Den digitale himmel

Hver aften mellem 23.30. og kl. 02.30 konvergerer næsten vinduesløse jetfly med karakteristiske brune haler på Louisville, KY. Et efter et lander omkring 90 fly i United Parcel Service-flåden ved selskabets distributionshub, der flankerer Louisville-lufthavnen, udtømmer omkring 600.000 pakker, genlæser og rammer himlen igen. Systemet er bemærkelsesværdigt effektivt, og det har været med til at holde UPS oppe som landets niende største flyselskab.

Men med pakkeleveringsvirksomheden udvidet og midnatshimlen over Louisville bliver overfyldt, vender UPS sig til ny teknologi for at komprimere ankomster og afgange. I et radikalt eksperiment, der kan give et indblik i fremtiden for flyvekontrol, omfavner UPS nye satellitbaserede systemer i håb om at vænne sig fra konventionelle radarbaserede teknologier. Ved hjælp af de nye digitale værktøjer ville piloter kigge på cockpitskærme, der viser deres præcise position, positionerne for andre UPS-fly og et kort over lufthavnen og dens landingsbaner - en visning aktiveret af en kombination af satellitpositioneringsteknologi og digitale datalinks mellem fly. Flyveledere ville stadig køre showet, men piloter ville få et værktøj til at opretholde mere præcis afstand ved start og landing.

Denne historie var en del af vores marts 2001-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Hvis UPS-eksperimentet virker, siger Dave Ford, en topembedsmand fra Federal Aviation Administration, der er involveret i fragtflyselskabets initiativ, kan det udgøre en model til at forbedre sikkerheden og effektiviteten i landets overordnede lufttrafikkontrolsystem. Et mål er at reducere indtrængen og ulykker på landingsbanen. Vi tror, ​​at denne teknologi kan hjælpe os på disse områder. Og vi synes, der er en stor sammenhæng med effektivitet, siger han.

Effektivitet er absolut ansporet til UPS. Vi tror på, at vi kan øge vores gennemløb med den samme lufthavnsinfrastruktur, siger selskabets talsmand Ken Shapero. Hvis vi kan bringe fly hurtigere ind eller hurtigere ud, kan vi slå vores konkurrenter. UPS forudser, at teknologien vil give et kapacitetspring på 20 procent i Louisville. En reduktion på 20 til 30 sekunder mellem nogle landinger og starter kan barbere omkring en halv time fra virksomhedens natlige sorteringsoperation, en betydelig besparelse, når din virksomhed er afhængig af at levere pakker til tiden. Tallene er så overbevisende, at UPS forbereder sig på at søge FAA-godkendelse senere på året for at bruge systemet til indflyvnings- og afgangsafstande i Louisville og går sammen med andre fragtskibe for at presse på for en endnu bredere implementering.

Spørgsmålet er nu, om det, der er godt for fragtindustrien, også er godt for det, som luftfartsinsidere i spøg kalder selvlastende last - det rejsende publikum. Kan disse satellit- og datalinkteknologier hjælpe med at afværge lufttrafik? I teorien kunne de holde lufthavne i fuld kapacitet i tåget vejr, tillade fly at lande i par på tæt anbragte parallelle landingsbaner, muliggøre mere præcise instrumentlandinger og hjælpe flyvemaskiner med at undgå kollisioner på landingsbanen. Hvis denne suite af teknologier bliver bredt tilgængelig, kan vi i [flyvekontrol]-serviceindustrien faktisk komme foran efterspørgselskurven, siger Frank Marchilena, executive vice president for flyvekontrolgiganten Raytheon.

Som enhver passager hos LaGuardia, O'Hare eller Newark ved, halter flyvekontrolsystemet bagefter efterspørgselskurven nu. Forsinkelser ramte rekordniveauer i 1999 og 2000, og problemet lover at blive værre. Sidste år fløj 670 millioner passagerer i USA; FAA forudser, at 1 milliard passagerer vil flyve i 2010. Ifølge FAA-statistikker får dårligt vejr hovedparten af ​​skylden for de flyvekontrolrelaterede forsinkelser. Men vejret forårsager udbredt kaos, blandt andet fordi nutidens flyvekontrolsystemer er et kludetæppe af teknologier bygget i løbet af det sidste halve århundrede, og som bliver strakt til det yderste af det stadigt stigende antal rejsende. Radarteknologien er væsentligt forbedret, siden den blev tilpasset til civil lufttrafikkontrol efter Anden Verdenskrig, men den grundlæggende procedure forbliver den samme. Controllere flokker fly langs et begrænset antal radarovervågede motorveje på himlen. Når vejret er dårligt, lukker controllere nogle af motorvejene, hvilket skaber trafikpropper. Dårligt vejr får også controllere til at håndhæve større bufferafstande mellem fly, hvilket øger forsinkelserne.

