211service.com
De digitale hemel
Elke avond tussen 23.30 uur. en 2.30 uur, bijna raamloze jets met kenmerkende bruine staarten komen samen in Louisville, KY. Een voor een landen ongeveer 90 vliegtuigen van de United Parcel Service-vloot op het distributiecentrum van het bedrijf naast de luchthaven van Louisville, lossen ongeveer 600.000 pakketten op, herladen en vliegen weer de lucht in. Het systeem is opmerkelijk efficiënt en heeft ertoe bijgedragen dat UPS de op negen na grootste luchtvaartmaatschappij van het land is.
Maar nu het pakketbezorgbedrijf zich uitbreidt en de nachtelijke hemel boven Louisville steeds drukker wordt, wendt UPS zich tot nieuwe technologie om aankomsten en vertrekken te comprimeren. In een radicaal experiment dat wellicht een blik werpt op de toekomst van de luchtverkeersleiding, omarmt UPS nieuwe op satellieten gebaseerde systemen, in de hoop zichzelf af te leiden van conventionele, op radar gebaseerde technologieën. Met behulp van de nieuwe digitale tools konden piloten een blik werpen op cockpitdisplays die hun exacte positie, de posities van andere UPS-vliegtuigen en een kaart van de luchthaven en de start- en landingsbanen lieten zien - een weergave die mogelijk werd gemaakt door een combinatie van satellietpositioneringstechnologie en digitale datalinks tussen vliegtuigen. Luchtverkeersleiders zouden nog steeds de show runnen, maar piloten zouden een hulpmiddel krijgen om een nauwkeurigere afstand te behouden bij het opstijgen en landen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2001
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Als het UPS-experiment werkt, zegt Dave Ford, een topfunctionaris van de Federal Aviation Administration die betrokken is bij het initiatief van de vrachtluchtvaartmaatschappij, zou het een model kunnen bieden voor het verbeteren van de veiligheid en efficiëntie in het algehele luchtverkeersleidingssysteem van het land. Een van de doelen is het verminderen van runway incursions en ongevallen. We denken dat deze technologie ons op die gebieden kan helpen. En we denken dat er een grote link is met efficiëntie, zegt hij.
Efficiëntie is absoluut de drijfveer voor UPS. We denken dat we onze doorvoer kunnen vergroten met dezelfde luchthaveninfrastructuur, zegt bedrijfswoordvoerder Ken Shapero. Als we vliegtuigen sneller of sneller kunnen laten landen, kunnen we onze concurrentie verslaan. UPS voorspelt dat de technologie een capaciteitssprong van 20 procent zal opleveren in Louisville. Een vermindering van 20 tot 30 seconden tussen sommige landingen en starts kan ongeveer een half uur schelen in de nachtelijke sorteeroperatie van het bedrijf, een aanzienlijke besparing wanneer uw bedrijf afhankelijk is van het op tijd bezorgen van pakketten. De cijfers zijn zo overtuigend dat UPS zich voorbereidt om later dit jaar goedkeuring te krijgen van de FAA om het systeem te gebruiken voor naderings- en vertrekafstanden in Louisville en samen met andere vrachtvervoerders aan te dringen op een nog bredere implementatie.
De vraag is nu of wat goed is voor de vrachtindustrie ook goed is voor wat luchtvaartinsiders gekscherend zelfladende vracht noemen: het reizende publiek. Kunnen deze satelliet- en datalinktechnologieën helpen om een luchtverkeersblokkade te voorkomen? In theorie zouden ze ervoor kunnen zorgen dat luchthavens bij mistig weer op volle capaciteit blijven functioneren, vliegtuigen in paren laten landen op dicht bij elkaar liggende parallelle banen, nauwkeurigere instrumentlandingen mogelijk maken en vliegtuigen helpen om botsingen met de landingsbaan te voorkomen. Als deze reeks technologieën op grote schaal beschikbaar komt, kunnen wij in de [luchtverkeersleidings]dienstensector de vraagcurve zelfs voorlopen, zegt Frank Marchilena, uitvoerend vice-president van luchtverkeersleidingsgigant Raytheon.
