Der digitale Himmel

Jeden Abend zwischen 23:30 Uhr und 2:30 Uhr treffen fast fensterlose Jets mit markanten braunen Leitwerken auf Louisville, KY, zusammen. Nacheinander landen etwa 90 Flugzeuge der United Parcel Service-Flotte auf dem Distributionsdrehkreuz des Unternehmens, das den Flughafen Louisville flankiert, stoßen rund 600.000 Pakete aus, laden um und fliegen wieder in den Himmel. Das System ist bemerkenswert effizient und hat dazu beigetragen, UPS als neuntgrößte Fluggesellschaft des Landes zu behaupten.

Aber da das Paketzustellgeschäft expandiert und der Mitternachtshimmel über Louisville immer dichter wird, setzt UPS auf neue Technologien, um Ankünfte und Abflüge zu komprimieren. In einem radikalen Experiment, das einen Ausblick in die Zukunft der Flugsicherung geben könnte, setzt UPS auf neue satellitengestützte Systeme, in der Hoffnung, sich von herkömmlichen Radartechnologien zu entwöhnen. Mit den neuen digitalen Tools würden Piloten auf Cockpit-Displays blicken, die ihre genaue Position, die Positionen anderer UPS-Flugzeuge und eine Karte des Flughafens und seiner Start- und Landebahnen anzeigen – eine Anzeige, die durch eine Kombination aus Satellitenpositionierungstechnologie und digitalen Datenverbindungen zwischen den Flugzeugen ermöglicht wird. Fluglotsen würden die Show immer noch leiten, aber Piloten würden ein Werkzeug erhalten, um bei Start und Landung genauere Abstände einzuhalten.

Ein Ende von Alzheimer?

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom März 2001



was ist standort em2
  • Siehe den Rest der Ausgabe
  • Abonnieren

Wenn das UPS-Experiment funktioniert, sagt Dave Ford, ein hochrangiger Beamter der Federal Aviation Administration, der an der Initiative der Frachtfluggesellschaft beteiligt ist, könnte es ein Modell zur Verbesserung der Sicherheit und Effizienz des gesamten Flugsicherungssystems des Landes darstellen. Ein Ziel ist es, Start- und Landebahninvasionen und Unfälle zu reduzieren. Wir glauben, dass diese Technologie uns in diesen Bereichen helfen könnte. Und wir glauben, dass es einen großen Zusammenhang mit Effizienz gibt, sagt er.

Effizienz ist definitiv der Ansporn für UPS. Wir glauben, dass wir mit der gleichen Flughafeninfrastruktur unseren Durchsatz steigern können, sagt Unternehmenssprecher Ken Shapero. Wenn wir Flugzeuge schneller ein- oder ausfahren können, können wir unsere Konkurrenz schlagen. UPS prognostiziert, dass die Technologie in Louisville einen Kapazitätssprung von 20 Prozent bringen wird. Eine Verkürzung von 20 bis 30 Sekunden zwischen einigen Landungen und Starts könnte den nächtlichen Sortierbetrieb des Unternehmens um etwa eine halbe Stunde reduzieren, eine erhebliche Einsparung, wenn Ihr Unternehmen auf die pünktliche Zustellung von Paketen angewiesen ist. Die Zahlen sind so überzeugend, dass UPS sich darauf vorbereitet, noch in diesem Jahr die FAA-Genehmigung für die Nutzung des Systems für Anflug- und Abflugabstände in Louisville zu beantragen, und sich mit anderen Frachtführern zusammenschließt, um eine noch breitere Umsetzung voranzutreiben.

Die Frage ist nun, ob das Gute für die Frachtindustrie auch gut ist für das, was Luftfahrtinsider scherzhaft selbstladende Fracht nennen – das reisende Publikum. Können diese Satelliten- und Datalink-Technologien dazu beitragen, einen Verkehrskollaps zu vermeiden? Theoretisch könnten sie Flughäfen bei Nebel mit voller Auslastung halten, Flugzeuge paarweise auf eng beieinander liegenden parallelen Start- und Landebahnen landen lassen, präzisere Instrumentenlandungen ermöglichen und Flugzeugen helfen, Landebahnkollisionen zu vermeiden. Wenn diese Suite von Technologien allgemein verfügbar wird, könnten wir in der [Flugsicherungs-]Dienstleistungsbranche der Nachfragekurve sogar voraus sein, sagt Frank Marchilena, Executive Vice President des Flugsicherungsriesen Raytheon.

