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Peter Ahlers Deutsche Flugsicherung
Peter Ahlers
SESAR Enterprise Architecture and Target Concept
Meine sehr geehrten Damen und Herren,
ich freue mich ganz besonders darüber, Ihnen heute das SESAR Programm und insbesondere die Entwicklung der Enterprise Architektur und des Zielkonzeptes näher bringen zu dürfen.
Der heutige Abend ist quasi chronologisch zweigeteilt. Ich werde mit meinem Vortrag beginnen und ihnen die zeitlich näherliegenden Entwicklungen darbringen, im zweiten Teil des Vortrages wird Herr Professor Hecker von der TU Braunschweig Ihnen die langfristigen Forschungs- und Entwicklungsvorhaben erläutern.
Ich möchte damit beginnen, Ihnen die Ziele und die Struktur des SESAR Programms in gebotener Kürze zu erklären und meinen Vortrag dann auf ausgewählte Schwerpunkte des zukünftigen Air Traffic Management Konzeptes zu fokussieren. Insbesondere möchte ich dann auch auf die zukünftige Rolle des Menschen im Luftverkehrssystem zu sprechen kommen und Ihnen abschließend den Weg in Richtung eines neuen entscheidend verbesserten Luftverkehrssystems zu skizzieren.
In den vergangenen zwei Dekaden hatten wir es mit einem insgesamt dynamischen Wachstum des Luftverkehrs in Europa und auch weltweit zu tun. Im Jahre 1997 nutzten 7 Mio (Instrumenten) Flüge den europäischen Luftraum, im Jahr 2000 bereits 8,4 Mio Flüge, und mittlerweile haben wir es mit 10 Mio Flügen pro Jahr zu tun.
Es bewegen sich täglich ca. 30.000 Flüge im ECAC Luftraum, im Luftraum der Bundesrepublik haben wir bereits an einigen Tagen mehr als 10.000 tägliche Flüge abgefertigt. Im Jahr 2025 sind für den europäischen Luftraum über 16 Mio Flüge prognostiziert. Wir erwarten also eine Verdoppelung des Luftverkehrs in einem Zeitraum von ca. 20 Jahren.
Unser gegenwärtiges ATM-System ist mit seinen Verfahren, seiner Fragmentierung und der eingesetzten Technologie dafür nicht ausgelegt. Bereits heute haben wir im Bereich der großen internationalen Hubflughäfen bedeutende Kapazitätsengpässe, zunehmend sind diese auch in den sehr dicht beflogenen Lufträumen im mitteleuropäischen Raum zu sehen. Hierzu gehören auch die Fluginformationsgebiete Frankfurt (Langen), München und Karlsruhe (Rhein Control) in Deutschland. Dies führt nicht nur zu zunehmenden Verspätungen für den Luftverkehr sondern auch zu ineffizienten Flugprofilen und zunehmender Belastung der Umwelt, z.B. durch unnötige Warteschleifen.
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Das ATM-System wird die in den nächsten Jahren benötigte Kapazität nicht zur Verfügung stellen können, es ist schlicht und einfach nicht dafür ausgelegt, von punktuell möglichen Verbesserungen einmal abgesehen.
Ein sicheres, verlässliches und effizientes Lufttransportsystem ist ein enorm wichtiger Faktor für die europäische Wirtschaft und für die Mobilität der Menschen. Kapazität, Sicherheit und Effizienz des ATM- Systems müssen daher entscheidend verbessert werden.
Die europäische Kommission hat daher vor einigen Jahren das Programm Single European Sky, kurz SES, ins Leben gerufen und entsprechende Verordnungen (Rahmen-, Dienste-, Luftraum- und Interoperabilitäts -Verordnung) verabschiedet, die das europäische Luftverkehrssystem neu ordnen sollen. Dadurch sollen
- Kostensenkungen und Effizienzsteigerungen durch die Liberalisierung bestimmter Bereiche ermöglicht werden,
- die Fragmentierung des Luftraumes, insbesondere die Orientierung der Flugsicherungssektoren an nationalstaatlichen Grenzen statt an Verkehrsströmen aufgehoben bzw. effizienter gestaltet und
- neue effiziente ATM - Verfahren und Technologien entwickelt werden, die den Kapazitäts-, Sicherheits- und Umweltanforderungen gerecht werden.
Letzteres ist Aufgabe des SESAR Programms, das damit die operationelle Implementierung des Single European Sky unterstützt.
Die politischen Erwartungen der Kommission gehen von einem ATM System aus, dass im Jahr 2020 eine Verdreifachung der Kapazität ermöglicht, die Flugsicherheit um den Faktor 10 verbessert, die Umweltbelastung durch den Luftverkehr um 10% reduziert und dabei die gesamten unmittelbaren ATM Kosen halbiert.
Nun, in der SESAR Definitionsphase von 2006 bis 2008 hat man die Zielsetzung verfeinert und im Dokument „Performance Targets“ nieder gelegt. Demnach ist bis 2020 eine Kapazitätserhöhung von 73 % erforderlich, die Sicherheit soll um den Faktor 3 verbessert werden, die gesamten unmittelbaren ATM Kosten (pro Flug) sollen um 50 % reduziert werden, zudem soll ein bedeutender aber nicht näher spezifizierter Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden.
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Die Ergebnisse der Definitionsphase wurden strukturiert in 6 Dokumenten zusammengefasst:
D1 – Air Transport Framework - the current situation
D2 – Performance Targets
D3 – ATM Target Concept
D4 – ATM Deployment Sequence
D5 - Masterplan
D6 – Work Programme
Jetzt befinden wir uns bereits in der sogenannten Entwicklungsphase, die ca. 8 Jahre dauern soll, und an die sich die Implementierungsphase anschließt. Allerdings wird z. Zt. noch nicht inhaltlich gearbeitet, wir befinden uns momentan noch im Planungsstadium. 15 Organi-sationen und Konsortien haben sich in einem strukturierten Bewerbungsverfahren als Mitglieder des SESAR Joint Undertaking (SJU) beworben, die im Jahr 2008 von der EU und Eurocontrol gegründet worden war.
