Em um aeroporto movimentado, cada aeronave na área compartilha apenas algumas poucas frequências de rádio. Espectro e tempo são limitados e, se várias pessoas falarem ao mesmo tempo, ambas as mensagens podem se perder. Comunicações como “clearance delivery” (entrega de autorização), que exigem transmissões longas e confirmações de leitura, são desafiadoras em áreas de alto tráfego, especialmente quando o clima ou outros fatores exigem que muitas aeronaves se comuniquem com os controladores ao mesmo tempo. Tornar o processo digital libera esse canal para chamadas urgentes e sensíveis ao tempo, entre outras coisas. E é uma prática atual em alguns aeroportos: os pilotos podem confirmar autorizações com o toque de um botão, a resposta vai diretamente para a tela do controlador e as informações atualizadas carregam no sistema de gerenciamento de voo.
Will Cummings-Grande, engenheiro aeroespacial do Systems Analysis and Concepts Directorate, sediado no NASA Langley Research Center, está liderando um trabalho técnico que se concentra na Communications Architecture and Performance for Digital Clearance (Arquitetura e Desempenho de Comunicações para Autorização Digital) no projeto de Air Traffic Management and Safety (ATMS) da NASA. Ele pesquisa a próxima camada de autorização digital, estendendo a mesma lógica para instruções de táxi no solo, de modo que o momento do pushback, o roteamento e as atribuições de pista também possam chegar digitalmente, em vez de via rádio.
Ele buscou o conhecimento mais atual e “de chão” sobre como a entrega de autorizações digitais funciona na prática — não em um artigo de pesquisa, mas em uma torre real, com sistemas reais, e com as pessoas que os operam todos os dias. A Federal Aviation Administration (FAA) ofereceu o treinamento que ele queria para controladores de tráfego aéreo, então ele entrou em contato com a FAA Academy “na esperança e na oração” de que aceitassem sua matrícula como aluno.
E no início de abril, Cummings-Grande viajou ao Mike Monroney Aeronautical Center (MMAC), em Oklahoma City, para concluir o treinamento de Tower Data Link Services (TDLS) Application Specialist — o mesmo curso prático de dois dias exigido de controladores em atividade nos 72 aeroportos dos EUA que atualmente têm capacidade de entrega de autorização digital.
Na sala de aula
Cumming-Grande acompanhou um controlador em exercício, revezando-se no terminal durante as pausas para que ambos tivessem tempo no sistema. Seus colegas eram application specialists de Seattle, Sacramento, San Jose e Fort Lauderdale — todos controladores com empregos diários gerenciando espaço aéreo de alto tráfego — que estavam ali para se tornarem os mantenedores designados do sistema em seus aeroportos de origem. Durante as pausas, Cummings-Grande teve um “luxo”: tempo para testar. “Eu pude apresentar algumas ideias e conceitos para controladores que estão lá interagindo com o TDLS e com todas as ferramentas que ele toca no sistema atual”, disse ele. “Foi ótimo ter os dois lados — o que o controlador em treinamento recebe e o que eu recebo como pesquisador — meio que reunidos na mesma experiência.”
A FAA Academy também o conectou aos engenheiros de sistemas responsáveis por desenvolver, testar e implementar novas versões de hardware e software do TDLS, e organizou uma visita à torre de OKC para observar o sistema em operação ao vivo.
O que ele encontrou
O TDLS roda em software totalmente isolado, com “air gap”, completamente separado dos sistemas operacionais padrão — um projeto deliberado de cibersegurança que tornou a experiência prática reveladora de maneiras que um artigo de pesquisa não conseguiria reproduzir. “Interagir com o sistema foi muito esclarecedor sobre o quanto esses sistemas são diferentes de outros computadores com os quais normalmente interagimos”, disse ele.
A descoberta mais significativa veio do próprio currículo. Ao revisar a arquitetura do sistema da FAA durante o treinamento, Cummings-Grande notou algo que ele não sabia que deveria procurar: uma ligação entre o TDLS e o Terminal Flight Data Manager (TFDM), que ainda não existe em operação. Essa lacuna agora está no centro das perguntas de sua pesquisa. “Eu não percebi que estava faltando essa peça até fazer este curso”, disse ele.
Construindo sobre duas décadas de trabalho
A pesquisa que Cummings-Grande está conduzindo se conecta a uma longa linha de trabalhos da NASA sobre segurança em solo e comunicações digitais, incluindo o programa Terminal Area Productivity, o projeto Surface Operation Automation Research (SOAR), o projeto Low Visibility Landing and Surface Operations (LVLASO) e estudos de Surface Trajectory Based Operations (STBO). Esses esforços começaram em meados da década de 1990 para informar o FAA NextGen e demonstraram autorizações digitais de táxi em uma série de simulações em várias instalações e, por fim, em testes de voo no Aeroporto de Atlanta. Esses resultados mostraram reduções relevantes de carga de trabalho, mas ainda não havia um caso claro de custo-benefício, e a tecnologia não estava pronta para ser implantada na frota nem nas instalações.
O que mudou, na visão de Cummings-Grande, é a convergência de novos investimentos em infraestrutura, incluindo a implantação de sistemas derivados de tecnologias do Airspace Technology Demonstration (ATD-2), como o Spot and Runway Departure Advisor e a Precision Departure Release Capability por meio do TFDM, junto com um renovado interesse da indústria, com um parceiro do lado das aeronaves. “Nós temos todo esse trabalho de casa que as pessoas vêm fazendo nos últimos 20-30 anos”, disse ele. “Podemos aproveitar o interesse renovado da FAA e da indústria para habilitar essa melhoria de segurança?”
A estimativa de prazo dele para um sistema totalmente implementado fica em algum lugar entre cinco e dez anos. E o retorno, ele diz, será tangível para qualquer pessoa que voe. “Isso significa que seu voo será mais seguro do que nunca, e que seus pilotos estarão focados nas coisas certas durante o táxi. Em vez de depender de os pilotos anotarem corretamente sua autorização de táxi ou de estarem familiarizados com o aeroporto, o avião vai saber e poderá checar novamente o que o piloto está fazendo.”
Um caso para parceria
Cummings-Grande não tem conhecimento de outro pesquisador da NASA que tenha feito este curso da FAA, e ele acredita que o modelo vale a pena ser repetido. Ele apontou o terminal procedures design (TERPS) como outra área em que o treinamento da FAA Academy poderia beneficiar pesquisadores que trabalham com urban air mobility e integração de pequenos UAS. “Sempre que alguém precisa fazer um mergulho profundo em um dos sistemas — entendendo o estado atual da prática, aqui estão os botões que você aperta para fazer isso acontecer — eu acho que seria ótimo ter uma parceria contínua com a FAA Academy e tornar isso possível.”
A equipe da FAA Academy, segundo todos os relatos, foi uma parceira disposta.
Cummings-Grande estende agradecimentos especiais ao Eric Gandrud e à Carol Raiford, da FAA.
[Referência terminológica: mission=missão, spectrum=espectro, missions=missões, landing=pouso]