Wie jeder Passagier bei LaGuardia, O’Hare oder Newark weiß, hinkt das Flugsicherungssystem derzeit der Nachfragekurve hinterher. Die Verzögerungen erreichten 1999 und 2000 Rekordwerte, und das Problem verspricht sich zu verschlimmern. Im vergangenen Jahr flogen 670 Millionen Passagiere in den USA; die FAA prognostiziert für 2010 1 Milliarde Passagiere. Laut FAA-Statistik ist schlechtes Wetter die Hauptschuld an den flugkontrollbedingten Verspätungen. Das Wetter verursacht jedoch weit verbreitete Verwüstungen, auch weil die heutigen Flugsicherungssysteme ein Flickenteppich von Technologien sind, die im letzten halben Jahrhundert entwickelt wurden und durch die ständig wachsende Zahl von Reisenden bis an ihre Grenzen ausgereizt werden. Die Radartechnik hat sich seit ihrer Anpassung an die zivile Flugsicherung nach dem Zweiten Weltkrieg deutlich verbessert, die grundsätzliche Vorgehensweise bleibt jedoch gleich. Fluglotsen treiben Flugzeuge entlang einer begrenzten Anzahl von Radar-überwachten Autobahnen am Himmel. Bei schlechtem Wetter sperren die Lotsen einige Autobahnen, was zu Staus führt. Schlechtes Wetter veranlasst die Fluglotsen auch, größere Pufferabstände zwischen den Flugzeugen durchzusetzen, was die Verzögerungen erhöht.

In den 1990er Jahren versprach das Aufkommen der Global Positioning System (GPS)-Technologie, bei der durch Triangulation von Signalen von einem der 24 Militärsatelliten genaue Positionen bestimmt werden können, einen neuen Ansatz. Mit GPS können Piloten ihren genauen Standort bestimmen, ohne auf bodengestützte Navigationsbaken angewiesen zu sein. In den letzten zehn Jahren hat eine Zusammenarbeit mehrerer staatlich finanzierter Labore, darunter Bedford, MA-basierte MITRE und MIT's Lincoln Laboratory, eine neue Methode zur kontinuierlichen Übertragung digitaler GPS-Positionsinformationen und anderer digitaler Daten zwischen Flugzeugen und Fluglotsen entwickelt. Mit diesem Netzwerk digitaler Informationen (in Insidern als ADS-B oder Automatic Dependent Surveillance-Broadcast bekannt) können Flugzeuge kontinuierlich Daten zu Standort, Geschwindigkeit, Flugplan, Flugzeuggröße und -typ, Passagierzahl und Wetter austauschen.

Das System kann man sich als Telefonleitungen und Modems der neuesten Generation in einem aufkommenden Luftfahrt-Internet vorstellen – ein Begriff, der verwendet wird, um den zunehmenden Datenfluss zwischen Flugzeugen, Fluglotsen, Bodenpersonal und Flugzeugwartungseinrichtungen zu beschreiben. UPS Aviation Technologies ist das einzige Unternehmen, das von der FAA zertifizierte Cockpit-Displays entwickelt hat, um Informationen von dieser neu entwickelten Datenverbindung zu empfangen und anzuzeigen, aber andere - darunter GE-Honeywell, Rockwell Collins und L-3 Communications - arbeiten an ihren eigenen Systemen.

Eine grundlegende Umstellung auf satellitengestützte Tools würde gewaltige Anstrengungen erfordern, um einen Konsens zwischen Piloten, Lotsen und Regulierungsbehörden zu erzielen. Wie könnte ein Konsens erreicht werden? In der Flugsicherung sind die Dinge eher reaktiv als proaktiv, und das wird wahrscheinlich hier passieren, sagt Jim Kuchar, außerordentlicher Professor für Luft- und Raumfahrt am MIT. Eine systemweite Änderung wird entweder aufgrund eines großen Überlastungsproblems erfolgen oder weil Maßnahmen wie UPS die Attraktivität erhöhen. Wenn UPS dieses Ding zum Laufen bringt und all diese Vorteile zeigt, werden andere vielleicht sagen: 'Wir werden uns das noch einmal ansehen.'

