkoleniowe – realizowane przez ośrodki szkoleniowe, wpisane do rejestru podmiotów szkolących ULC w ramach działalności szkoleniowej, w celu uzyskania świadectwa kwalifikacji operatora bezzałogowego statku powietrznego (UAVO).

Dla powyżej przedstawionych typów lotów konieczna jest zgoda Prezesa ULC. Loty mogą się odbyć po opublikowaniu przez instytucję zapewniającą służby ruchu lotniczego (PAŻP) informacji o planowanych i realizowanych lotach BVLOS, co najmniej dwa dni przed wykonaniem lotów. Informacja powinna zawierać: trasę lub obszar, wysokość lotu mierzoną względem średniego poziomu morza (AMSL – Above Medium Sea Level), czas oraz znaki rozpoznawcze BSP. Przepływ informacji pomiędzy instytucją zapewniającą służby ruchu lotniczego (PAŻP) a podmiotem lotniczym wykonującym loty BVLOS następuje za pośrednictwem systemu teleinformatycznego lub środków komunikacji elektronicznej. Aby wykonywać loty BVLOS muszą być spełnione następujące warunki:

 pilot musi posiadać świadectwo kwalifikacji UAVO z uprawnieniami BVLOS, ubezpieczenie OC i aktualne badania lotniczo – lekarskie, instrukcję operacyjną oraz zgodę prezesa ULC na wykonywanie lotów BVLOS;

 wpisany do ewidencji i posiadający znaki rozpoznawcze BSP powinien być wyposażony w:

urządzenia lub systemy umożliwiające:

- zachowanie założonych parametrów lotu;

- bieżące monitorowanie toru lotu, prędkości, wysokości lotu za pomocą wysokościomierza barometrycznego, stopnia naładowania akumulatorów zasilających lub stopnia zużycia paliwa, jakości i mocy sygnału łączności pomiędzy nadajnikiem TX(Transmitter) i odbiornikiem RX (Receiver);

lokalizację podstawową – określenie bieżącego położenia, prędkości, wysokości i kierunku lotu BSP celem przekazania tych danych do instytucji zapewniającej służbę ruchu lotniczego za pośrednictwem systemu teleinformatycznego lub telefonicznie na żądanie organu ATS;

lokalizację awaryjną – określenie przez pilota bieżącego położenia BSP w przypadku bezpowrotnej utraty możliwości sterowania tym statkiem lub występowania przerw w łączności pomiędzy stacją zdalnego sterowania bezzałogowego statku powietrznego a tym statkiem;

automatyczne wykonanie procedury awaryjnej przez lądowanie awaryjne, kontynuowanie lotu po zaprogramowanej trasie albo dolot do zaprogramowanego przed lotem miejsca;

24

urządzenie do rejestrowanie parametrów lotu od momentu uruchomienia systemu sterowania bezzałogowego statku powietrznego do momentu wyłączenia tego systemu;

kamerę pozwalającą na obserwację otoczenia BSP.

 w lotach operacyjnych, specjalistycznych i szkoleniowych obowiązkiem pilota jest noszenie kamizelki ostrzegawczej lub oznaczenie w sposób widoczny miejsca jego przebywania;

 istnieje obowiązek poinformowania instytucji zapewniającej służbę ruchu lotniczego o zamiarze wykonania lotu co najmniej 7 dni przed dniem wykonania lotu, a następnie uwzględnienie zwrotnych uwag w zakresie trasy i obszaru;

 loty operacyjne, specjalistyczne lub szkoleniowe mogą być wykonane do wysokości 120 m nad poziomem terenu, z prędkością do 150 km/h;

 loty automatyczne należy wykonywać do wysokości 50 m nad poziomem terenu lub do wysokości 50 m nad najwyższą przeszkodą w promieniu 100 m od miejsca wykonywania lotu. Na loty z prędkością do 150 km/h w odległości poziomej do 100 m od zabudowy miejscowości, miast lub osiedli zgodę i warunki wydają władze lokalne;

