Jaro’s Techno-Ecke 7 - Free Flight Ein Artikel von Hans-Georg Michna im Münchner Mensa-Magazin vom Juni ‘96 über das "FreeFlight" System hat mich aus meiner Sommer-Lethargie aufgerüttelt und zu dieser Techno-Ecke angestiftet. Für all’ die, die den Artikel nicht gelesen haben, in Kurzform: Das FreeFlight System soll die Kontrolle des Luftverkehrs mit Hilfe moderner Technologien effizienter gestalten, um eine intensivere Nutzung des Luftraumes zu ermöglichen. Ein normaler Flug nach Instrumentenflugregeln (IFR), das sind de facto fast alle kommerziellen Flüge, erfolgt z.Zt. nach ziemlich festen Verfahren unter ständiger Aufsicht und Weisung von Fluglotsen (Controllern). Die beabsichtigte Strecke wird anhand von Flugkarten geplant, bei den Controllern angemeldet (Flugplan) und ist die Grundlage der Flugdurchführung. Die Strecke verläuft dabei normalerweise auf vorgegebenen "Luftstraßen". Vom losrollen vor dem Terminal, bis zum Stillstand der Räder am Zielort wird das Flugzeug von den Controllern beobachtet und geleitet. Im übelsten Fall sind auf einem einfachen Deutschlandflug nacheinander neun verschiedene Controller zuständig: Rollen zum Start (GROUND), Erteilung der Freigabe (DELIVERY), Start (TOWER), Abflug (DEPARTURE oder APPROACH), Streckenflug (CONTROL oder RADAR), Anflug (APPROACH oder ARRIVAL), Endanflug (DIRECTOR oder PRECISION), Landung (TOWER), Rollen zum Terminal (GROUND). Neben der offensichtlichen Sortierfunktion bei Rollen, Start und Landung ist eine der wichtigsten Aufgaben die Sicherstellung von Kollisionsfreiheit auf dem Streckenflug. Dazu müssen die Controller die verschieden schnellen Flugzeuge so staffeln, daß einige Mindestabstände eingehalten werden (Horizontal 2 Minuten, vertikal je nach Flughöhe 1000 Fuß = 300m bzw. 2000 Fuß). Zur Überwachung stehen einem Controller im Prinzip vier Möglichkeiten zur Verfügung: 1. Der Flugplan beschreibt theoretisch den Aufenthaltsort des Flugzeugs, sofern der Pilot sich dran hält und der Controller keine Abweichungen anordnet. 2. Positionsmeldungen des Piloten sind normalerweise bezogen auf Funknavigationsanlagen (VOR, DME, NDB, TACAN), im Stil von "7 Meilen (= 12,6 km), Peilung 264 Grad, VOR Nörvenich". Solche Meldungen sind sehr genau, werden aber auf Strecke selten genutzt, da dafür zuviel geredet werden muß. 3. Primärradar (Surveillance Radar, SR) ist wohl weithin bekannt. Die Idee ist, daß eine Antenne elektromagnetische Wellen in den Himmel strahlt. Die Wellen werden an der Hülle des Flugzeugs reflektiert und gelangen zurück zur Antenne. Dort kann aus dem Vergleich von gesendetem und empfangenem Signal Position, Entfernung und Höhe des Flugzeugs bestimmt werden. Je nach Radargerät sind Genauigkeiten bis unter einen Meter möglich; die richtig guten Geräte erlauben sogar eine grobe Bestimmung des Flugzeugmusters (was für die zivile Luftfahrt uninteressant ist). Exkurs: Genutzt wird dabei die Information über die Fläche des Flugzeugs an der das Radarsignal reflektiert wird (Radar Cross Section). Bei jedem Flugzeugtyp sieht diese etwas anders aus. Mit solchem Wissen kann man daran gehen, Flugzeuge für Radar unsichtbar zu machen, so wie die berühmten amerikanischen "Tarnkappenflugzeuge" (Stealth Bomber). Diese nutzen zwei Tricks: Erstens ist die Außenhaut des Bombers aus einem Material das Radarwellen in hohem Maße schluckt, also fast nichts reflektiert. Zum zweiten sind die Außenflächen derart angeordnet, daß immer nur eine sehr kleine Fläche so zum Radar ausgerichtet ist, daß sie einen Strahl in die richtige Richtung reflektiert. Das Prinzip kann man sich an einer Discokugel vorstellen. Wird diese von einer Lampe angeleuchtet, wird das Licht durch die Facetten in alle möglichen Richtungen reflektiert. Aber nur eine einzige kleine Facette reflektiert das Licht zurück zur Quelle. Exkurs Ende. Über die ganze Welt sind Radarstationen verteilt und in Netzwerken (in Europa z.B. RADNET) verbunden. Die Radarsignale werden von Computern aufbereitet. Dies geschieht zum Teil zentral in den Rechnern von Eurocontrol (Brüssel und Maastricht) bzw. der Deutschen Flugsicherung (DFS, Offenbach). Das wichtigste ist es, Radarechos (Plots), die im zeitlichen Ablauf offensichtlich zusammengehören, zu identifizieren und dem Controller als Symbol für ein Flugzeug (Track) mit allen dazugehörigen Daten (Höhe, Geschwindigkeit, etc.) auf seinem Display zu präsentieren. Auch diese Informationen werden über Netzwerke (in Europa z.B. ASTERIX) an alle angeschlossenen Flugplätze und Kontrollstellen verteilt. 