Das SJU wird das SESAR Programm steuern, also die Entwicklung und Implementierung des zukünftigen europäischen ATM Netzwerkes.
Zwei Dinge sind m.E. hieran bedeutsam:
1. Trotz des Titels SES ATM - Research ist SESAR kein reines Forschungs- und Entwicklungsprogramm. Vielmehr sollen die Konzepte, Verfahren und Technologien, die das Programm in der gegenwärtigen Phase entwickeln und validieren wird, in der darauf folgenden Implementierungsphase auch eingeführt werden. Es ist zu erwarten, dass die EU die Einführung bestimmter Standards, Methoden und Technologien dann auch mandatieren und mittels des Masterplanes steuern wird.
2. Die konzeptionellen Ideen und die Technologien sind nicht komplett neu, viele Lösungen wurden bereits seit Jahren in Eurocontrol Arbeitsgruppen, ICAO Panels und in der „ATM Community“ entwickelt, diskutiert und
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verfeinert. Erstmalig sind in der SESAR Definitionsphase aber alle sogenannten „Stakeholder“ an Bord. D.h. das im D3 beschriebene Konzept wird sowohl von den Airlines, den Militärs und der allgemeinen Luftfahrt als auch von den ANSPs und Eurocontrol, der Industrie und der EU getragen. Man ist sich also einig über den Weg in die Zukunft, zumindest hinsichtlich der entscheidenden Bausteine.
3. Durch die EU und ihre Gesetzgebungskompetenz auf diesem Gebiet kann die Einführung vorgeschrieben und damit sichergestellt werden und ist nicht jedem selber überlassen. SESAR geht also über den „Empfehlungscharakter“ hinaus.
Das SESAR Programm ist nun in verschiedene Arbeitspakete aufgeteilt. Jede der beteiligten Organisationen leitet ein Arbeitspaket an denen die Experten aller beteiligten Organisationen bzw. Konsortien mitarbeiten (nur Eurocontrol wird insgesamt 4 Arbeitspakete leiten). Die DFS ist dabei verantwortlich für das Arbeitspaket „B - Target Concept and Enterprise Architecture“. Dieses Arbeitspaket wird das Gesamtprogramm inhaltlich steuern und befasst sich, allerdings auf eher hohem Abstraktionsniveau mit dem Concept of Operations-, also dem Betriebskonzept, der Enterprise Architektur und der logischen und technologischen Systemarchitektur.
Die Enterprise Architektur hat die Aufgabe, das gesamte Programm zu strukturieren, die Transparenz der Ergebnisse sicherzustellen und insbesondere die Beiträge der einzelnen Projekte, insgesamt ca. 300, zu den Zielen aufzuzeigen und nachzuvollziehen. Es ist also als sowohl ein „Top Down“ als auch „Bottom Up“ Steuerungsinstrument.
Das „CONOPS“ selber ist einerseits die Guidance für das gesamte Programm, also für die Entwicklung der Detailkonzepte und Anforderungen, integriert aber andererseits die von den Experten gefundenen Lösungen zu einem ganzheitlichen Konzept.
In Anbetracht der doch eher kurzen Zeit möchte ich Ihnen nun die „Highlights“ des Konzeptes vorstellen, dass in der Definitionsphase noch recht grob beschrieben wurde und nun verfeinert, detailliert beschrieben und schließlich validiert werden wird.
Das Kernstück ist die sogenannte 4 D Trajektorie, d.h. die genaue Flugbahn, die das Luftfahrzeug durch den Luftraum zurücklegen möchte bzw. zurücklegt.
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Bereits Monate oder Jahre vor dem eigentlichen Flugereignis entwickelt der einzelne Nutzer, z.B. eine Fluggesellschaft eine erste „Wunschtrajektorie“(Business Development Trajectory), noch nicht sehr präzise, aber ggf. bereits mit 4 D Elementen.
In einem kontinuierlichen gemeinsamen Planungsprozess wird diese Trajektorie (nun als „Shared Business Trajectory“ bezeichnet) in ein „Gesamtverkehrsbild“ integriert, präzisiert und soweit notwendig angepasst. Dieser kollaborative Planungsprozess findet unter Einbindung aller Nutzer statt und kann iterativ bereits Jahre vor dem eigentlichen Flugereignis beginnen. Nach und nach werden alle, ggf. auch geänderte Nutzerwünsche, Luftraumverfügbarkeiten, Kapazitätslimitierungen und schließlich Wind- und Wetter in eine Gesamtplanung integriert. Das Ergebnis dieses kontinuierlichen und gemeinsamen Planungsprozesses ist die sogenannte „Reference Business Trajectory“. Diese ist die letztendliche Planungsgrundlage für den Flug und wird im Idealfall genauso durch das Luftfahrzeug geflogen. Änderungen dieser Trajektorie während des Fluges sollen nur aus taktischen Separationsgründen, Sicherheitsgründen oder aus Gründen des Anflugmanagements erfolgen.
Aber auch während des Fluges können die Nutzer ihre Trajektorien noch verändern, dieses geschieht durch einen definierten CDM Prozess (Collaborative Decision Making) und wird im Idealfall durch Data Link unterstützt, eines der Kerntechnologien für das zukünftige Luftverkehrsmanagement.