Dieser zweite Blick kann jedoch langsam auf sich warten lassen. Vor vier Jahren schlug der Pilot von United Airlines, Rocky Stone, vor, die neue satellitengestützte Technologie zu verwenden, um Staus zu bekämpfen, indem er gepaarte Landungen bei schlechter Sicht auf dem notorisch nebelverhangenen Flughafen von San Francisco ermöglichte, wo die Start- und Landebahnen 250 Meter voneinander entfernt liegen. Aber die Idee erwies sich kurzfristig als unpraktisch, sagt Dave Jones, der die Bemühungen von United zur Effizienzsteigerung in seinem Hub in San Francisco leitet. Um die Strategie umzusetzen, erkannte United, dass Boeing und Airbus neue Cockpit-Displays genehmigen, Piloten und Fluglotsen sie akzeptieren und die FAA Ausrüstung und Anwendungen zertifizieren müssen. Und selbst wenn United das System installiert hätte, hätten sich seine Flugzeuge immer noch mit anderen Flugzeugen, denen die Technologie fehlt, anpassen müssen. Angesichts dieser Hindernisse hat die Fluggesellschaft den Plan auf Eis gelegt und untersucht stattdessen fortschrittliche radarbasierte Tools und Verfahren.

Die Erfahrung von United zeigt eine grundlegende Schwierigkeit bei der Implementierung dieser neuen Technologie: Es geht um ein Alles-oder-Nichts-Angebot. Wenn nicht alle Flugzeuge um einen bestimmten Flughafen damit ausgestattet sind, kann man sich nicht auf das System in Bezug auf Abstände, Kollisionsvermeidung oder vieles mehr verlassen. Es muss eine ganze Architektur des Luftraums geben, der alle zustimmen müssen, sagt Robert Rosen vom Ames Research Center der NASA in Moffett Field, CA. Nichts davon ist heute vorhanden. Es [ADS-B] ist so etwas wie ein Puzzleteil und kann sogar ein Eckpfeiler davon sein. Aber damit sind viele unserer Probleme noch lange nicht gelöst.

Die Argumente für Satellitentools sind viel überzeugender, wenn die Radarinfrastruktur lückenhaft oder nicht vorhanden ist – und wo die Sicherheitsvorteile offensichtlich sind. Ein solcher Ort ist die 260.000 Quadratkilometer große Yukon-Kuskokwim-Delta-Region in Alaska, in der die Lieferung und der Transport von Kleinflugzeugen eine wesentliche Lebensgrundlage sind. Ein Großteil Alaskas hat keine Radarabdeckung, keine Flugsicherungstürme und keine gepflasterten Start- und Landebahnen (Schotterlandebahnen sind ein Luxus), was das Gebiet eher wie abgelegene Regionen Afrikas oder Chinas macht als die unteren 48 Staaten. In den 1990er Jahren kam es in Alaska durchschnittlich jeden zweiten Tag zu einem Flugzeugunfall, darunter 186 tödliche Unfälle mit 398 Toten. In diesem Jahrzehnt war Alaska für 37 Prozent der gesamten Flugzeugunfälle des Landes und 20 Prozent der gesamten Todesfälle durch Flugzeugabstürze verantwortlich.

1998 veranlasste dieses Gemetzel den Kongress, 11 Millionen Dollar bereitzustellen, um neue Ausrüstung in 155 Kleinflugzeugen in Alaska zu installieren. UPS Aviation Technologies lieferte die Avionik, und jetzt wird das GPS-basierte System von Fluglotsen in Anchorage verwendet, um kleine Flugzeuge im abgelegenen, sumpfigen Delta zu steuern. Und während Radar-lose Länder wie Australien und sogar die Mongolei damit beginnen, satellitengestützte Flugsicherungsinstrumente einzusetzen, ist die Region Alaska der erste Ort in den Vereinigten Staaten – und der einzige in absehbarer Zukunft –, der zu 100 Prozent satellitengestützt übergeht Luftraumüberwachung. (Im UPS-Experiment in Louisville würde Radar Flugzeuge immer noch zu und von Flughäfen leiten. Die Satellitentools würden nur den Anflug- und Abflugabstand unterstützen.)

Ob die Technologie an anderer Stelle ähnlich vordringen kann, ist weniger klar. Eine Sorge war, ob GPS-Satellitensignale robust und zuverlässig genug sind, um als Grundlage für die Flugsicherung zu dienen. Ein Bericht des Johns Hopkins Applied Physics Laboratory aus dem Jahr 1999 trug jedoch dazu bei, die Befürchtungen zu zerstreuen, dass Satellitensignale – die im Vergleich zu bodengestützten Radaren schwach sind – durch Sonneneinstrahlung, atmosphärische Störungen oder terroristische Hacker gestört werden könnten. Laut der Studie tauchen Technologien auf, die die Anfälligkeit für GPS-Signalstörungen erheblich reduzieren können. Und soweit Satellitensignale durch die Atmosphäre oder andere Interferenzen verzerrt werden, können sie mit bodengestützten Verstärkungssystemen, wie sie von Raytheon installiert werden, überprüft und auf zusätzliche Genauigkeit optimiert werden.