4. Sekundärradar (Secondary Surveillance Radar, SSR) ist ein 1960 eingeführtes, aktives System. Wird das Flugzeug von einem solchen Radar angeleuchtet, erkennt dies ein eingebautes Gerät, der sogenannte Transponder (Squawk, SIF, IFF). Dieser sendet dann einen vom Piloten eingegebenen Code zurück, der am Controller-Display an der Stelle des Flugzeugsymbols angezeigt wird. Dadurch, daß jedes Flugzeug vom Controller einen eindeutigen Code zugewiesen bekommt, ist die Identifizierung recht einfach. Es existieren zur Zeit fünf Transpondersysteme (Mode 1, 2, 3A, 4, C), wovon aber nur Mode 3A (vierstelliger Code) und C (Höhenausstrahlung) im zivilen Bereich genutzt werden. Ein sechstes System, Mode S (aktive Positionsausstrahlung), ist in der Einführung. Übrigens: Es gibt ein paar vordefinierte Codes; so steht z.B. 7500 für eine Flugzeugentführung. Mit Hilfe der obigen Mittel (und trickreicher Software) gewinnt der Controller sein Luftbild und leitet die Flugzeuge so, daß der vorhandene und speziell in Europa stark limitierte Luftraum sicher und effizient genutzt wird. Was für ein Streß das sein kann, läßt sich schön in Arthur Haileys "Airport" nachlesen (der Film bringt diese Beschreibung nicht). Aktuell existieren zwei Projekte für Air Traffic Management (ATM) Systeme, die das etablierte System ablösen sollen. Die Grundidee ist, daß die Flugzeuge (bzw. die Piloten) anhand von Daten die sie vom Boden zugesandt bekommen, ihren Weg selber bestimmen und dadurch die Controller entlasten. Das amerikanische FreeFlight Konzept sieht so aus: Jedes Flugzeug besitzt ein GPS (Global Positioning System) Gerät zur Bestimmung seiner eigenen Position. Diese Position sendet es an eine Bodenstelle. Diese Bodenstelle sammelt alle empfangenen Positionsmeldungen und strahlt sie als Broadcast wieder aus (ADS-B, Automatic Dependent Surveillance Broadcast). Damit kann jedes Flugzeug die Position jedes anderen Flugzeuges erfahren. Da GPS genauer sein kann als Radar und die Positionsmeldungen alle 0.5 Sekunden ausgestrahlt werden, während ein Radarupdate ca. 10 bis 15 Sekunden braucht, kann man ein wesentlich genaueres Luftbild erhalten. Man erwartet im Flugplatzbereich auf eine horizontale Separation der Flugzeuge von 800 bis 1200 Meter gehen zu können! Mit den empfangenen Daten kann ein Pilot sein Flugzeug nun so steuern, wie er es für richtig hält. Insbesondere kann er Kurs, Höhe und Geschwindigkeit selber wählen. Selbstverständlich soll es dazu Computersysteme geben, die die Luftlage auswerten und dem Piloten Vorschläge machen. Die Controller müßten nur noch in wenigen Fällen, wie z.B. der Landephase, Konfliktsituationen die im Flugzeug nicht mehr auflösbar sind, Search-And-Rescue (SAR), Prioritätsbehandlung (Krankentransporte, VIP-Flüge) etc. eingreifen. Das europäische PHARE (Program for Harmonized Air Traffic Management Research in Eurocontrol), mit ca. 123 Mio. $ Volumen, verwendet einen ähnlichen Ansatz der auch schon erfolgreich praktisch getestet wurde. Dabei darf der Pilot nicht einfach losfliegen, sondern beantragt (auf elektronischem Wege) beim Controller einen Flugweg für die nächsten 20-30 Minuten Flugzeit. Wird dieser genehmigt (ebenfalls elektronisch) fliegt der Pilot los und der Controller hat das Flugzeug für diese Zeit vom Hals. Bei Konfliktsituationen errechnet der Computer des Controllers basierend auf der Luftlage, dem Wetter und den Leistungsdaten des Flugzeuges Vorschläge, die elektronisch mit dem Bordcomputer verhandelt werden bis eine akzeptable Lösung gefunden wurde. PHARE soll bis zum Jahr 2015 operationell sein; einem Zeitpunkt an dem sich nach aktuellen Schätzungen das Luftverkehrsaufkommen verdoppelt hat. Persönlich ist mir PHARE deutlich sympathischer, da der Controller seiner Funktion nicht enthoben ist und durch den Überblick über die Luftlage Konflikte viel besser erkennen und beheben kann als ein Pilot. Der soll ja neben Computer spielen auch noch ein Flugzeug fliegen. Auch wenn viele Leute Controller gerne abschaffen möchten, bin ich als Pilot immer wieder froh dieses Sicherheitsfeature weiterhin zu haben. Insbesondere habe ich (als Informatiker und Entwickler von ATM-Systemen) meine Zweifel, ob wir uns ausschließlich auf die Empfehlungen irgendwelcher hochkomplexer Softwarepakete verlassen sollten. Denn im Gegensatz zu den meisten normalen EDV-Anwendungen bedeutet ein Fehler in diesem Fall vielleicht den Verlust von Menschenleben. Zum Abschluß noch mein liebster Controller-Witz: Pilot: Please give me a rough estimate for landing time Controller: Tuesday JARO