Der Flugsicherung liegt heute lediglich ein relativ rudimentärer ICAO Flugplan vor, der weder genaue Vertikalprofile noch genaue Überflugzeiten enthält. Durch eine genauere Vorausplanung mittels Trajektorien als dieses heute möglich ist, wird man bereits vor dem Abheben des Flugzeuges einen weitgehend konfliktfreien Flugweg planen können. Wir werden in der Zukunft also wesentlich genauer als heute wissen, wann sich das Flugzeug wo und in welcher Flughöhe befindet.
Durch die hohe Planungsgenauigkeit und exaktes Abfliegen des geplanten Flugweges ergeben sich weniger potentielle Konflikte zwischen Luftfahrzeugen, als dieses heute der Fall ist, die Fluglotsen haben also weniger Konflikte (bei gleicher Verkehrsmenge) als heute zu bearbeiten. Dadurch erhöht sich die Kapazität der Flugsicherungssektoren. Durch Flugprofile, die sich soweit wie möglich an den Wünschen der Kunden orientieren, wird zudem der Flug effizienter und die Umweltbelastung durch Emissionen geringer.
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Nun werden im Betrachtungszeitraum bis 2025 nicht alle Luftraumnutzer selber ihre genauen Trajektorien zur Verfügung stellen können. Für diese Nutzer werden die Flugsicherungsorganisationen die Trajektorien kalkulieren und „up to date“ halten. Entsprechend ausgerüstete Flugzeuge werden ihre Trajektorien jedoch auch während des Fluges via Data Link verändern können und im Falle von plötzlichen Hindernissen (sogenannten constrains), z.B. anderen Verkehr oder kurzfristig gesperrte Lufträume soweit möglich selber über ihre „Ausweichstrategie“ (Änderung des Flugprofils) entscheiden können.
Die Trajektorien sind quasi ein Vertrag des Luftfahrzeuges mit der Flugsicherungsorganisation über den gesamten oder einen Teil des Flugprofils. Je nach Luftraum, Kapazität, Luftfahrzeugausrüstung wird man dieses unterschiedlich anwenden können. So wird das Luftverkehrsmanagement in dicht beflogenen Lufträumen rund um die großen europäischen Hubs (London, Paris, Frankfurt, Madrid, München) sich sicherlich auch weiterhin von dem Management von geringer genutzten Enroute Lufträumen, z.B. der Nord- oder Ostsee unterscheiden. Gleichwohl können wir durch präzisere 4 D Trajektorien die Kapazität steigern, durch günstige Flugprofile Treibstoffkosten sparen und die Umwelt entlasten sowie die Effizienz des ATM systems signifikant erhöhen. Ziel ist, das möglichst alle Luftraumnutzer mit präzisen Trajektorien operieren, denkbar ist auch eine Staffelungspriorität (sozusagen Vorfahrt) für Flüge, die ein präzises 4 D Profil abfliegen gegenüber anderen Flügen. Die genauen Verfahren müssen jedoch in der bevorstehenden Phase des SESAR Programms detailliert beschrieben und schließlich verifiziert und ggf. modifiziert werden, so dass alles in einem Gesamtkontext optimiert werden kann.
Ein ganz wichtiger Schritt für das zukünftige Air Traffic Management ist der Aufbau eines „SWIM Networks“, dem sogenannten „System Wide Information Management“. Durch intelligentes Management aller für den Luftverkehr notwendigen statischen und dynamischen Daten, z.B. Lufträume, Flugpläne bzw. Trajektorien, Luftlage, NOTAMs, Kapazitäten, Wetter etc. greifen alle Nutzer des Systems auf die gleichen Daten zu. Für jede Information bzw. Art von Informationen gibt es einen Dateneigner, der für die Korrektheit und Integrität verantwortlich ist. Alle Daten werden jedem Nutzer, der diese benötigt, über das SWIM Netzwerk zur Verfügung gestellt. Dadurch wird multiple Haltung der gleichen Daten vermieden, Redundanzen, die zu inkonsistenten Daten führen, treten gar nicht erst auf. Alle Nutzer haben das gleiche Bild vom Status des Systems und nutzen identische Daten.
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Ein weiter Scherpunkt des zukünftigen Luftverkehrsmanagements sind die sogenannten ASAS – Anwendungen. Die Luftfahrzeuge werden mit einem „Airborne Situational Awareness System“ ausgestattet. Das ist auf Deutsch gesagt nichts weiter als ein Bildschirm, auf dem die anderen Flugzeuge in der relevanten Umgebung mitsamt ihren Flugabsichten dargestellt sind. Dadurch können sich die Piloten einerseits ein genaues Bild der Luftlage machen, was als zusätzliche Redundanz erheblich zur Steigerung der Sicherheit betragen dürfte, zum anderem können sie unter definierten Bedingungen die Verantwortung für die Staffelung zu anderen Luftfahrzeugen übernehmen. Hierzu sind neben den operativen und technischen Problemen (insbesondere Standardisierung und Verfahren, die Machbarkeit wurde bereits demonstriert) aber vor allen rechtliche und Haftungsprobleme zu klären.
Es ist zu erwarten, dass ASAS Anwendungen in kleinen Schritten eingeführt werden, z.B.
- „Sequencing and Merging“ im Nahverkehrsbereich für An- und Abflüge sowie im Enroute Bereich sofern die Geschwindigkeitsunterschiede gering sind;
- „Crossing and Passing im Enroute Bereich zur Lösung individueller Konflikte zwischen zwei Luftfahrzeugen und
- „Self Separation“. Dabei übernehmen die Piloten die Staffelungsverantwortung gegenüber jedem anderen Verkehr. Dafür ist an Bord die entsprechende Ausrüstung und Automatisierung erforderlich, auch müssen alle Flüge im betreffenden Luftraum dem System bekannt sein. Diese Anwendung wird wohl erst nach 2020 eingeführt werden und ist sicherlich für dicht beflogene Nahverkehrsbereiche wie Frankfurt nicht geeignet. Ich würde Sie als erstes im oberen Luftraum und dort in eher verkehrsarmen Regionen sehen. Ein sogenannter „Mixed Mode“, bei dem ein Teil der Luftfahrzeuge Self Separation anwendet, ein anderer Teil von Fluglotsen gestaffelt wird und weitere Flugzeuge Sichtflugregeln anwenden, ist meines Erachtens nicht in Sicht, denn dieses wäre aus Sicherheitsgründen nicht beherrschbar. (ASAS Technologie und Anwendungen sind keine „Anarchie im Luftraum“ sondern die Anwendung wohl definierter Verfahren und Regeln).