 loty szkoleniowe można wykonywać w odległości poziomej ponad 150 m od osiedli i innych skupisk ludności oraz w odległości poziomej do 500 m od pilota wykonującego lot;

 wszystkim lotom należy zapewnić pełną kontrolę oraz zachować bezpieczną odległości od innych statków powietrznych, przeszkód, osób lub zwierząt, uwzględniając przy tym warunki meteorologiczne oraz informacje o ograniczeniach w ruchu lotniczym;

 nie ma możliwości wykonywania lotów BVLOS w celach rekreacyjnych lub sportowych przez osoby nie posiadające stosownych uprawnień.

Operacje poza zasięgiem widoczności wzrokowej BVLOS w poszczególnych strefach przestrzeni powietrznej mogą być wykonane po spełnieniu warunków określonych przez PAŻP i/lub wyrażeniu zgody przez zarządzającego strefą. Regulacje krajowe dzielą operacje bezzałogowych statków powietrznych ze względu na przeznaczenie (sport/rekreacja, inne), rodzaj (z widzialnością BSP lub bez) i kategorie wagowe MTOM (rysunek 1.3.).

Rys. 1.3. Podział operacji lotniczych BSP ze względu na rodzaj, MTOM i wymagania stawiane do ich realizacji. Stan prawny – styczeń 2020 r.

Źródło: opracowanie własne

1.5. Operacje systemów bezzałogowych w regulacjach europejskich Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) [88,92,96,97]

wprowadzają zmiany w zasadach użytkowania bezzałogowych systemów latających, mające na celu ujednolicenie reguł dotyczących operacji bezzałogowych statków powietrznych we wszystkich krajach członkowskich.

Zmiany są zbieżne z koncepcją U–space^* oraz światową tendencją

26

bezpiecznego rozwoju i integracji BSP z lotnictwem załogowym. Celem tych regulacji jest poprawa bezpieczeństwa poprzez proporcjonalne zwiększanie wymagań dotyczących systemów i procedur w miarę wzrostu poziomu ryzyka prowadzonych operacji. Do najważniejszych aktów prawnych zalicza się:

 Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/1139 z dnia 4 lipca 2018r. w sprawie wspólnych zasad w dziedzinie lotnictwa cywilnego;

 Rozporządzenie Delegowane Komisji (UE) 2019/945 z dnia 12 marca 2019 r. w sprawie bezzałogowych systemów powietrznych oraz operatorów bezzałogowych systemów powietrznych z państw trzecich;

 Rozporządzenie Wykonawcze Komisji (UE) 2019/947 z dnia 24 maja 2019 r.

w sprawie przepisów i procedur dotyczących eksploatacji bezzałogowych statków powietrznych;

 Rozporządzenie Wykonawcze Komisji (UE) 2020/639 z dnia 12 maja 2020 r.

zmieniające rozporządzenie wykonawcze (UE) 2019/947 w odniesieniu do scenariuszy standardowych dla operacji wykonywanych w zasięgu widoczności wzrokowej lub poza zasięgiem widoczności wzrokowej;

 Rozporządzenie Delegowane Komisji (UE) 2020/1058 z dnia 27 kwietnia 2020 r. zmieniające rozporządzenie delegowane (UE) 2019/945 w odniesieniu do wprowadzenia dwóch nowych klas systemów bezzałogowych statków powietrznych.

Jest sprawą wiadomą, że termin wejścia w życie powyższych przepisów zakłada również planowane okresy przejściowe i terminy stosowania:

 Rozporządzenie Komisji (UE) 2019/945 – wejście w życie 1 lipca 2019 r., stosowanie od dnia 1 stycznia 2021;

 Rozporządzenie Komisji (UE) 2019/947 – wejście w życie od 1 stycznia 2021 r., przy czym konwersja świadectw kwalifikacji – do 1 lipca 2021 r., a wyznaczenie stref geograficznych – stosowanie przepisu od 1 lipca 2021 r.

