- See and Avoid
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See and Avoid (engl., sinngemäß „aufpassen und vermeiden“) bezeichnet Maßnahmen zur Sicherheit im Flugverkehr, vor allem um Zusammenstöße in der Luft zu vermeiden. Aufgrund des technischen Fortschritts wandelt sich der Begriff zu „Sense & Avoid“ (abtasten/erkennen durch Sensoren und automatisch verhindern). Damit werden auch unbemannte Flugzeuge (UAV) einbezogen, die immer mehr am militärischen Luftverkehr teilnehmen. Der Begriff enthält nicht nur das reine Aufpassen und Reagieren des/der Piloten im Flugzeug, sondern auch alle anderen Maßnahmen zur Sicherheit im Flugverkehr am Boden und in der Luft, zur Vorbereitung und bei der Durchführung des Fluges, technisch und organisatorisch.
Inhaltsverzeichnis
Hintergrund
Bis in die 1930er stand Piloten der Luftraum weitgehend unangemeldet und unbegrenzt zur Verfügung. Sie wurden nur durch geologische Gegebenheiten, hoheitliche oder politische Regelungen oder Überflugverbote beschränkt.
Durch die Zunahme des Luftverkehrs wuchs die Gefahr von Zusammenstößen in der Luft. Deshalb wurde der Flugverkehr vom Boden aus durch ein System von Vorschriften und Fluglotsen überwacht und geregelt. Weitere Gründe waren die zunehmende Größe und Geschwindigkeit der Flugzeuge und bessere Instrumente, mit denen auch bei schlechter Sicht und nachts geflogen werden konnte (IFR). Der Luftverkehr wurde auf ausgewählte Gebiete und Luftstraßen begrenzt und lief nach strengen Regeln ab. Dadurch sollte das Risiko des Verfliegens (Abweichen vom Kurs) und von Zusammenstößen reduziert werden.
Aufgrund des technischen Fortschritts sind die Gebiete mit kontrollierten Luftverkehr wieder auf den ganzen Luftraum der Erde ausgedehnt. Die Flugdichte wird dadurch allerdings nicht reduziert, weil der Flugverkehr stark zunimmt. Zu berücksichtigen sind weiter unkontrollierte Flüge in der Sportfliegerei (Segelflugzeuge, Ultralights etc.), Kleinfliegerei (Geschäftsfliegerei, Behördenflüge) und militärische Flüge. Zumindest in Europa werden militärische Flüge mittlerweile durch eine zivil und militärisch besetzte Luftraumüberwachung gesteuert.
Ebenfalls beherrscht werden muss das Risiko von Zusammenstößen in den An- und Abfluggebieten der Flughäfen und in den Wartekorridoren. Trotz steigender Flugdichte können die räumlichen Gegebenheiten am Boden und in der Luft meistens nicht angepasst werden.
Der Mensch stößt aufgrund der Belastungen als Pilot schnell an seine physischen und psychischen Grenzen. 25% der Unfälle im Luftverkehr sind auf Pilotenfehler zurückzuführen. Der Anteil steigt, weil technische Defekte aufgrund besserer Technik immer seltener werden, der Mensch jedoch eine konstante Fehlerquelle bleibt.
Dennoch ist Fliegen relativ sicher. Bezogen auf die Personenkilometer ist das Flugzeug das sicherste Verkehrsmittel. Pro 10 Millionen Flugbewegungen gibt es nur einen Unfall mit fatalen Folgen. Obwohl der Flugverkehr jährlich um 6 % steigt und sich in den letzten 30 Jahren verdreifacht hat, nimmt das Unfallrisiko ab. Das ist ein Erfolg der konsequenten Flug- und Luftraumüberwachung und Fortentwicklung des Systems See & Avoid. Der künftige Schwerpunkt wird sein, die menschlichen Fehler weiter zurückzudrängen.
Faktor Mensch im System
Piloten stoßen auch nach gutem Training an ihre Grenzen. Beispiel: Die Zeit vom Auftreffen eines Sehreizes am Auge bis zur Verarbeitung im Gehirn beträgt 0,1 Sekunden. Hinzu kommt im Idealfall eine Reaktionszeit von 0,3 Sekunden bis zum Einleiten von Gegenmaßnahmen. In diesen insgesamt 0,4 Sekunden bewegen sich zwei Verkehrsflugzeuge 200 Meter aufeinander zu.
Das menschliche Auge löst in 2 Kilometer Entfernung Gegenstände unter 0,6 Meter nicht mehr auf. Das entspricht z. B. dem Rumpfdurchmesser eines Segelflugzeuges. Langsame Objekte erkennt das Auge nur schwer und jeder Mensch hat einen blinden Fleck, wo er nichts sieht. Das Auge muss sich auf ein erkanntes Objekt scharf stellen, dabei verschwimmen andere Objekte. Auch das Gehirn verliert andere Objekte aus dem Bewusstsein, wenn es sich auf einzelne Objekte konzentriert.
Nach maximal drei Stunden Konzentration sinkt die menschliche Aufmerksamkeit, Langenstreckenflüge dauern heute aber 10 Stunden und mehr. Routine und Gewöhnung an Gefahren lassen die Aufmerksamkeit weiter sinken. Außerdem müssen Piloten Bordsysteme überwachen und können dadurch relativ lange nicht in die Flugrichtung schauen und den Luftraum beobachten.
Sinngemäß gelten die gleichen Faktoren auch für die Menschen in der Luftraumüberwachung am Boden.