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Die Flughäfen werden im zukünftigen ATM Prozess umfänglich eingebunden sein. Der sogenannte „gate to gate“ Prozess wird mit dem „turnaround management“ verkoppelt.
Das Management von An- und Abflügen wird also weiter mit den Prozessen auf dem Vorfeld des Flughafens vernetzt werden, die Flughäfen sind ins SWIM Netzwerk eingebunden, Prognosen basieren auf den im gemeinsamen Planungsprozess aller Stakeholder genutzten 4D Trajektorien. Die heutigen „Collaborative Decision Making“ (CDM) Prozesse sind weiter zu entwickeln und in die Gesamtplanung zu integrieren.
Neue Anflugverfahren werden zur Kapazitätserhöhung der großen Flughäfen beitragen, z.B. die Nutzung von „Synthetic Vision“ bei Low Visibility Procedures, Reduzierung der Staffelung auf dem Endanflug durch ASAS Anwendungen und zeitbasierte Staffelungsmethoden.
Durch A-SMGCS Systeme (Advanced Surface Movement Guidance and Control Systeme) und den Link zur Cockpit Display Technologie wird die Situational Awareness auf dem Vor- und Rollfeld des Flughafens verbessert werden, die Sicherheit kann dadurch erheblich gesteigert werden.
An den Umweltauswirkungen orientierte Lösungen berücksichtigen die Trade-offs zwischen verschiednen Effekten, z.B. Lärm versus Emissionsmenge. Für die Flughäfen gibt es noch viele Optimierungsmöglichkeiten, es wartet aber eine Menge Arbeit auf uns.
Doch was nutzt das alles, wenn die entsprechenden Lufträume nicht zur Verfügung stehen?
Ein weiteres Kernelement des SESAR Konzeptes ist daher ein gemeinsames zivil-militärisches, integriertes und hochflexibles Luftraummanagement.
Militärische Übungslufträume werden zuerst einmal so gestaltet, dass sie die erfolgreiche Durchführung des militärischen Trainings sicherstellen, gleichzeitig aber die geringst möglichen Einschränkungen für den anderen zivilen und militärischen Luftverkehr darstellen.
Die Zuweisung der Übungslufträume, die exakt auf die für die militärische Mission erforderlichen Dimensionen zugeschnitten ist, erfolgt zeitnah und
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hochflexibel unter Berücksichtigung der „mission profiles“ (Mission Trajectories).
Dieses ist heute bereits im FUA (Flexible Use of Airspace) Konzept beschrieben und in Deutschland weitgehend verwirklicht, erfordert aber einen gemeinsamen Planungsprozess, der länderübergreifend für die Luftraumblöcke (Functional Block of Airspace, FAB) durchgeführt wird und zivile Verkehrsströme und militärische Notwendigkeiten gleichermaßen in Betracht zieht.
Die Klassifizierung der Lufträume wird harmonisiert werden und nach ICAO Regeln erfolgen, dieses vereinfacht die Luftraumstruktur und ermöglicht nutzergerechte und effiziente ATM - Services.
Welche Rolle spielt der Mensch im zukünftigen Air Transport System? Die Rollen der einzelnen Akteure werden sich nämlich signifikant verändern.
Generell kann man erst einmal sagen, dass der Mensch die letztendlichen Entscheidungen trifft und nicht irgendein Computer. Man spricht daher auch allgemein von der „human centered automation“, d.h. die Technologie dient dem Menschen und nicht umgekehrt. Der Mensch steht im Mittelpunkt der Entwicklung, denn er kann am flexibelsten und kreativsten komplexe Problemstellungen lösen. Der Automatisierungsgrad wird aber voranschreiten und die Akteure einerseits von Routineaufgaben entlasten und andererseits durch Tools wertvolle Unterstützung bei den Aufgaben z.B. der Lotsen und Piloten leisten.
Die Fluglotsen werden beispielsweise durch die Automatisierung bei Ihrer Aufgabe der Konflikterkennung und Lösung sowie bei der Überwachung der Flüge unterstützt. Durch die bereits beschriebene präzisere Planung und bessere Kenntnis des genauen Flugweges werden erheblich weniger taktische Eingriffe durch die Lotsen erfolgen. Nach wie vor ist die Flugsicherung, also die Fluglotsen für die Separation der Luftfahrzeuge verantwortlich, diese kann und wird aber unter definierten Bedingungen und/ oder in bestimmten Lufträumen an die Luftfahrzeuge delegiert werden. Die Rolle des Losten wird sich also nach und nach von der eines taktisch agierenden Separators zu der eines Systemmanagers wandeln.
Die Mitarbeiter der zivilen und militärischen AOC (Airline Operations Center/ Dispatch) werden eine aktivere Rolle in allen Phasen des Planungsprozesses übernehmen. Sie werden einen größeren Einfluss auf die Planungen und
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Entscheidungen des ATM nehmen und so sicherstellen, dass die Präferenzen der Nutzer weitestgehend berücksichtigt werden.
Die Piloten stellen sicher, dass das Luftfahrzeug sich im Einklang mit der vereinbarten Trajektorie durch den Luftraum bewegt. Sie übernehmen in bestimmten Lufträumen und nach definierten Verfahren die Verantwortung für die Separation zu anderen Luftfahrzeugen.
