Wie werden Flugzeuge in großer Höhe getrennt?

Zunächst einmal gibt es keine Stallgeschwindigkeit , aber das ist ein eigenes Thema.

Das ATC-System hat zahlreiche Möglichkeiten, Flugzeuge getrennt zu halten, selbst auf hohem Niveau. Lassen Sie mich versuchen, einige der wichtigsten zusammenzufassen, beginnend mit der Planung, die passiert, wenn Flugzeuge noch am Boden ihres Abflughafens sind, bis hin zu dem, was passiert, wenn sie (zu) nahe kommen.

Flugzeuge, die auf der Strecke fliegen, folgen vordefinierten Routen (bekannt als Airways oder RNAV-Routen). Luftstraßen sind wie Autobahnen am Himmel und sorgen dafür, dass der Luftverkehr in vorhersehbaren Mustern verläuft. Dies macht es zu einer relativ einfachen Aufgabe, potenzielle Konflikte vorherzusagen (ein Konflikt bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Situation, in der sich zwei oder mehr Flugzeuge näher kommen als die vorgeschriebenen Abstandsmindestwerte), da jeder Flug im Voraus einen Flugplan sendet, der die geplante Route und Ebene detailliert enthält und Geschwindigkeit zu fliegen.

Atemwege haben nicht nur seitliche Pfade, sondern auch vertikale Beschränkungen. Dies bedeutet, dass Sie beim Folgen einer bestimmten Luftstraße in einem bestimmten Bereich vertikaler Ebenen fliegen müssen. Es ist ziemlich typisch für Fluglinien, den Verkehr auf „gerade“ oder „ungerade“ Niveaus zu beschränken. Eine gerade Höhe könnte in diesem Fall 34.000 Fuß, 36.000 Fuß, 38.000 Fuß usw. betragen, während eine ungerade Höhe 33.000 Fuß, 35.000 Fuß usw. betragen könnte. Die allgemeine Regel in den meisten Teilen der Welt lautet, dass Luftwege nach Osten den Verkehr erzwingen um ungerade Ebenen zu fliegen, während Luftwege nach Westen den Verkehr zwingen, gerade Ebenen zu fliegen. Dies dient als Rückfallverfahren, was im Prinzip bedeutet, dass zwei Flugzeuge, die in entgegengesetzte Richtungen fliegen (eines in Richtung Westen, das andere nach Osten), niemals auf derselben Höhe fliegen werden. Natürlich,

Wir haben uns jetzt einen Teil der permanenten Infrastruktur am Himmel angesehen, aber lassen Sie uns weiter hineinzoomen und uns den taktischen Aspekt der Flugplanung ansehen, insbesondere die Flugsicherung.

Fluglotsen, deren Aufgabe es ist, „einen sicheren und zügigen Fluss des Luftverkehrs aufrechtzuerhalten“, verwenden verschiedene technische Mittel, um Flugzeuge am Himmel getrennt zu halten. In vielen Teilen der Welt besteht ihre Aufgabe darin, große Mengen von Informationen, die in Echtzeit über den Flugverkehr empfangen werden, mit Radartechnologie zu verarbeiten und mit Flugzeugen über Funk zu kommunizieren. An Orten, an denen keine Radarabdeckung besteht, wie beispielsweise über großen Ozeanen, wird nur Funk verwendet. Wenn kein Radar verfügbar ist, müssen die Piloten regelmäßig das Funkgerät anrufen und eine detaillierte Positionsmeldung mit Angabe des Standorts, der Höhe, der Geschwindigkeit und der geplanten Route des Flugzeugs abgeben.

Anhand von Radar- oder Pilotenpositionsmeldungen werden Fluglotsen potenzielle Konflikte vorhersagen und versuchen, sie zu lösen. (Hier wird wirklich die Essenz Ihrer Frage beantwortet).

Es gibt ein paar verschiedene Mindestabstände . Um die Antwort etwas zu vereinfachen, nehmen wir an, wir arbeiten nur mit drei:

• vertikale Trennung (der vertikale Abstand, der zwischen zwei Flugzeugen erforderlich ist, die einander an (fast) derselben Position passieren

• horizontale Trennung (der horizontale Abstand, der zwischen zwei Flugzeugen erforderlich ist, die sich auf derselben oder in der Nähe derselben Ebene passieren)

• zeitbasierte Trennung (die erforderliche Mindestzeit zwischen Flugzeugen, die derselben Route auf derselben Ebene folgen)

