Cyfrowe niebo

Każdej nocy między 23:30 i 2:30 prawie bez okien odrzutowce z charakterystycznymi brązowymi ogonami zbiegają się w Louisville, KY. Jeden po drugim, około 90 samolotów z floty United Parcel Service ląduje w węźle dystrybucyjnym firmy przy lotnisku w Louisville, wyładowuje około 600 000 paczek, przeładowuje i ponownie wzbija się w powietrze. System jest niezwykle wydajny i pomógł utrzymać UPS jako dziewiątą co do wielkości linię lotniczą w kraju.

Jednak wraz z rozwojem branży doręczania przesyłek i coraz większym zatłoczeniem na niebie o północy nad Louisville, UPS zwraca się ku nowej technologii, aby ograniczyć liczbę przylotów i odlotów. W radykalnym eksperymencie, który może dać wgląd w przyszłość kontroli ruchu lotniczego, UPS wykorzystuje nowe systemy satelitarne, mając nadzieję na odstawienie konwencjonalnych technologii radarowych. Korzystając z nowych narzędzi cyfrowych, piloci mogliby spojrzeć na wyświetlacze w kokpicie pokazujące ich dokładną pozycję, pozycje innych samolotów UPS oraz mapę lotniska i jego pasów startowych – wyświetlacz możliwy dzięki połączeniu technologii pozycjonowania satelitarnego i cyfrowych łączy danych między samolotami. Kontrolerzy ruchu lotniczego nadal prowadziliby pokaz, ale piloci zyskaliby narzędzie do utrzymywania bardziej precyzyjnych odstępów podczas startu i lądowania.

Ta historia była częścią naszego wydania z marca 2001 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Jeśli eksperyment UPS zadziała, mówi Dave Ford, czołowy urzędnik Federalnej Administracji Lotnictwa zaangażowany w inicjatywę przewoźnika towarowego, może to stanowić model poprawy bezpieczeństwa i wydajności w ogólnym krajowym systemie kontroli ruchu lotniczego. Jednym z celów jest ograniczenie wtargnięć na pas startowy i wypadków. Uważamy, że ta technologia może nam pomóc w tych obszarach. Uważamy, że istnieje duży związek z wydajnością, mówi.

Wydajność jest zdecydowanie bodźcem dla UPS. Wierzymy, że możemy zwiększyć przepustowość przy tej samej infrastrukturze lotniskowej, mówi rzecznik firmy Ken Shapero. Jeśli uda nam się sprowadzić samoloty szybciej lub szybciej, możemy pokonać konkurencję. UPS przewiduje, że technologia przyniesie 20-procentowy skok wydajności w Louisville. Skrócenie o 20 do 30 sekund między niektórymi lądowaniami i startami może skrócić o około pół godziny nocne sortowanie firmy, co stanowi znaczną oszczędność, gdy Twoja firma zależy od dostarczania przesyłek na czas. Liczby są tak przekonujące, że UPS przygotowuje się do uzyskania zgody FAA jeszcze w tym roku na wykorzystanie systemu odstępów między podejściami i odlotami w Louisville, a także współpracuje z innymi przewoźnikami towarowymi, aby dążyć do jeszcze szerszego wdrożenia.

Teraz pytanie brzmi, czy to, co jest dobre dla branży cargo, jest również dobre dla tego, co znawcy branży lotniczej żartobliwie nazywają ładunkiem samozaładowczym – podróżującym społeczeństwem. Czy te technologie satelitarne i łącza danych mogą pomóc uniknąć impasu w ruchu lotniczym? Teoretycznie mogłyby one zapewnić funkcjonowanie lotnisk z pełną przepustowością w mglistej pogodzie, umożliwić samolotom lądowanie parami na blisko rozmieszczonych równoległych pasach startowych, umożliwić bardziej precyzyjne lądowania według przyrządów i pomóc samolotom uniknąć kolizji z pasami startowymi. Jeśli ten zestaw technologii stanie się powszechnie dostępny, my w branży usług [kontroli ruchu lotniczego] możemy faktycznie wyprzedzić krzywą popytu, mówi Frank Marchilena, wiceprezes wykonawczy giganta kontroli ruchu lotniczego Raytheon.