Dabei werden sie durch Tools an Bord der Luftfahrzeuge, z.B. das bereits genannte ASAS und durch Data Link Systeme unterstützt, denn ohne diese Unterstützung ist dass nicht möglich. Die Piloten tragen aber auch weiterhin die letztendliche Verantwortung für den Flug und die Sicherheit des Luftfahrzeuges.
Wie kommen wir nun von hier nach dort, von der gegenwärtigen ATM Welt zu einem neuen Air Traffic Management System, dass unsere gesetzten Performance Ziele erfüllt. Hierzu einige Anmerkungen in aller Kürze.
1. Ein revolutionärer Ansatz (Big Bang Approach) wird nicht funktionieren, denn wir beginnen nicht mit einem weißen Blatt Papier sondern operieren sozusagen am lebenden Objekt.
Die Erfahrung bei der Einführung von neuen ATM Verfahren und Systemen in den vergangnen 50 Jahren hat deutlich gezeigt, dass eine schrittweise Einführung die einzig Erfolg versprechende Methode ist. Ergo wird auch unser Target Konzept in mehreren Einführungsstufen beschrieben, wir nennen diese 5 Schritte „ ATM Service Level“, wobei der erste sich mehr oder weniger in der Umsetzung befindet und daher nicht mehr im Konzept beschrieben wird, und der letzte Schritt eher der langfristigen Forschung und Entwicklung zuzuordnen ist. Das CONOPS konzentriert sich also auf drei Einführungsstufen. In der Realität werden die neuen Verfahren und Systeme dann in vielen kleinen Schritten implementiert. Daher ist eine modulare Systemarchitektur unabdingbar.
2. Es gibt keine „one size fits it all“ Lösungen. Kleine Airports benötigen mit Sicherheit eine einfachere und vor allem kostengünstigere Ausrüstung als internationale Hubairports. Segelflugzeuge und kleine Cessnas/Pipers, davon haben wir ca. 20000 alleine in Deutschland, benötigen eine andere und erheblich kostengünstigere Ausrüstung und haben andere Anforderungen an das Luftverkehrssystem als die Flugzeuge des Linienluftverkehrs. Dieses gilt insbesondere auch für den militärischen Luftverkehr.
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3. Die vor uns stehenden Veränderungen werden die Tätigkeiten und das Arbeitsumfeld nachhaltig verändern und erfordern daher einen sozialen Dialog mit den betroffenen Menschen, ihren Fachverbänden und Organisationen auf allen Ebenen. Ohne diesen Dialog werden wir scheitern.
4. Ebenso sind die Nutzer des Netzwerkes, also insbesondere alle Luftraumnutzer aber auch alle Flugsicherungsorganisationen von Beginn an unmittelbar einzubinden. Ohne ihre Beteiligung werden wir ebenso scheitern.
5. Unsere Verfahren und Technologien müssen ICAO kompatibel, also global abgestimmt sein, denn Luftverkehr findet weltweit statt. Es existiert auch bereits ein richtungsweisendes „Global ATM Operational Concept“ der ICAO. Die EU mit SESAR und die FAA mit ihrem NextGen Programm können allerdings eine gemeinsame Vorreiterrolle bei der Implementierung der notwendigen Veränderungen spielen.
6. Die Umsetzungsprobleme liegen immer im Detail, ich persönlich bin daher sehr gespannt, inwieweit wir unseren ambitionierten Zeitplan einhalten können.
7. Last not least: SESAR ist eine konzertierte Aktion. Wir benötigen die Wissenschaft für unser SESAR Programm. Nicht nur, um die weiter in der Zukunft liegenden Möglichkeiten und Entwicklungen zu erforschen und mit zu gestalten sondern insbesondere, um unsere Ideen für die mittelfristige Zukunft, also für die nächsten 15 bis 20 Jahre, zu validieren und zu verifizieren. Dabei helfen Wissenschaft und Forschung mit Methoden und Know How und sicherlich auch mit der Bereitstellung von Simulationsumgebungen, mit denen wir entwickelte Verfahren und Technologien auf Machbarkeit und Sinnhaftigkeit überprüfen, weiterentwickeln und ggf. modifizieren können.
Und damit möchte ich an die Wissenschaft übergeben und Herrn Professor Hecker bitten, ihnen einen Ausblick in die weitere Zukunft zu geben.
Vielen Dank für Ihr Interesse und Ihre Aufmerksamkeit.
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16. Kolloquium LuftverkehrTU Darmstadt
Peter AhlersDeutsche Flugsicherung
SESAR Enterprise Architecture and Target Concept
Focus: Concept of operations
Seite : 2
Agenda am 21.1.2009
• SESAR – Warum?
• Ziele und Struktur
• Konzept Highlights• Trajektorien basierte Flugverkehrskontrolle• Neue Separationsmethoden• Gemeinsamer Planungsprozess• Systemweites Informationsmanagement• Verbessertes Luftraummanagement• Bessere Integration der Flughäfen• Nutzung neuer Technologien zur Kommunikation und Ortung (Data-
Link, ADS B, Multilateration)
• Die Rolle des Menschen im Luftverkehrssystem
• Der Weg dahin!