Der vertikale Mindestabstand beträgt im Allgemeinen 2.000 Fuß, da die Höhenmesser und Radargeräte von Flugzeugen jedoch genauer geworden sind, wurde dies in vielen Gebieten der Welt (als RVSM-Luftraum bezeichnet) auf 1.000 Fuß reduziert. In Anbetracht der Tatsache, dass die meisten Verkehrsflugzeuge in einem Höhenband zwischen 30.000 Fuß und 40.000 Fuß fliegen, gibt Ihnen dies 10 verschiedene Höhen, mit denen Sie arbeiten können (30.000, 31.000, 32.000 und so weiter). Das bedeutet tatsächlich, dass es allein durch die vertikale Trennung möglich ist, 10 verschiedene Flugzeuge gleichzeitig an derselben Position zu haben, während sie noch getrennt sind.

Ein Flugzeug zu zwingen, auf einem nicht optimalen Niveau zu fliegen, ist natürlich nicht die perfekte Lösung in Bezug auf die Treibstoffeffizienz, aber es kann oft das kleinere Übel sein (im Gegensatz zu erzwungenen Geschwindigkeitsänderungen usw.).

Die horizontale Trennung wird durch (vorübergehende) Änderung der Flugrouten erreicht. Das mag nach einer großen Sache klingen, aber tatsächlich werden potenzielle Konflikte in der Regel so früh erkannt, dass nur sehr kleine Anpassungen erforderlich sind. Wenn Sie bei zwei Flugzeugen auf sich kreuzenden Strecken den Konflikt zwischen ihnen 10-15 Minuten im Voraus erkennen, reicht es oft aus, eines der Flugzeuge anzuweisen, seinen Kurs um nur 5 Grad anzupassen, um den Konflikt zu verhindern. Sobald sie passiert sind, weisen Sie sie einfach an, zu ihren geplanten Routen zurückzukehren. Dadurch ergeben sich nur unwesentlich längere Flugwege und somit nur geringe Auswirkungen auf den Treibstoffverbrauch.

Zeitbasierte Trennung mit Geschwindigkeitsregelung ist wahrscheinlich in den meisten Fällen der letzte Ausweg. Ein Flugzeug anzuweisen, seine Geschwindigkeit über einen längeren Zeitraum zu ändern, kann schwerwiegende Auswirkungen auf die Treibstoffeffizienz haben. Es besteht jedoch kein Grund zur Sorge, dass Flugzeuge gezwungen werden, genug zu verlangsamen, um einen Strömungsabriss zu riskieren (oder genug zu beschleunigen, um Schäden am Flugzeug zu riskieren). Zunächst einmal würde der Pilot solche Anweisungen der Flugsicherung niemals akzeptieren, und ATC müsste sich einen anderen Plan einfallen lassen. Darüber hinaus wurden Fluglotsen gründlich geschult und sind sich der Leistungsgrenzen verschiedener Flugzeuge bewusst.

Wie bei Kursanpassungen mag es Sie jedoch überraschen, wie wenig es braucht, um die Trennung mit der Geschwindigkeitsregelung sicherzustellen. Dies liegt daran, dass die meisten modernen Verkehrsflugzeuge tatsächlich mit sehr ähnlichen Geschwindigkeiten fliegen (normalerweise zwischen 75 % und 85 % der Schallgeschwindigkeit). Eine Änderung der Geschwindigkeit eines Flugzeugs um nur 1 % hat über große Entfernungen, wie z. B. einen Flug über den Nordatlantik, enorme Auswirkungen. Und so wie bei Ebenen, wo Sie im Prinzip ungefähr 10 nutzbare Ebenen haben, wenn Sie einen vertikalen Mindestabstand von 1.000 Fuß berücksichtigen, haben Sie möglicherweise auch ungefähr 10 verschiedene Geschwindigkeiten, mit denen Sie arbeiten können.

Insgesamt ist die Geschwindigkeitskontrolle eine sehr effiziente Möglichkeit, eine bereits bestehende Trennung aufrechtzuerhalten (z. B. zwei Flugzeuge, die einander auf derselben Route auf derselben Höhe folgen), da die Anweisung, mit derselben Geschwindigkeit zu fliegen, dafür sorgt, dass das letztere Flugzeug niemals fängt auf mit dem ehemaligen. Horizontale und vertikale Staffelung kann angewendet werden, wenn eine Staffelung hergestellt werden muss, beispielsweise zwischen Flugzeugen auf sich kreuzenden oder gegenüberliegenden Strecken.

Lassen Sie uns abschließend kurz besprechen, was passiert, wenn das System ausfällt. Das heißt, wenn die Flugsicherung aus dem einen oder anderen Grund nicht für den erforderlichen Abstand zwischen zwei Flugzeugen sorgt.