I løbet af 1990'erne lovede fremkomsten af ​​Global Positioning System (GPS) teknologi - hvor præcise placeringer kan fastlægges ved at triangulere signaler fra en hvilken som helst af 24 militærsatellitter - en ny tilgang. Ved hjælp af GPS kan piloter bestemme deres nøjagtige placeringer uden at være afhængige af jordbaserede navigationsbeacons. I løbet af det sidste årti har et samarbejde mellem adskillige regeringsfinansierede laboratorier, herunder Bedford, MA-baserede MITER og MITs Lincoln Laboratory, udviklet en ny måde til kontinuerligt at transmittere digital GPS-positionsinformation og andre digitale data mellem flyvemaskiner og controllere. Med dette netværk af digital information (kendt af insiders som ADS-B eller Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) kan fly løbende udveksle data om placering, hastighed, flyveplan, flystørrelse og -type, antal passagerer og vejr.

Systemet kan opfattes som den seneste generation af telefonlinjer og modemer i et spirende Aviation Internet-one-begreb, der bruges til at beskrive den stigende datastrøm blandt fly, controllere, jordbesætninger og flyvedligeholdelsesfaciliteter. UPS Aviation Technologies er det eneste firma, der har udviklet cockpitskærme, der er certificeret af FAA til at modtage og vise information fra dette nyudviklede datalink, men andre - inklusive GE-Honeywell, Rockwell Collins og L-3 Communications - arbejder på deres egne systemer.

Et grundlæggende skift til satellitbaserede værktøjer ville kræve en monumental indsats for at opnå konsensus blandt piloter, controllere og regulatorer. Hvordan kunne konsensus opnås? I flyvekontrol har tingene en tendens til at være reaktive frem for proaktive, og det er nok det, der kommer til at ske her, siger Jim Kuchar, lektor i luftfart og astronautik ved MIT. En systemomspændende ændring vil enten ske på grund af et stort overbelastningsproblem, eller fordi indsatser som UPS gør det mere attraktivt. Hvis UPS får denne ting til at fungere, og den viser alle disse fordele, vil andre måske sige, 'vi vil se på det her igen.'

Det andet blik kan dog være langsomt på vej. For fire år siden foreslog United Airlines-piloten Rocky Stone at bruge den nye satellitbaserede teknologi til at bekæmpe overbelastning ved at tillade parrede landinger under dårlig sigtbarhed i den notorisk tågebundne lufthavn i San Francisco, hvor landingsbanerne ligger 250 meter fra hinanden. Men ideen viste sig upraktisk på kort sigt, siger Dave Jones, der leder Uniteds bestræbelser på at forbedre effektiviteten i San Francisco-hubben. For at implementere strategien indså United, at det ville have brug for Boeing og Airbus til at godkende nye cockpitskærme, piloter og controllere til at acceptere dem, og FAA til at certificere udstyr og applikationer. Og selv hvis United havde installeret systemet, ville dets fly stadig have skullet komme på linje med andre fly, der mangler teknologien. I lyset af disse forhindringer skrinlagde flyselskabet planen og udforsker i stedet avancerede radarbaserede værktøjer og procedurer.

Uniteds erfaring illustrerede en grundlæggende vanskelighed ved at implementere denne nye teknologi: det er et alt eller intet-forslag. Medmindre alle flyvemaskiner omkring en given lufthavn er udstyret med det, kan systemet ikke stole på med hensyn til afstand, kollisionsundgåelse eller meget andet. Der skal være en hel arkitektur af luftrummet, som alle er nødt til at acceptere, siger Robert Rosen fra NASAs Ames Research Center i Moffett Field, CA. Intet af det er på plads i dag. Det [ADS-B] er lidt ligesom en brik i puslespillet, og det kan endda være en hjørnesten i det. Men at have det på plads er stadig langt fra at have løst mange af vores problemer.