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Seite : 3
SESAR – Ziele und Struktur
Seite : 4
EUROCONTROL DIVISION DED4 2020 DATE:04/11/97
2020 FORECASTMean IFR Flights per day
in 6’ by 10’ rectanglesFlights 150 OR MOREFlights 100 TO 150Flights 50 TO 100
TRAFFIC DISTRIBUTION FORECAST ASSUMING FLIGHTS ON DIRECT ROUTES15 800 000 flights estimated - Based on STATFOR 97
CHART: DY_97_2016,1 Mio Flüge
2025
EUROCONTROL DIVISION DED4 1997 DATE:04/11/97
1997 FORECASTMean IFR Flights per day
in 6’ by 10’ rectanglesFlights 150 OR MOREFlights 100 TO 150Flights 50 TO 100
TRAFFIC DISTRIBUTION FORECAST ASSUMING FLIGHTS ON DIRECT ROUTES7 500 000 flights estimated Based on STATFOR 97
CHART: DY_97_97
7.0 Mio Flüge 1997EUROCONTROL DIVISION DED4 2000 DATE:04/11/97
2000 FORECASTMean IFR Flights per day
in 6’ by 10’ rectanglesFlights 150 OR MOREFlights 100 TO 150Flights 50 TO 100
TRAFFIC DISTRIBUTION FORECAST ASSUMING FLIGHTS ON DIRECT ROUTES8 600 000 flights estimated - Based on STATFOR 97
CHART: DY_97_00
8.4 Mio Flüge 2000
Verspätungen nehmen zu
EUROCONTROL DIVISION DED4 2010 DATE:04/11/97
2010 FORECASTMean IFR Flights per day
in 6’ by 10’ rectanglesFlights 150 OR MOREFlights 100 TO 150Flights 50 TO 100
TRAFFIC DISTRIBUTION FORECAST ASSUMING FLIGHTS ON DIRECT ROUTES11 900 000 flights estimated - Based on STATFOR 97
CHART: DY_97_1011,9 Mio Flüge
2013
Flüge p.h. 150 und mehrFlüge p.h. 100 bis 150Flüge p.h. 50 bis 100
2015
Anm. Daten basieren auf “Challenges to Growth“ – 2004 Report(EUROCONTROL); Szenario B – Business as Usual
Für das prognostizierte Luftverkehrsaufkommen ist das derzeitige System nicht ausgelegt: „Capacity Wall“ wird in 2015 erwartet
Entwicklung des europäischen Luftverkehrs
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Der Himmel über Deutschland –der verkehrsreichste Tag 2007 14. September 2007, 15.00 Uhr bis 19.00 Uhr
Grün = AnflugRot = AbflugBlau = ÜberflugGelb = innerdeutscher Flug
Seite : 6
Warum SESAR?Ein sicheres und effizientes Lufttransportsystem ist ein sehr wichtiger Faktorfür die europäische Wirtschaft! Kapazität, Sicherheit und Effizienz müssendaher verbessert werden.Das SESAR Programm unterstützt die operationelle Implementierung der SES Gesetzgebung.
SESAR definiert das ATM Netzwerk der Zukunft und steuert dessenImplementierung.
SESGesetz-gebung SESAR Definitionsphase SESAR Entwicklungs und
Implementierungsphase
SESAR: unter den Top-Ten Prioritäten derBarroso-Kommission
SESAR: unter den Top-Ten Prioritäten derBarroso-Kommission
2006 2008 2013 2020
SESAR – Das ATM Netzwerk für Europa
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Seite : 7
Politische Erwartung:
Verkehrssteigerung 3fache Kapazität für 2020
Sicherheit Verbesserung um einen Faktor 10
Umweltschutz 10% Verbesserung
Wirtschaftlichkeit Halbierung der gesamten unmittelbaren ATM-Kosten
Performance-Ziele (Meilensteindokument „D2“):
Verkehrssteigerung Abdeckung von + 73% für 2020
Sicherheit Verbesserung um einen Faktor 3
Umweltschutz bedeutender Beitrag
Wirtschaftlichkeit Halbierung der gesamten unmittelbaren ATM-Kosten
SESAR - Das ATM Netzwerk für Europa
Seite : 8
SESAR Development Phase 2008 – 2013Work Breakdown Structure (Level 1 and 2)
Work Programme Management
(A)
Target Concept And Architecture
Maintenance(B)
Master Plan Maintenance
(C)
ATM NetworkR&D Programme
(D)
Long-Term and Innovative Research
Programme(E)
SESAR Joint Undertaking
Programme
Support(WP1)
R&D Overall Consistency
(WP2)
Validation Infrastructure
(WP 3)
R&D Transversal
Areas(WP16)
Network
En-route APP ATC
F/WOC
Airport
SWIM
Aircraft
En Route Operation
NetworkOperation
TMA Operation
Airport Operations
Information Management CNS
WP 4
WP 5
WP 6
WP 7WP 8
WP 9 WP 10
WP 11
WP 12
WP 13WP 15WP 14
SWIM Thread
TransversalThread
System ThreadOperational Thread
Management
DFS
EUROCONTROL
EUROCONTROL
DSNA AENA
ENAV
EURO-CONTROL
Airbus Thales + Indra
EUROCONTROL NATSLFV NATMIG Thales
+ SELEX
Thales + SELEX
SELEX + Indra
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Seite : 9
Konzept Highlights
Seite : 10
Kontinuierliche gemeinsame Verfeinerung der Planungerhöht die Planungsgenauigkeit
Plan refinement:•Arrival capacity•Departure planning•Weather
•Forecasts, •Airline Plans,•Schedule Dev,•Military Exercises,•Major Events•Airspace Design
Negotiation on: •Schedules•Airspace,•Routes, •Resources.
FLIGHT OBJECT
YEARS 6 MONTHS
PlanningBusinessDevelopment Execution
HOURS MINUTES
Business Development
Trajectory
SBT
Shared Business Trajectory
SBT SBT SBT SBT RBTBDT
Reference Business Trajectory
DAYS
SWIMNet
L
R
C
D
AOC
BA/GA
MIL
ACFT ATM
APT
NETman
•Local capacity mgt. •Traffic balancing •Real time synchronisation•Tactical De-Confliction
Tactical Actions
MET
Durch Systemweites Informationsmanagementgreifen alle Nutzer auf die gleichen Daten zu.