Rozporządzenie Komisji (UE) 2019/947 wprowadza strefy geograficzne dla bezzałogowych systemów powietrznych, czyli określa część przestrzeni powietrznej wyznaczoną przez właściwy organ, która ułatwia, ogranicza lub wyklucza operacje z użyciem bezzałogowych systemów powietrznych, po to by wyeliminować zagrożenia związane z bezpieczeństwem, prywatnością, ochroną danych osobowych lub ochroną środowiska, wynikające z operacji z użyciem tych systemów (art.15 rozporządzenia 2019/947). W strefie loty BSP mają status: dozwolone, dozwolone pod pewnymi warunkami, dozwolone tylko dla niektórych klas BSP lub posiadających odpowiednie funkcje czy też zakazane.

projektowanych w celu wsparcia bezpieczeństwa, efektywności i bezpiecznego dostępu do przestrzeni powietrznej dla dużej ilości BSP, przygotowane przez organizację SESAR JU.

Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) w sprawie bezzałogowych systemów powietrznych, operatorów oraz przepisów i procedur dotyczących eksploatacji bezzałogowych statków powietrznych tworzą zamknięty system regulacji, zwiększający poziom bezpieczeństwa. System przypomina piramidę (rysunek 1.4.), do której wierzchołka rośnie ryzyko wraz z wymaganiami, mającymi redukować rosnące zagrożenia. Powiększające się wymagania dotyczą czterech składowych aktywności lotniczej: sprzętu (BSP), rodzajów operacji, operatorów (organizacja) i pilotów (kwalifikacje).

Rys. 1.4. Piramida systemu ryzyko/wymagania Źródło: opracowanie własne

Rozporządzenie Komisji (UE) 2019/945 zawiera podział systemów bezzałogowych na klasy i ich opis. Systemy powietrzne przeznaczone są do eksploatacji zgodnie z zasadami i warunkami, mającymi zastosowanie do operacji w ramach kategorii otwartej, oraz do lotów zgodnie ze scenariuszami standardowymi (STS). Wyszczególnione w rozporządzeniu wytyczne obowiązują producentów i użytkowników. Dzielą systemy na sześć klas od C0 do C6 (Class 0 – Class 6). Każdy BSP musi mieć etykietę identyfikacyjną klasy, zawartej na rysunku 1.5. Klasom przypisano szczegółowe parametry. Zróżnicowano i ograniczono MTOM, maksymalną prędkość, maksymalną wysokość lotu czy maksymalne napięcie zasilania (dla napędu elektrycznego). Wymogi dla poszczególnych klas dotyczą głównie parametrów technicznych i wyposażenia.

Parametry te muszą być stosowane dla podkategorii A1, A2 i A3 otwartej kategorii lotów, zgodnie z rozporządzeniem 947/2019. Tabela 1.1. przedstawia wymogi dla klas bezzałogowych systemów powietrznych – SBSP w zakresie od CO do C4. EASA ustanowiła dwie dodatkowe klasy BSP C5 i C6. Klasy te odnoszą się do scenariuszy standardowych STS–01 i STS–02. Scenariusze dotyczą odpowiednio lotów VLOS i BVLOS. Jest to koncepcja standaryzacji warunków, dla których operacje w kategorii szczególnej zwolnione są z obowiązku uzyskania zezwolenia wydawanego przez rządowy organ lotnictwa cywilnego – NAA (National Aviation Authority) na rzecz złożenia deklaracji, składanej przez operatora, o zachowaniu wymagań zawartych w danym STS. W Rozporządzeniu Komisji (UE) 2019/945 i nowelizacji 2020/1058 zaproponowano dwie nowe części, w tym wymogi techniczne, dotyczące eksploatacji BSP w STS.