Jak każdy pasażer w LaGuardia, O’Hare czy Newark wie, system kontroli ruchu lotniczego pozostaje w tyle za krzywą popytu. Opóźnienia osiągnęły rekordowy poziom w latach 1999 i 2000, a problem zapowiada się na pogorszenie. W zeszłym roku w Stanach Zjednoczonych odleciało 670 milionów pasażerów; FAA przewiduje, że w 2010 roku poleci 1 miliard pasażerów. Według statystyk FAA, zła pogoda ponosi lwią część winy za opóźnienia związane z kontrolą ruchu lotniczego. Ale pogoda powoduje powszechne spustoszenie, po części dlatego, że dzisiejsze systemy kontroli ruchu lotniczego to mozaika technologii stworzonych w ciągu ostatniego półwiecza, które są rozciągane do granic możliwości przez coraz większą liczbę podróżnych. Technologia radarowa znacznie się poprawiła, odkąd została przystosowana do cywilnej kontroli ruchu lotniczego po II wojnie światowej, ale podstawowa procedura pozostaje taka sama. Kontrolerzy pędzą samoloty wzdłuż ograniczonej liczby autostrad na niebie, monitorowanych przez radary. Gdy pogoda nie dopisuje, kontrolerzy zamykają część autostrad, tworząc korki. Zła pogoda skłania również kontrolerów do wymuszenia większych odległości buforowych między samolotami, zwiększając opóźnienia.

W latach 90. pojawienie się technologii Global Positioning System (GPS), w której precyzyjne lokalizacje można ustalać za pomocą triangulacji sygnałów z dowolnego z 24 satelitów wojskowych, obiecało nowe podejście. Korzystając z GPS, piloci mogą określić swoją dokładną lokalizację bez polegania na naziemnych nadajnikach nawigacyjnych. W ciągu ostatniej dekady, współpraca kilku finansowanych przez rząd laboratoriów, w tym Bedford, MITER z siedzibą w MA i Lincoln Laboratory w MIT, opracowała nowy sposób ciągłego przesyłania cyfrowych informacji o pozycji GPS i innych danych cyfrowych między samolotami i kontrolerami. Dzięki tej sieci informacji cyfrowych (znanej wtajemniczonym jako ADS-B lub Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) samoloty mogą stale wymieniać dane dotyczące lokalizacji, prędkości, planu lotu, rozmiaru i typu samolotu, liczby pasażerów i pogody.

System można traktować jako linie telefoniczne i modemy najnowszej generacji w pojawiającym się Internecie lotniczym – jeden termin jest używany do opisania rosnącego przepływu danych między samolotami, kontrolerami, załogami naziemnymi i obiektami obsługi technicznej samolotów. UPS Aviation Technologies jest jedyną firmą, która opracowała wyświetlacze w kokpicie certyfikowane przez FAA do odbierania i wyświetlania informacji z tego nowo opracowanego łącza danych, ale inne firmy, w tym GE-Honeywell, Rockwell Collins i L-3 Communications, pracują nad własnymi systemami.

Zasadnicze przejście na narzędzia satelitarne wymagałoby ogromnych wysiłków w celu osiągnięcia konsensusu wśród pilotów, kontrolerów i regulatorów. Jak osiągnąć konsensus? W kontroli ruchu lotniczego rzeczy są raczej reaktywne niż proaktywne i prawdopodobnie tak się tutaj stanie, mówi Jim Kuchar, profesor nadzwyczajny aeronautyki i astronautyki w MIT. Zmiana w całym systemie nastąpi albo z powodu poważnego problemu z przeciążeniem, albo dlatego, że wysiłki takie jak UPS uczynią go bardziej atrakcyjnym. Jeśli UPS zadziała i pokaże wszystkie te korzyści, być może inni powiedzą: „przyjrzymy się temu jeszcze raz”.