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Seite : 11
4 D Trajektorien basierte Flugverkehrskontrolle• Im gemeinsamen Planungsprozess entwickelt der Nutzer eine erste
“Wunschtrajektorie”, noch nicht präzise, doch bereits mit 4D Elementen.
• Im weiteren Planungsprozess wird diese in ein “Gesamtverkehrsbild”integriert und verfeinert.
• Wetter, geänderte Nutzerwünsche und die Situation des gesamtenNetzwerkes zum Zeitpunkt des Fluges führen zu Änderungen derTrajektorie (z.B. Sperrung von Lufträumen, Kapazitätsgrenzen)
• Der gesamte Prozess findet als kollaborativer Planungsprozess unterEinbindung der Nutzer statt. Das Ergebnis ist eine“Referenztrajektorie” mit der das Lfz losfliegt. Diese kann sich biszum Abflug kontinuierlich ändern.
• Die Trajektorie nutzt stets die aktuellsten verfügbaren Daten.• Die Nutzer können auch während des Fluges ihre Trajektorien
anpassen. Dies geschieht in einem definierten CDM Prozess. Taktische zeitkritische Eingriffe durch Pilot/Fluglotsen sind weiterhinmöglich.
• Die ANSP werden auch weiterhin Trajektorien für alle Nutzerkalkulieren, die diese nicht während des Fluges zur Verfügung stellenkönnen.
Seite : 12
EXECUTION PHASE
ExecutedBT
Cleared RBTA
Lifecycle der Business Trajectory (BT)
ATM Network System Wide Information Sharing
years months Take-offHours/minutes
Airs
pace
Use
r Dom
ain
RBT
Constraints Ref. BT
Updating
Network-implications
SBT
Constraints Shared BT
Optimising
May consider constraints
PLANNING PHASE
Developing
BDT
Network awareness
historic perf. data,new perf. targets
BUSINESS DEVELOPEMENT PHASE
Sufficientlystabalised
Newdata
Acuratetake-off time
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Seite : 13
Reference Business Trajectory (RBT)
ClearedRBT
CurrentPosition
EXECUTEDRBT
Die RBT wird durch das Lfz geflogen, es seidenn, Eingriffe sind aus taktischenSeparationsgründen, Sicherheitsgründenoder aus Gründen des Anflugmanagementserforderlich.
Die Crew wird duch Airborne Automation vom Start bis zur Landung und in der Rollphase in Ihren Aufgaben unterstützt. (GPS Karten und
Positionsdarstellung zum Rollen; Datalink, ASAS Tools etc.)
Durch Luftraumnutzer und ATM vereinbarte Trajektorie.
PLANNEDRBT
Seite : 14
Verkehrslenkungskonzept für hochkomplexe Terminal Areasmit dem Ziel der KapazitätsmaximierungProgressive Implementierung neuer Kontrollverfahren: (precision trajectory clearances PTC):
• 2D-PTC mit dichtem lateral separiertem Routennetzwerk− mehr SIDs and STARs um taktische Eingriffe zu reduzieren.
• 3D-PTC (tubes and cones) mit vertikalen Flugprofilen− Höhere Anzahl von An- und Abflugrouten im hochkomplexen Luftraum
• 4D-Separation entlang der 3 D Routen, Nutzung von “time/speed control”• ASAS Anwendungen (spacing, separation)
Dynamische Anwendung dieser Verfahrenerlaubt die Auswahl optimalerFlugprofile angepasst an die Verkehrssituation
KapazitätFlexibilität
VorhersagbarkeitPünktlichkeit
Sicherheit
Kosten
Emissionen/Lärm
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Seite : 15
High Complexity TMA Concept 3D-RNP routes (tubes and cones)
Seite : 16
Verkehrslenkung im En-Route Bereich mittlerer Komplexitätmit dem Ziel der Kapazitäts- Effizienz und Flexibilitätssteigerung
Verkehrslenkung entwickelt sich in Richtung von Precision Trajectory Clearances sowie “Verträgen” und ASAS Selbststaffelung in definiertenLufträumen
• Free routing nahe an dem vom Nutzer gewünschten Flugprofil• 4D Trajectory Management mit verbesserter Vorhersage der Trajectorie
unterstützt präzisere Konfliktvorhersage und Monitoring von Flugprofilen• Dadurch reduziert sich die Arbeitslast der Fluglotsen• “4D contract clearances” für ca. 20-30 minuten oder für eine FIR/FAB• Der “4D contract” entspricht der RBT soweit konfliktfrei• Ansonsten wird ein konfliktfreier Alternativflugweg “verhandelt”• Flügen mit “4D contract” könnte eine Priorität gegenüber anderen Flügen
eingeräumt werden; ATC würde andere Flüge gegenüber diesen staffeln
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ASAS Anwendungen
• Situational Awareness – auf dem Flughafen und in der Luft• Sequencing and Merging – im Nahverkehrsbereich (TMA) für An- und Abflüge
sowie im Enroute Bereich sofern die Geschwindigkeitsunterschiede gering sind• Crossing and Passing – im Enroute Bereich zur Lösung individueller Konflikte• Self-Separation
− Piloten haben die Separationsverantwortung gegenüber jedem anderenVerkehr (in definierten Lufträumen)
− Ausrüstung erforderlich; Automation an Bord des Luftfahrzeuges
− Alle Flüge sind dem ATM System bekannt
Alle ASAS Anwendungen stellen eine zusätzliche Redundanz im ATM System dar und haben das Potential, die Sicherheit zu erbessern.
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Luftraumorganisation und Management: Gemeinsames zivil –militärisch integriertes Kapazitäts- und Luftraummanagement
• Hochflexible und zeitnahe Zuweisung von militärischen Übungslufträumenof unter Berücksichtigung der “mission profiles” (FUA concept).