Sagen for satellitværktøjer er langt mere overbevisende, hvor radarinfrastrukturen er plettet eller ikke-eksisterende - og hvor sikkerhedsfordelene er indlysende. Et sådant sted er Alaskas 260.000 kvadratkilometer Yukon-Kuskokwim Delta-region, hvor leveringer og transport af små fly er en vigtig måde at leve på og dø. En stor del af Alaska har ingen radardækning, ingen flyvekontroltårne ​​og ingen asfalterede landingsbaner (gruslandingsbaner er en luksus), hvilket gør området mere som fjerntliggende regioner i Afrika eller Kina end de lavere 48 stater. I 1990'erne var der i gennemsnit én flyulykke i Alaska hver anden dag, inklusive 186 dødsulykker, der efterlod 398 mennesker døde. I løbet af det årti tegnede Alaska sig for 37 procent af landets samlede flyulykker og 20 procent af de samlede dødsfald ved luftulykker.

I 1998 fik dette blodbad Kongressen til at bevilge 11 millioner dollars til at installere nyt udstyr i 155 små flyvemaskiner i Alaska. UPS Aviation Technologies leverede flyelektronikken, og nu bliver det GPS-baserede system brugt af Anchorage-baserede flyveledere til at guide små fly i det fjerne, sumpede delta. Og mens radarløse lande som Australien og endda Mongoliet begynder at implementere satellitlufttrafikværktøjer, er Alaska-regionen det første sted i USA - og det eneste i en overskuelig fremtid - der flytter til 100 procent satellitbaseret luft trafik kontrol. (I UPS-eksperimentet i Louisville ville radaren stadig lede fly til og fra lufthavne. Satellitværktøjerne ville kun hjælpe med indflyvnings- og afgangsafstand.)

Om teknologien kan gøre lignende indtog andre steder er mindre klart. En bekymring har været, om GPS-satellitsignaler er robuste og pålidelige nok til at tjene som grundlag for flyvekontrol. Men en rapport fra 1999 fra Johns Hopkins Applied Physics Laboratory hjalp med at dæmpe frygten for, at satellitsignaler - svage sammenlignet med jordbaseret radar - er i risiko for forstyrrelser fra solstråling, atmosfæriske forstyrrelser eller terroristhackere. Teknologier dukker op, som i høj grad kan reducere sårbarheden over for GPS-signaljamming, ifølge undersøgelsen. Og i det omfang satellitsignaler fordrejes af atmosfæren eller anden interferens, kan de verificeres og justeres for ekstra nøjagtighed med jordbaserede forstærkningssystemer som dem, der installeres af Raytheon.

Et andet grundlæggende spørgsmål er, om nye skærme i cockpittet kan distrahere piloter, og om nye navigationsansvar vil overbelaste dem. Menneskelige fejl er involveret i mindst 80 procent af alle ulykker og hændelser i luftfarten, siger Kim Cardosi, leder af programmer for menneskelige faktorer ved det amerikanske transportministeriums Volpe Center i Cambridge, MA. Arbejdsmiljøet er så komplekst, at det kan sætte dem op til at lave fejl, og det er det, vi skal passe på i disse systemer og displays. Vi skal sikre os, at [piloter] ikke bliver overvældet af information, og at når de laver en fejl, kan det rettes, før det får alvorlige konsekvenser.

Infusionen af ​​data og displays bringer nye kilder til forvirring med sig. Kuchar citerer en række ulykker, hvor der har været et misforhold mellem, hvad computeren tænkte, og hvad mennesket tænkte, såsom styrtet i 1995 af en American Airlines Boeing 757 ved indflyvning til Cali, Colombia. Flyet bragede ind i et bjerg og dræbte 160 mennesker, da autopiloten blev instrueret i at flyve mod et radarfyr, som piloten troede var nær Cali, men som faktisk var tæt på Bogot. I dette tilfælde hjalp radarbeacon-teknologi og autopilotsystemet med at føre passagerer i døden efter en tilsyneladende triviel pilotfejl. Hvis USA skifter til udbredt brug af [satellitbaseret teknologi], vil der være andre områder i verden, der ikke har gjort det, hvilket kræver, at piloter bruger forskellige procedurer forskellige steder. Dette kan føre til yderligere fejl og problemer, advarer Kuchar.

På trods af disse spørgsmål er prototyper på vej frem. En nøgledag for UPS' indsats kom i oktober sidste år, da FAA-administrator Jane Garvey fløj til Louisville for en fælles FAA/UPS-evaluering af teknologien. Garvey trådte ind i en UPS Boeing 727, hvis skrog ikke havde nogen af ​​de sædvanlige møbler - kun adskillige bunker computerudstyr foran, og 16 læderbeklædte førsteklasses sæder boltet til gulvet bagtil. Hun tog plads på forreste række og kastede et blik på en computerskærm, der viste en grafisk afbildning af Louisville lufthavn. Banerne var oversået med langsomt bevægende brune trekanter. Disse repræsenterede flyvemaskiner udstyret med datalink-systemet, der udvekslede positionsdata med hinanden. Det her er fedt, sagde Garvey.