Eine weitere grundlegende Frage ist, ob neue Displays im Cockpit Piloten ablenken könnten und ob neue Navigationsaufgaben sie überfordern. Menschliches Versagen ist an mindestens 80 Prozent aller Unfälle und Vorfälle in der Luftfahrt beteiligt, sagt Kim Cardosi, Manager von Human Factors-Programmen im Volpe Center des US-Verkehrsministeriums in Cambridge, MA. Die Arbeitsumgebung ist so komplex, dass sie Fehler machen kann, und davor müssen wir uns bei diesen Systemen und Displays hüten. Wir müssen sicherstellen, dass [Piloten] nicht von Informationen überwältigt werden und dass, wenn sie einen Fehler machen, dieser korrigiert werden kann, bevor er schwerwiegende Folgen hat.

Die Infusion von Daten und Displays bringt neue Verwirrungsquellen mit sich. Kuchar führt eine Reihe von Unfällen an, bei denen eine Diskrepanz zwischen dem, was der Computer denkt, und dem, was der Mensch denkt, aufgetreten ist, wie beispielsweise der Absturz einer Boeing 757 der American Airlines im Jahr 1995 beim Anflug auf Cali, Kolumbien. Das Flugzeug krachte in einen Berg und tötete 160 Menschen, als der Autopilot angewiesen wurde, auf ein Radarsignal zu fliegen, dachte der Pilot, dass es sich in der Nähe von Cali befand, das sich jedoch in der Nähe von Bogot befand. In diesem Fall halfen die Radarbeacon-Technologie und das Autopilot-System, Passagiere nach einem scheinbar trivialen Pilotenfehler in den Tod zu führen. Wenn die Vereinigten Staaten auf die weit verbreitete Verwendung von [satellitenbasierter Technologie] umstellen, wird es andere Gebiete auf der Welt geben, in denen dies nicht der Fall ist und Piloten an verschiedenen Orten unterschiedliche Verfahren anwenden müssen. Dies kann zu zusätzlichen Fehlern und Problemen führen, warnt Kuchar.

Trotz dieser Fragen schreiten Prototypen voran. Ein wichtiger Tag für die Bemühungen von UPS war im vergangenen Oktober, als die FAA-Administratorin Jane Garvey nach Louisville flog, um eine gemeinsame FAA/UPS-Evaluierung der Technologie durchzuführen. Garvey stieg in eine UPS Boeing 727, deren Rumpf keine der üblichen Einrichtungsgegenstände hatte – nur mehrere Computerequipment vorne und 16 lederbezogene First-Class-Sitze, die hinten mit dem Boden verschraubt waren. Sie nahm in der ersten Reihe Platz und warf einen Blick auf einen Computermonitor, auf dem eine grafische Darstellung des Flughafens von Louisville zu sehen war. Die Start- und Landebahnen waren mit sich langsam bewegenden braunen Dreiecken übersät. Diese stellten Flugzeuge dar, die mit dem Datalink-System ausgestattet waren und Positionsdaten miteinander austauschten. Das ist cool, sagte Garvey.

Warten Sie, bis Sie den Flugfilm sehen, witzelte George Cooley, ein Ingenieur bei UPS Aviation Technologies. Der Film begann, als die 727 langsam über die Rollwege des Flughafens rollte. Andere rollende Flugzeuge waren auf dem Bildschirm deutlich zu sehen. Plötzlich erschien auf dem Bildschirm ein blaues Dreieck, dessen Spitze verlängert war und eine nadelförmige Nase anzeigte, die hohe Geschwindigkeit anzeigte. Einen Moment später wurde der blaue Fleck braun. Jim McDaniel, Leiter der Technologiebewertungsprogramme der FAA, gab bekannt, dass gerade ein Flugzeug gestartet sei. Aber tatsächlich bezeichnete Blau ein Flugzeug in der Luft, Braun ein Flugzeug auf dem Rollfeld. Einen Moment später korrigierte er sich. Ich dachte, es würde in diesem Moment starten, aber es landete, sagte er.

Die Demonstration sollte nur zeigen, wie die Technologie das Bewusstsein für die Landebahn erhöhen kann, und ihre grundlegenden Vorteile waren offensichtlich. Selbst bei Nebel hätte das Cockpit-Display den Pistenverkehr klar im Blick gehabt und jede falsche Abbiegung sofort sichtbar gemacht. Das System funktionierte einwandfrei. Andererseits war sein Dolmetscher – in diesem Fall ein erfahrener FAA-Beamter – von der Anzeige kurz verwirrt worden. Der Fehler war ein treffender Beweis dafür, warum die Zulassung neuer Technologien für die Flugsicherung Zeit braucht: um sicherzustellen, dass alle Verwirrungsquellen ausfindig gemacht werden.