• Militärische Übungslufträume werden so gestaltet, dass sie eineerfolgreiche Durchführung militärischen Trainings sicherstellen, gleichzeitigaber die geringstmöglichen Einschränkungen für den anderen, zivilenLuftverkehr ermöglichen.
• Dieses erfordert einen gemeinsamen Planungsprozess, auf FAB Level, derzivile Verkehrsströme und militärische Notwendigkeiten gleichermassen in Betracht zieht. (Regionale ATFCM/ASM Planung)
• “Military variable profile areas” werden genau auf die für die militärischeMission erfoderlichen Dimensionen zugeschnitten.
• Einheitliche Klassifizierung der Lufträume nach ICAO vereinfacht die Struktur und ermöglicht nutzergerechte Services.
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Flughäfen sind in den ATM Prozess umfänglicheingebunden• Fortschrittliche CDM Prozesse des gesamten “turn around” Prozesses verbesserndie Realisierung der Kundenwünsche sowie die gemeinsame “situational awareness”
• Enroute-to-Enroute Concept: Kopplung von “arrival und departure management”und dem “turnaround management”
• Nachfrageprognosen basieren auf dem 4D Planungsprozess
• Neue Anflugverfahren zur Kapazitätserhöhung, z.B. Synthetic Vision bei Low Visibility Procedures, Reduzierung der Staffelung auf dem Final Approach durch ASAS Anwendungen und zeitbasierte Staffelung
• Verbesserte “situational awareness” für Fluglotsen und Piloten durch A-SMGCS Systeme und den Link zur Cockpit Display Technologie
• Der Rollprozess wird als integraler Bestandteil der Prozesskette von der Ankunft biszum Abflug gesehen
•An der Umweltauswirkung orientierte Lösungen berücksichtigen die Trade-offs zwischen verschiedenen Effekten (z.B. Lärm versus Abgasmenge).
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Die Rolle des Menschen imLuftverkehrssystem der Zukunft
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A Highly Collaborative
Network
Die Rolle des Menschen
Pilots
ATCZiv/Mil
AOC/Mil
- Weniger taktische Eingriffe durchverbesserte Planung und präzisereFlugwegverfolgung.- Aktive Rolle in der Separation, kann dieseVerantwortung aber unter definiertenBedingungen delegieren.- Unterstützt durch Automation zurKonflikterkennung und Lösung, Systemüberwachung und Conformance Monitoring.
- Letztendliche Verantwortung für die Sicherheit des Luftfahrzeuges.- Stellt sicher, dass das Lfz in Einklang mitder vereinbarten Trajectory fliegt.- Die Verantwortung für die Separation kannan den Piloten delegiert werden.- Der Pilot wird dabei durchAutomatisierung und Tools unterstützt.
Rollenin SESAR
Landseite
Luftseite
- Aktive Rolle in allen Phases des Planungsprozesses.- Einen größeren Einfluss auf die ATC Entscheidungen durch Kommunikationder Nutzer Präferenzen.
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Der Weg
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Der Weg in die Zukunft - einige Anmerkungen!
• Ein revolutionärer Approach wird nicht funktionieren!
• Daher wird ein “Step by step approach” anvisiert.
• Keine “one size fits it all” Lösungen!
• Politische und rechtliche Rahmenbedingungen sind zu schaffen.
• Ein “Sozialer Dialog” ist erforderlich, da sich Rollen und Arbeitsumfeldvieler Menschen tiefgreifend verändern werden.
• Die Umsetzungsprobleme liegen oft im Detail.
• ASAS Anwendungen sind keine Anarchie sondern nutzen klar definierteVerfahren, ein “mixed mode” ist nicht in Sicht!
• Mit ICAO kompatible und global abgestimmte Verfahren und Technologiensind erforderlich.
• Die Nutzer des Netzwerkes sind unmittelbar einzubinden.
2013 2020 Jahr der Erstverfügbarkeit
2017 20252009Nutzung
Nutzung
Nutzung
Fliegen 4-dimensionaler WuschflugbahnenAutonome Staffelung der Flugzeuge in ausgewiesenen LufträumenPräzisionsflug räumlich und zeitlich (4D)Dynamische Sektoren
Ausweitung der neuen BetriebsmodiFliegen von Präzisionstrajektorien gemäß Nutzerwunsch (3D)Autonome Staffelung bei StreckenflugmanövernSynthetische Sicht im AnflugVerknüpfung der Sicherheitsnetze Bord und Boden
Erstes Fliegen der gewünschten FlugbahnenVerkehrsflußsteuerung basierend auf abgestimmter WunschtrajektorieFliegen von Präzisionstrajektorien gemäß Nutzerwunsch (2D) Fliegen von Präzisionstrajektorien auf Routen mit Höhenprofil (3D)Flexible militärische Übungsräume
Einführen des TrajektorienmanagementsVerkehrsflußplanung im europaweiten NetzplanFliegen von Präzisionstrajektorien auf Routen (2D)Automatische Rollführung am Boden
Vorbereitung auf neue BetriebsverfahrenAnlegen eines europaweiten NetzplansVernetzte Anflug/Abflugplanung an großen FlughäfenLuftlagedaten im Cockpit bei schlechter Sicht
Umsetzung laufender MaßnahmenLärm- und treibstoffarme An-/Abflüge (Continuous Descent Approach/ Continuous Climb Departure)Collaborative Decision Making am FlughafenBessere Ausnutzung der Landebahn/RollwegeNutzung
Impl.
Implementierung
F&E
Nutzung
Nutzung
Nutzung
Nutzung
Nutzung
Implementierung
F&E
Implementierung
F&E
F&E
Implementierung
Implementierung
F&E
SESAR Master Plan - ATM Service Levels
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