Ustanowiono dwie nowe klasy BSP – C5 i C6 [24]. Ważniejsze wymagania dotyczące bezzałogowych systemów powietrznych klasy C5 i akcesoriów C5:

28

 BSP może być wiropłatem lub statkiem powietrznym na uwięzi innym niż samolot stacjonarny;

 posiadanie funkcji „świadomości przestrzennej”;

 przekazywanie informacji o wysokości BSP nad powierzchnią lub punktem startu;

 posiadanie trybu niskiej prędkości, wybieranego zdalnie przez pilota i ograniczającego prędkość naziemną do nie więcej niż 5 m/s;

 posiadanie możliwości zdalnego zakończenia lotu;

 zapewnienie pilotowi środków do ciągłego monitorowania siły sygnału łącza dowodzenia i kontroli, odbierania powiadomienia z UAS, gdy prawdopodobne jest, że sygnał zostanie utracony oraz kolejnego alarmu, gdy sygnał zaniknie.

Rys. 1.5. Etykiety identyfikacyjne klas BSP Źródło: EASA

Tab. 1.1. Klasy SBSP od C0 do C4 zgodnie z rozporządzeniem 2019/945 (UE) Źródło: opracowanie własne na podstawie Rozporządzenia Delegowanego Komisji (UE) 2019/945 z dnia 12 marca 2019 r. w sprawie bezzałogowych systemów powietrznych oraz operatorów bezzałogowych systemów powietrznych z państw trzecich

CO C1 C2 C3 C4

1

Instrukcja użytkownika i nota informacyjna dla użytkownika, opis rodzajów ryzyka

x x x x x

2 Bezpieczna kontrola i

manewrowanie x x x x x

3 Kontrola stabilności, zwrotności

i transmisji danych x x x x x

4 Możliwości lotów

automatycznych x x x x *

5 Wytrzymałość mechaniczna na

uszkodzenia i deformacje x x x

6 Zarządzanie utratą łącza x x x

7 System jednoznacznej zdalnej

identyfikacji x x x

8 System świadomości

przestrzennej x x x

9 Niepowtarzalny numer seryjny x x x

KLASY BEZZAŁOGOWYCH SYSTEMÓW POWIETRZNYCH WYMOGI DLA BSP

Ciąg dalszy tabeli 1.1.

CO C1 C2 C3 C4

10 Ostrzeganie o rozładowaniu

akumulatora x x x

11 Oświetlenie x x x

12 Gwarantowany poziom mocy

akustycznej x x x

13 Ograniczenie możliwych obrażeń x x x

14 Tryb ograniczenia prędkości x

DOPUSZCZALNE WIELKOŚCI

15 MTOM ≤ 250 g ** ≤ 900 g ≤ 4 kg ≤ 25 kg ≤ 25 kg

16 V max ≤ 19 m/s ≤ 19 m/s * * * * * * * * *

17 Zasilanie V max ≤ 24 V (DC) ≤ 24 V (DC) ≤ 48 V (CD) ≤ 48 V (CD)

18 H max ≤ 120 m ≤ 120 m ≤ 120 m ≤ 120 m ≤ 120 m

19 Podążanie za stacją bazową ≤ 50 m ≤ 50 m

20 Wielkość BSP ≤ 3 m

przepis nie określa

* zakaz lotów automatycznych, * * w przypadku zderzenia z prędkością końcową z ludzką głową energia przenoszona na głowę będzie mniejsza niż 80 J, lub ewentualnie jego MTOM, * * * nie okreslono limitu z

WYMOGI DLA BSP

SBSP klasy C5 może składać się z BSP klasy C3 wyposażonej w akcesoria zapewniające przekształcenie w BSP klasy C5. W takim przypadku na akcesoriach umieszczona jest etykieta klasy C5. Akcesoria powinny być łatwe do zainstalowania przez operatora w BSP klasy C3, zgodnie z instrukcjami dostarczonymi przez producenta akcesoriów. BSP nie może działać, gdy jeden element zestawu nie jest prawidłowo zainstalowany. Wymagania dotyczące bezzałogowego statku powietrznego klasy C6 są zgodne w swej większości z C5, a kilka istotnych różnic dotyczy:

 BSP musi mieć maksymalną prędkość naziemną w locie poziomym nie większą niż 50 m/s;

 zapewnienia środków zapobiegających przekroczeniu przez BSP poziomych i pionowych limitów programowalnej przestrzeni lotu;

 BSP musi posiadać funkcje ograniczające jego dostęp do niektórych obszarów lub przestrzeni powietrznych.