Jednak to drugie spojrzenie może nastąpić powoli. Cztery lata temu pilot United Airlines, Rocky Stone, zaproponował wykorzystanie nowej technologii satelitarnej do zwalczania zatorów, umożliwiając sparowane lądowania podczas słabej widoczności na znanym ze mgły lotnisku w San Francisco, gdzie pasy startowe są oddalone od siebie o 250 metrów. Ale pomysł okazał się niepraktyczny na krótką metę, mówi Dave Jones, który kieruje wysiłkiem United na rzecz poprawy wydajności w centrum w San Francisco. Aby wdrożyć strategię, United zdał sobie sprawę, że będzie potrzebował Boeinga i Airbusa do zatwierdzenia nowych wyświetlaczy w kokpicie, pilotów i kontrolerów do ich akceptacji, a FAA do certyfikacji sprzętu i aplikacji. A nawet gdyby United zainstalowało system, jego samoloty i tak musiałyby dostosować się do innych samolotów, którym brakowało tej technologii. W obliczu tych przeszkód linia lotnicza odłożyła plan na półkę i zamiast tego bada zaawansowane narzędzia i procedury oparte na radarach.

Doświadczenie United pokazało fundamentalną trudność we wdrażaniu tej nowej technologii: jest to propozycja typu wszystko albo nic. O ile wszystkie samoloty wokół danego lotniska nie są w niego wyposażone, nie można polegać na systemie w zakresie odstępów, unikania kolizji lub wielu innych. Musi istnieć cała architektura przestrzeni powietrznej, na którą wszyscy muszą się zgodzić, mówi Robert Rosen z NASA Ames Research Center w Moffett Field w Kalifornii. Nic z tego nie jest dzisiaj na miejscu. To [ADS-B] jest jak kawałek układanki, a nawet może być jej kamieniem węgielnym. Ale jego wdrożenie wciąż nie rozwiązuje wielu naszych problemów.

Sprawa narzędzi satelitarnych jest znacznie bardziej przekonująca, gdy infrastruktura radarowa jest nierówna lub nie istnieje, a korzyści w zakresie bezpieczeństwa są oczywiste. Jednym z takich miejsc jest region Alaski o powierzchni 260 000 kilometrów kwadratowych Jukon-Kuskokwim Delta, gdzie dostawy i transport małymi samolotami są podstawowym sposobem na życie i śmierć. Duża część Alaski nie ma zasięgu radarów, wież kontroli ruchu lotniczego ani utwardzonych pasów startowych (żwirowe pasy startowe to luksus), co sprawia, że ​​obszar ten bardziej przypomina odległe regiony Afryki lub Chin niż 48 niższych stanów. W latach 90. na Alasce co drugi dzień miał miejsce średnio jeden wypadek lotniczy, w tym 186 śmiertelnych wypadków, w których zginęło 398 osób. W ciągu tej dekady Alaska odpowiadała za 37 procent wszystkich wypadków lotniczych w kraju i 20 procent wszystkich zgonów w wypadkach lotniczych.

W 1998 roku ta rzeź skłoniła Kongres do przeznaczenia 11 milionów dolarów na instalację nowego sprzętu w 155 małych samolotach na Alasce. Firma UPS Aviation Technologies dostarczyła awionikę, a obecnie system oparty na GPS jest używany przez kontrolerów ruchu lotniczego z Anchorage do kierowania małymi samolotami w odległej, bagiennej delcie. I podczas gdy kraje pozbawione radarów, takie jak Australia, a nawet Mongolia, zaczynają rozmieszczać narzędzia satelitarnego ruchu lotniczego, region Alaski jest pierwszym miejscem w Stanach Zjednoczonych – i jedynym w przewidywalnej przyszłości – aby przejść na 100% satelitarny kontrola ruchu lotniczego. (W eksperymencie UPS w Louisville, radar nadal kierowałby samoloty na lotniska i z powrotem. Narzędzia satelitarne pomogłyby jedynie w zbliżeniu i odlocie).