Alle modernen Verkehrsflugzeuge sind mit luftgestützten Kollisionsvermeidungssystemen (ACAS) ausgestattet, wobei die üblichste Form das TCAS ist. Die TCAS-Ausrüstung von zwei verschiedenen Flugzeugen in der Nähe zueinander kommuniziert direkt, um festzustellen, a) ob es zu einem Konflikt kommen wird und b) wie dieser am besten gelöst werden kann. Ich werde hier nicht ins Detail gehen, aber im Grunde werden die TCAS-Systeme herausfinden, wie der Konflikt gelöst werden kann, wenn vorausgesagt wird, dass sich zwei Flugzeuge zu nahe kommen, typischerweise indem sie eine Flugzeugbesatzung anweisen, abzusteigen, während die andere anweist, zu steigen. Die Tatsache, dass die TCAS-Systeme kommunizieren, stellt sicher, dass die gleiche Anweisung nicht an beide verschiedene Flugzeugbesatzungen ausgegeben wird (stellen Sie sich vor, die Flugzeuge fliegen auf der gleichen Höhe aufeinander zu, beide erhalten die Anweisung zum Steigen …). Wenn das TCAS ausgeht,

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass die Flugzeugtrennung auf die Planung hinausläuft. Wenn auf der Grundlage von Flugplänen, die von Hunderten von verschiedenen Flugzeugen empfangen wurden, vorhergesagt wird, dass eine bestimmte Route oder Ebene für einen bestimmten Zeitraum sehr ausgelastet sein wird, lässt das System einfach nicht zu, dass mehr Flugzeuge auf diese Weise fliegen. Sie werden umgeleitet oder ihre geplante Höhe geändert, noch bevor sie das Gate verlassen (was ihnen ermöglicht, bei Bedarf zusätzlichen Treibstoff mitzubringen, um eine etwas längere Strecke oder auf einer nicht optimalen Höhe zu fliegen). Einmal in der Luft, wird die Flugsicherung vertikale, horizontale und zeitbasierte Trennungen vornehmen, und wenn alle Stricke reißen, sorgen Computersysteme an Bord dafür, dass es tatsächlich zu keinen Kollisionen kommt.

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Ein paar Literaturhinweise zum Weiterlesen:

Kollision in der Luft - Über die Folgen von Ablösungsverlusten und wie man sie verhindert

Konflikterkennung - Beim Erkennen potenzieller Konflikte im ATC-System

ATM-Sektormanagement - Kapazitätsvorhersage und Reaktion auf Nachfrage in der ATC-Infrastruktur

Flight Plan Filling - Auf ATC-Flugplänen und deren Inhalt

Richtlinien für die Bereitstellung von Radartrennung - Einige Beispielberechnungen

Airborne Collision Avoidance System (ACAS) – Bei ACAS der letzte Ausweg, wenn alle Stricke reißen

Reduced Vertical Separation Minima (RVSM) – In den Teilen des Luftraums, in denen der minimale vertikale Abstand von 2.000 Fuß auf 1.000 Fuß reduziert ist

Der übliche Weg ist, die Höhe zu ändern. Über oder unter die andere Ebene gehen. Das TCAS/ACAS-System (die letzte automatische Warnung zur Vermeidung von Kollisionen) gibt den Piloten einen Steig- oder Sinkbefehl. Der minimale vertikale Abstand zwischen solchen vorbeifliegenden Flugzeugen sollte 1000 Fuß betragen. Typischerweise beträgt er 2000 Fuß, da die Höhen pro Richtung zugewiesen werden (ungerade Fahrt in eine Richtung, sogar Fahrt in die andere).

Außerdem gibt es nicht nur eine Höhe, auf der Flugzeuge fliegen. Wenn 2 Flugzeuge denselben Weg nehmen müssen, werden ihnen unterschiedliche Höhen zugewiesen. Es ist auch möglich, dass die Flugzeuge seitlich um ein Dutzend Meilen versetzt sind. ATC wird im Allgemeinen niemals zwei Flugzeuge so nahe bringen, dass sie abstürzen könnten. Wenn sie es getan haben, dann ist etwas schrecklich falsch und sollte untersucht werden. Die Regeln, wie nahe Flugzeuge sein dürfen, werden hier ausführlich beantwortet.

Ganz zu schweigen davon, wenn die Wahl zwischen einem möglichen Unfall oder höheren Kraftstoffkosten besteht, lautet die Antwort immer mehr Kraftstoff. Niemand kann das Einsparen von Kraftstoff bei Kollisionsgefahr rechtfertigen.