Vent, indtil du ser filmen ombord, sagde George Cooley, en ingeniør hos UPS Aviation Technologies. Filmen begyndte, da 727 rullede langsomt langs lufthavnens rulleveje. Andre taxiende fly var tydeligt synlige på skærmen. Pludselig dukkede en blå trekant op på skærmen, dens spids forlænget med en nålenæse, der indikerer høj hastighed. Et øjeblik efter blev den blå blip brun. Jim McDaniel, leder af FAA's teknologivurderingsprogrammer, meddelte, at et fly netop var lettet. Men faktisk betegnede blå et luftbårent fly, brunt et fly på asfalten. Et øjeblik efter rettede han sig selv. Jeg troede, at den lettede i det øjeblik, men den landede, sagde han.

Demonstrationen var kun beregnet til at vise, hvordan teknologien kunne øge bevidstheden om landingsbanen, og dens grundlæggende fordele var tydelige. Selv i tåget vejr ville cockpitdisplayet have givet et klart overblik over banetrafikken og med det samme tydeliggjort ethvert forkert sving. Systemet fungerede perfekt. På den anden side var dens tolk - i dette tilfælde en erfaren FAA-embedsmand - kortvarigt blevet forvirret over fremvisningen. Fejlen var en passende demonstration af, hvorfor godkendelse af nye teknologier til flyvekontrol tager tid: at sikre, at alle kilder til forvirring er blevet udelukket.

Mens UPS fremfører sin sag, er der ved at opstå en konsensus om, at stigende efterspørgsel vil fremtvinge ændringer i landets lufttrafikkontrolsystem. På kort sigt kan der komme en vis lettelse fra lufthavnsudvidelse og nybyggeri; nogle lufthavne overvejer også højere landingsgebyrer i spidsbelastningsperioder for at modvirke myldretiden. I slutningen af ​​sidste år annoncerede FAA et lotterisystem til tildeling af flyvetider på LaGuardia - som i sig selv tegner sig for omkring en fjerdedel af landets forsinkelser - for at reducere overbelastning. Nye procedurer og anvendelser af radarværktøjer øger kapaciteten i lufthavne som Dallas-Fort Worth. FAA på sin side bemærker, at selv i travle byer har systemet masser af kapacitet i lavsæsonen. Alle de teknologier, som vi arbejder på, adresserer en del af kagen, og sammen vil de i sidste ende skabe mere kapacitet, men det bliver i bedste fald gradvist, siger Kathryn Creedy, en FAA-talskvinde.

Imidlertid forventer NASAs Rosen, at FAA's trinvise tilgang kun vil holde trit med efterspørgslen i det næste årti eller deromkring. På grund af efterspørgslen på systemet fokuserer alle teknologiudviklere på næste generations værktøjer, siger Rosen. Men vi erkender, at selv efter at alle disse værktøjer er på plads og arbejder sammen, er efterspørgslen sådan, at den snart igen vil overstige kapaciteten.

De grundlæggende teknologier til satellitbaseret lufttrafikkontrol - GPS-systemet, datalinks, beregningskraft og kompakte cockpitskærme - er lige ved hånden. Men der er intet i nærheden af ​​konsensus om, hvordan og om de skal implementeres bredt. Indtil videre har det offentlige ramaskrig ikke været højt nok, flyselskaberne har ikke set business casen, og FAA har ikke forsøgt at fremtvinge en systemomspændende ændring. Gridlock er i beskuerens øje, siger Rosen. Alle er dog enige om, at det bliver værre, før det bliver bedre.

I oktober sidste år fik UPS gode nyheder: Virksomheden modtog den første FAA-certificering for sin nye cockpit-enhed. Det var kun et lille skridt og kun til et meget begrænset formål, at hjælpe piloter med at få forbedret se og undgå kapacitet i himlen over Louisville. Men godkendelsen signalerede, at systemet er på vej ind på den lovpligtige radarskærm. Der er stadig mange udfordringer med dette - meget skal løses, siger McDaniel. Piloterne og flyvelederne er begejstrede; der er et stort potentiale, men de er ikke det mindste blufærdige over, hvad det har brug for - for eksempel at [reducere] rod på skærmen.

Hvis disse problemer kan afhjælpes, kan UPS-initiativet i Louisville dog være det første skridt i at hjælpe med at reducere rod i himlen.

skjule