Mniej jasne jest, czy technologia może dokonać podobnych inwazji gdzie indziej. Jedną z obaw było to, czy sygnały satelitarne GPS są wystarczająco solidne i niezawodne, aby służyć jako podstawa kontroli ruchu lotniczego. Ale raport z 1999 roku Johns Hopkins Applied Physics Laboratory pomógł rozwiać obawy, że sygnały satelitarne – słabe w porównaniu z radarami naziemnymi – są zagrożone zakłóceniami spowodowanymi promieniowaniem słonecznym, zaburzeniami atmosferycznymi lub hakerami terrorystycznymi. Jak wynika z badania, pojawiają się technologie, które mogą znacznie zmniejszyć podatność na zagłuszanie sygnału GPS. A w zakresie, w jakim sygnały satelitarne są zniekształcane przez atmosferę lub inne zakłócenia, można je zweryfikować i poprawić w celu uzyskania dodatkowej dokładności za pomocą naziemnych systemów wspomagania, takich jak te instalowane przez Raytheon.

Kolejną fundamentalną kwestią jest to, czy nowe wyświetlacze w kokpicie mogą rozpraszać pilotów i czy nowe obowiązki nawigacyjne ich przeciążą. Błąd ludzki jest przyczyną co najmniej 80 procent wszystkich wypadków i incydentów w lotnictwie, mówi Kim Cardosi, kierownik programów zajmujących się czynnikami ludzkimi w Volpe Center w Departamencie Transportu USA w Cambridge, MA. Środowisko pracy jest tak złożone, że może je nastawić na popełnianie błędów, i przed tym musimy się wystrzegać w tych systemach i wyświetlaczach. Musimy upewnić się, że [piloci] nie są przytłoczeni informacjami, a jeśli popełnią błąd, można go naprawić, zanim będzie miał poważne konsekwencje.

Napływ danych i wyświetlaczy niesie ze sobą nowe źródła zamieszania. Kuchar przytacza szereg wypadków, w których doszło do rozbieżności między tym, co myślał komputer, a tym, co myślał człowiek, jak na przykład katastrofa Boeinga 757 linii American Airlines w 1995 r. podczas zbliżania się do Cali w Kolumbii. Samolot uderzył w górę, zabijając 160 osób, kiedy autopilot został poinstruowany, aby poleciał w kierunku radiolatarni, o której pilot myślał, że znajduje się w pobliżu Cali, ale w rzeczywistości znajdowała się w pobliżu Bogot. W tym przypadku technologia radarowa i system autopilota pomogły doprowadzić pasażerów do śmierci po pozornie błahym błędzie pilota. Jeśli Stany Zjednoczone przestawią się na powszechne stosowanie [technologii satelitarnej], będą inne obszary na świecie, które tego nie zrobiły, wymagając od pilotów stosowania różnych procedur w różnych miejscach. Może to prowadzić do dodatkowych błędów i problemów, ostrzega Kuchar.

Pomimo tych pytań, prototypy postępują. Kluczowy dzień dla wysiłków UPS nadszedł w październiku ubiegłego roku, kiedy administrator FAA Jane Garvey przyleciała do Louisville na wspólną ocenę technologii przez FAA/UPS. Garvey wsiadł do boeinga 727 z UPS-a, którego kadłub nie miał typowego wyposażenia – tylko kilka kapsuł sprzętu komputerowego z przodu i 16 obitych skórą foteli pierwszej klasy przyśrubowanych do podłogi z tyłu. Siadając w pierwszym rzędzie, spojrzała na monitor komputera, na którym graficznie zobrazowano lotnisko w Louisville. Pasy startowe były usiane wolno poruszającymi się brązowymi trójkątami. Reprezentowały one samoloty wyposażone w system łącza danych, wymieniając między sobą dane o pozycji. To jest fajne, powiedział Garvey.

Poczekaj, aż zobaczysz film z pokładu samolotu, zażartował George Cooley, inżynier z UPS Aviation Technologies. Film rozpoczął się, gdy 727 powoli toczył się po drogach kołowania lotniska. Inne kołujące samoloty były wyraźnie widoczne na ekranie. Nagle na ekranie pojawił się niebieski trójkąt o wydłużonym czubku z igłą wskazującą na dużą prędkość. Chwilę później niebieski punkt stał się brązowy. Jim McDaniel, szef programów oceny technologii FAA, ogłosił, że samolot właśnie wystartował. Ale w rzeczywistości niebieski oznaczał samolot w powietrzu, brązowy samolot na pasie startowym. Chwilę później poprawił się. Myślałem, że w tym momencie startuje, ale lądował, powiedział.