Podział operacji BSP na trzy kategorie zawiera rozporządzenie Komisji (UE) 2019/947. Operacje z użyciem bezzałogowego systemu powietrznego wykonuje się w kategorii „otwartej”, „szczególnej” lub „certyfikowanej”, z zastrzeżeniem, że operacje wykonywane z użyciem bezzałogowego systemu powietrznego w kategorii:

 otwartej nie wymagają uzyskania uprzedniego zezwolenia na operację ani złożenia przez operatora bezzałogowego systemu powietrznego oświadczenia o operacji przed jej rozpoczęciem. Kategoria ta została dodatkowo podzielona na trzy podkategorie A1, A2 i A3, a przedstawia to rysunek 1.6.

30

 szczególnej wymagają uzyskania zezwolenia na operację, wydanego przez właściwy organ, lub złożenia oświadczenia przez operatora bezzałogowego systemu powietrznego.

 certyfikowanej wymagają certyfikacji bezzałogowego systemu powietrznego na podstawie rozporządzenia delegowanego (UE) 2019/945 i certyfikacji operatora oraz, w stosownych przypadkach, uzyskania licencji przez pilota bezzałogowego statku powietrznego.

KATEGORIA OTWARTA bez zgody ULC, limit wysokości i odległości, VLOS, szkolenie pilota

online, dla A2 egzamin

W Y M A G A N I A R

Y Z Y K O

W Y S O K I EŚ R E D N I E

N I S K I E

LOTY nad zgromadzeniami

przewóz osób i materiałów niebezpiecznych

Po przekroczeniu jednego z ograniczeń dla

kategorii OTWARTEJ Kategoria OTWARTA

Podkategorie A1, A2, A3

Kategoria CERTYFIKOWANA

Kategoria SZCZEGÓLNA

KATEGORIA SZCZEGÓLNA - zgoda ULC po analizie ryzyka, certyfikat LUC, oświadczenie dla

scenariusza standardowego,

kwalifikacje pilotów

KATEGORIA CERTYFIKOWANA

- certyfikowany sprzęt i personel,

jeżeli ULC po ocenie ryzyka uzna, że należy ograniczyć ryzyko przez certyfikację BSP, operatora i

licencję pilota A1

loty nad ludźmi klasa BSP

C0 do 250 g C1 do 900 g

A2

loty blisko ludzi klasa BSP

C2 do 4 kg

A3 loty z dala od

ludzi klasa C2, C3 i C4

lub BSP budowane samodzielnie

(do 25 kg)

Rys. 1.6. Schemat podziału na kategorie operacji BSP Źródło: opracowanie własne

Operacje bezzałogowych statków powietrznych w kategorii otwartej, realizowane zgodnie z jej wymaganiami, nie potrzebują zgody władzy lotniczej na wykonanie lotów. Jeżeli jedno z ograniczeń dla kategorii otwartej ma zostać przekroczone w planowanym locie to operacja jest sklasyfikowana jako szczególna i wymaga analizy ryzyka. Na podstawie przeprowadzonej analizy i sposobów redukcji ryzyka władza lotnicza udziela zgodę na wykonywanie lotów. Procedura jest uproszczona w przypadku scenariuszy standardowych i Certyfikatu Operatora Lekkiego Bezzałogowego Systemu Powietrznego – LUC (Light UAS Operator Certificate). W części A załącznika do rozporządzenia operacje kategorii otwartej podzielono na trzy podkategorie: A1, A2, A3.

Podziału na podkategorie dokonano w oparciu o ograniczenia operacyjne, wymogi, jakim podlegają piloci bezzałogowych statków powietrznych, oraz wymogi techniczne, dotyczące bezzałogowych systemów powietrznych, które przedstawiono w tabeli 1.2.