Während UPS seinen Fall vorantreibt, zeichnet sich ein Konsens ab, dass die wachsende Nachfrage Änderungen im Flugsicherungssystem des Landes erzwingen wird. Kurzfristig könnte eine gewisse Entlastung durch den Flughafenausbau und den Neubau erreicht werden; Einige Flughäfen erwägen auch höhere Landegebühren in der Hauptverkehrszeit, um den Andrang zu den Hauptverkehrszeiten zu verhindern. Ende letzten Jahres kündigte die FAA ein Lotteriesystem für die Zuweisung von Flugzeiten bei LaGuardia an – das allein für etwa ein Viertel der Verspätungen des Landes verantwortlich ist – um Staus zu reduzieren. Neue Verfahren und Einsatzmöglichkeiten von Radargeräten erhöhen die Kapazität an Flughäfen wie Dallas-Fort Worth. Die FAA ihrerseits weist darauf hin, dass das System selbst in geschäftigen Städten außerhalb der Stoßzeiten über ausreichende Kapazitäten verfügt. Alle Technologien, an denen wir arbeiten, sind ein Stück vom Kuchen, und zusammen werden sie letztendlich mehr Kapazität schaffen, aber bestenfalls inkrementell, sagt Kathryn Creedy, eine FAA-Sprecherin.

Rosen der NASA prognostiziert jedoch, dass der inkrementelle Ansatz der FAA nur für das nächste Jahrzehnt oder so mit der Nachfrage Schritt halten wird. Aufgrund der hohen Anforderungen an das System konzentrieren sich alle Technologieentwickler auf Tools der nächsten Generation, sagt Rosen. Aber wir wissen, dass die Nachfrage auch nach dem Einsatz und der Zusammenarbeit all dieser Tools so hoch ist, dass sie die Kapazitäten bald wieder überschreiten wird.

Die Basistechnologien für die satellitengestützte Flugsicherung – das GPS-System, Datalinks, Rechenleistung und kompakte Cockpit-Displays – sind vorhanden. Aber es gibt keinen annähernd Konsens darüber, wie und ob sie breit eingesetzt werden sollen. Bisher war der öffentliche Aufschrei nicht laut genug, die Fluggesellschaften haben den Business Case nicht gesehen und die FAA hat nicht versucht, eine systemweite Änderung zu erzwingen. Gridlock liegt im Auge des Betrachters, sagt Rosen. Alle sind sich jedoch einig, dass es schlimmer werden wird, bevor es besser wird.

Im vergangenen Oktober erhielt UPS eine gute Nachricht: Das Unternehmen erhielt die erste FAA-Zertifizierung für sein neues Cockpit-Gerät. Es war nur ein kleiner Schritt und nur zu einem sehr begrenzten Zweck, um Piloten zu helfen, bessere Sicht- und Vermeidungsfähigkeiten am Himmel über Louisville zu erlangen. Aber die Zulassung hat signalisiert, dass das System seinen Weg auf den regulatorischen Radarschirm findet. Dabei gibt es noch viele Herausforderungen, die gelöst werden müssen, sagt McDaniel. Die Piloten und Fluglotsen sind begeistert; Es gibt viel Potenzial, aber sie sind nicht im Geringsten schüchtern, was sie braucht – zum Beispiel [reduzieren] die Unordnung auf dem Bildschirm.

Wenn diese Probleme jedoch behoben werden können, kann die UPS-Initiative in Louisville der erste Schritt sein, um die Unordnung am Himmel zu reduzieren.

verbergen

Tatsächliche Technologien

Kategorie

Unkategorisiert

Technologie

Biotechnologie

Technologierichtlinie

Klimawandel

Mensch Und Technik

Silicon Valley

Computer

Mit News Magazine

Künstliche Intelligenz

Platz

Intelligente Städte

Blockchain

Reportage

Alumni-Profil

Alumni-Verbindung

Mit News Feature

1865

Meine Sicht

77 Mass Avenue

Treffen Sie Den Autor

Profile In Großzügigkeit

Auf Dem Campus Gesehen

Lerne Den Autor Kennen

Alumni-Briefe

Nicht Kategorisiert

77 Massenallee

Rechnen

Tech-Richtlinie

Lernen Sie Den Autor Kennen

Nachrichten

Wahl 2020

Mit Index

Unter Der Kuppel

Feuerwehrschlauch

Unendliche Geschichten

Pandemie-Technologieprojekt

Vom Präsidenten

Titelstory

Fotogallerie

Empfohlen