Demonstracja miała jedynie pokazać, w jaki sposób technologia może zwiększyć świadomość na temat pasów startowych, a jej podstawowe korzyści były oczywiste. Nawet w mglistej pogodzie wyświetlacz w kokpicie dawałby wyraźny obraz ruchu na pasie startowym i natychmiast wskazywałby każdy niewłaściwy skręt. System działał idealnie. Z drugiej strony, jego tłumacz – w tym przypadku doświadczony urzędnik FAA – został przez chwilę zdezorientowany wyświetlaczem. Błąd był trafnym wykazaniem, dlaczego zatwierdzanie nowych technologii do kontroli ruchu lotniczego wymaga czasu: aby upewnić się, że wszystkie źródła nieporozumień zostały wykryte.

W miarę jak UPS forsuje swoją sprawę, pojawia się konsensus, że rosnący popyt wymusi zmiany w krajowym systemie kontroli ruchu lotniczego. Na krótką metę pewną ulgę może przynieść rozbudowa lotniska i nowa budowa; niektóre lotniska rozważają również wyższe opłaty za lądowanie w godzinach szczytu, aby zniechęcić do zgiełku w godzinach szczytu. Pod koniec zeszłego roku FAA ogłosiła system loterii do przydzielania godzin lotów w LaGuardia – co samo w sobie odpowiada za około jedną czwartą opóźnień w kraju – w celu zmniejszenia zatorów. Nowe procedury i zastosowania narzędzi radarowych zwiększają przepustowość lotnisk takich jak Dallas-Fort Worth. Ze swojej strony FAA zauważa, że ​​nawet w ruchliwych miastach system ma dużą pojemność poza godzinami szczytu. Wszystkie technologie, nad którymi pracujemy, stanowią część tortu i razem ostatecznie stworzą większą pojemność, ale w najlepszym przypadku będzie to przyrostowe, mówi Kathryn Creedy, rzeczniczka FAA.

Jednak Rosen z NASA przewiduje, że stopniowe podejście FAA dotrzyma kroku popytowi tylko przez następną dekadę. Ze względu na zapotrzebowanie na system wszyscy twórcy technologii koncentrują się na narzędziach nowej generacji, mówi Rosen. Zdajemy sobie jednak sprawę, że nawet po uruchomieniu i współpracy tych wszystkich narzędzi popyt jest tak duży, że wkrótce ponownie przekroczy możliwości.

Podstawowe technologie do satelitarnej kontroli ruchu lotniczego — system GPS, łącza danych, moc obliczeniowa i kompaktowe wyświetlacze w kokpicie — są pod ręką. Ale nic nie jest bliskie konsensusu co do tego, jak i czy szeroko je wdrażać. Jak dotąd publiczne oburzenie nie było wystarczająco głośne, linie lotnicze nie widziały uzasadnienia biznesowego, a FAA nie próbowała wymusić zmiany w całym systemie. Gridlock jest w oku patrzącego, mówi Rosen. Jednak wszyscy zgadzają się, że będzie gorzej, zanim stanie się lepszy.

W październiku ubiegłego roku UPS otrzymał dobrą wiadomość: firma otrzymała pierwszy certyfikat FAA dla swojego nowego urządzenia kokpitowego. To był tylko mały krok i tylko w bardzo ograniczonym celu, aby pomóc pilotom uzyskać lepsze widzenie i unikanie możliwości na niebie nad Louisville. Ale homologacja zasygnalizowała, że ​​system trafia na ekran regulacyjny radaru. McDaniel mówi, że wciąż jest z tym wiele wyzwań – wiele do rozwiązania. Piloci i kontrolerzy ruchu lotniczego są podekscytowani; istnieje duży potencjał, ale nie są ani trochę zawstydzeni, jeśli chodzi o to, czego potrzebuje - na przykład [zmniejszenie] bałaganu na ekranie.

Jeśli jednak uda się rozwiązać te problemy, inicjatywa UPS w Louisville może być pierwszym krokiem na drodze do zmniejszenia bałaganu na niebie.

ukryć