Diese Beispiele zeigen, dass das Höchstmaß an Sicherheit nicht allein von den beteiligten Menschen im Luftverkehr abhängig sein kann, sondern durch eine Reihe von technischen Maßnahmen am Boden und in der Luft gestützt und entsprechend den technischen Möglichkeiten laufend weiter entwickelt werden muss. Der Mensch bleibt aber der verantwortende Teil im System und bleibt bei technischen Ausfällen voll gefordert.
Technische Maßnahmen an den Flugzeugen
Passive Systeme/Elemente am Flugzeug
Diese Maßnahmen verbessern die Wahrnehmbarkeit des Flugzeuges durch andere Piloten. Außerdem umfassen sie Systeme, mit denen andere Flugzeuge und Hindernisse erkannt werden, die Nutzung von Autopilot-Systemen sowie das Ausweichen auf weniger beflogene Gebiete.
Wichtige Elemente der passiven Flugsicherheit sind Flugführungssystem (Flight Management System (FMS), Autopilot) und die Nutzung und Einordnung in den überwachten Flugverkehr. Es soll den Flugweg genau vorplanen, automatisch einhalten und den Piloten entlasten, sodass er den nahen Luftraumes um sich herum konzentrierter beobachten kann. Der Pilot kann damit auch Zonen mit hohen Flugaufkommen meiden. Moderne Flugplanungssysteme können Alternativen mit weniger Flugverkehr vorschlagen und militärische Übungsgebiete sowie Einzugsbereiche von Großflughäfen meiden. Das erfordert auch eine Aktualisierung während des Fluges, besonders bei Verspätungen und Verlust des Slots am Ziel.
Die Farbgebung des Flugzeugs sollte viel Kontrast gegen Hintergründe am Himmel und zum Boden liefern. Das ist durch großflächige Mehrfarbigkeit von maximal drei Farben zu erreichen. Dabei darf die Farbgebung die Konturen nicht brechen, ein Tarneffekt muss verhindert werden. Durch Reflexionen (glänzende Lacke/ Polituren) der Sonne und des Mondes kann die Erkennbarkeit weiter gesteigert werden.
Beleuchtung und besonders Blitzlampen (Strobelights) steigern die Erkennbarkeit weiter und sollten Tag wie Nacht in Betrieb sein.
Größere Cockpitfenster erzeugen eine bessere Sicht nach außen. Videokameras für eine Rundumsicht um das Flugzeug sind beim Airbus A 380 bereits serienmäßig.
Die Kleinfliegerei und Spazierflüge ohne FMS und aktive Warnsysteme bleiben ein Problem, solange es nicht genügend kleine Systeme gibt und in den Flugzeugen der allgemeinen Luftfahrt vorgeschrieben sind. In Europa müssen solche Flüge aber bei der Luftüberwachung angemeldet werden. Dadurch können entsprechende Warnmeldungen den anderen Piloten übermittelt und im FMS berücksichtigt werden.
Weitere passive Maßnahmen sind Empfänger an Bord, die elektromagnetische Abstrahlungen anderer Flugzeuge empfangen und auswerten. Bei entsprechender Entfernung und Richtung können sie die eigenen Piloten warnen, ohne jedoch die anderen Piloten zu informieren. Letzteres ist nur möglich, wenn beide Flugzeuge mit diesen Systemen ausgerüstet sind.
Aktive Elemente am Flugzeug
Aktive Elemente sind Sensoren und Systeme, die aktiv die Umgegend abtasten (durch Ultraschall, Mikrowellen (Radar) oder Laser). Hier ist das Traffic Alert and Collision Avoidance System (TCAS/ ACAS) in seinen verschiedenen Ausbaustufen zu nennen. Diese Systeme empfangen die Flugdaten anderer Flugzeuge, werten sie aus und können bei Annäherungen warnen. In einer weiteren Ausbaustufe senden sie eigene Kennungen und Daten. In der höchsten Ausbaustufe warnen sie bei Annäherungen und ändern automatisch die Flugbahn. Beide Ausbaustufen sind im Einsatz. Die ersteren werden wegen geringeren Gewichtes und geringeren Energieverbrauchs in kleineren Flugzeugen und Hubschraubern verwendet. Die höhere Ausbaustufe ist in Verkehrsflügen Vorschrift. Ziel muss es werden TCAS/ ACAS in der höchsten Ausbaustufe in alle Flugzeuge, auch die der Kleinfliegerei einzuführen. Das setzt allerdings weitere Miniaturisierung, geringen Stromverbrauch bei großer Reichweite und günstigere Beschaffungskosten voraus.
Problemkreis UAV
Auch wenn der Pilot hier am Boden bleibt, bewegt sich das Fluggerät auf dem vorgeplanten Flugweg, was sich bei den großen UAV wie Global Hawk und EuroHawk rein technisch in der Ausrüstung und Verfahren nicht von modernen Verkehrsflugzeugen unterscheidet. Diese UAV haben Transponder und TCAS II an Bord und reagieren automatisch, wie die Verkehrsflugzeuge im Gefahrenfalle. Weiteres Hilfsmittel ist, dass die Sicht in Flugrichtung/ um das Fluggerät herum durch Videokameras aufgenommen zum Boden übertragen werden kann. Hier ergeben sich jedoch Zeitverzögerungen durch den Übertragungsweg, was eine weitere Automatisierung durch entsprechende erkennende Sensoren/ automatische Bildverarbeitung als Weiterentwicklung zu Sense & Avoid nach sich zieht, woraus die bemannte Fliegerei einen weiteren Vorteil ziehen kann.
Weblinks
- Site zur Vorbereitung von Flügen unter See & Avoid
- Artikel in Avionics Magazine (engl.)
- Artikel zur Bilderkennung (PDF-Datei; 277 kB)
- Beitrag zu Sense & Avoid bei UAV (PDF-Datei; 454 kB)
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