Zoals elke passagier op LaGuardia, O'Hare of Newark weet, loopt het luchtverkeersleidingssysteem nu achter op de vraagcurve. De vertragingen bereikten recordniveaus in 1999 en 2000, en het probleem belooft alleen maar erger te worden. Vorig jaar vlogen 670 miljoen passagiers in de Verenigde Staten; de FAA voorspelt dat er in 2010 1 miljard passagiers zullen vliegen. Volgens FAA-statistieken krijgt het slechte weer het leeuwendeel van de schuld voor de vertragingen in verband met de luchtverkeersleiding. Maar het weer veroorzaakt wijdverbreide ravage, deels omdat de huidige luchtverkeersleidingssystemen een lappendeken zijn van technologieën die in de afgelopen halve eeuw zijn gebouwd en die door het steeds toenemende aantal reizigers tot het uiterste worden opgerekt. De radartechnologie is aanzienlijk verbeterd sinds de aanpassing voor civiele luchtverkeersleiding na de Tweede Wereldoorlog, maar de basisprocedure blijft hetzelfde. Controllers drijven vliegtuigen langs een beperkt aantal door radar gecontroleerde snelwegen in de lucht. Bij slecht weer sluiten verkeersleiders een deel van de snelwegen af, waardoor er files ontstaan. Slecht weer zorgt er ook voor dat verkeersleiders grotere bufferafstanden tussen vliegtuigen afdwingen, waardoor vertragingen toenemen.
In de jaren negentig beloofde de komst van Global Positioning System (GPS)-technologie - waarin precieze locaties kunnen worden vastgesteld door signalen van elk van de 24 militaire satellieten te trianguleren - een nieuwe benadering. Met behulp van GPS kunnen piloten hun exacte locatie bepalen zonder afhankelijk te zijn van navigatiebakens op de grond. In het afgelopen decennium heeft een samenwerking van verschillende door de overheid gefinancierde laboratoria, waaronder Bedford, MA-gebaseerde MITER en MIT's Lincoln Laboratory, een nieuwe manier ontwikkeld om continu digitale GPS-positie-informatie en andere digitale gegevens tussen vliegtuigen en controllers te verzenden. Met dit netwerk van digitale informatie (bij insiders bekend als ADS-B of Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) kunnen vliegtuigen continu gegevens uitwisselen over locatie, snelheid, vluchtplan, vliegtuiggrootte en -type, aantal passagiers en het weer.
Het systeem kan worden gezien als de nieuwste generatie telefoonlijnen en modems in een opkomende luchtvaartinternet-term die wordt gebruikt om de toenemende gegevensstroom tussen vliegtuigen, verkeersleiders, grondpersoneel en vliegtuigonderhoudsfaciliteiten te beschrijven. UPS Aviation Technologies is het enige bedrijf dat cockpitdisplays heeft ontwikkeld die door de FAA zijn gecertificeerd om informatie van deze nieuw ontwikkelde datalink te ontvangen en weer te geven, maar anderen, waaronder GE-Honeywell, Rockwell Collins en L-3 Communications, werken aan hun eigen systemen.
Een fundamentele verschuiving naar op satellieten gebaseerde instrumenten zou een enorme inspanning vergen om consensus te bereiken tussen piloten, verkeersleiders en regelgevers. Hoe zou consensus kunnen worden bereikt? Bij de luchtverkeersleiding zijn dingen eerder reactief dan proactief, en dat is waarschijnlijk wat hier gaat gebeuren, zegt Jim Kuchar, universitair hoofddocent luchtvaart en ruimtevaart aan het MIT. Er zal een systeembrede verandering plaatsvinden vanwege een groot congestieprobleem, of omdat inspanningen zoals UPS het aantrekkelijker maken. Als UPS dit ding werkend krijgt en het al deze voordelen laat zien, zullen anderen misschien zeggen: 'we zullen dit nog eens bekijken'.
Die tweede blik kan echter langzaam opkomen. Vier jaar geleden stelde United Airlines-piloot Rocky Stone voor om de nieuwe, op satellieten gebaseerde technologie te gebruiken om congestie te bestrijden door gepaarde landingen toe te staan bij slecht zicht op de beruchte mistige luchthaven van San Francisco, waar de start- en landingsbanen 250 meter van elkaar verwijderd zijn. Maar het idee bleek op korte termijn onpraktisch, zegt Dave Jones, die de inspanningen van United leidt om de efficiëntie van zijn hub in San Francisco te verbeteren. Om de strategie te implementeren, realiseerde United zich dat het Boeing en Airbus nodig had om nieuwe cockpitdisplays, piloten en controllers goed te keuren om ze te accepteren, en de FAA om apparatuur en applicaties te certificeren. En zelfs als United het systeem had geïnstalleerd, hadden zijn vliegtuigen nog steeds in lijn moeten komen met andere vliegtuigen die de technologie niet hadden. In het licht van deze obstakels heeft de luchtvaartmaatschappij het plan opgeschort en in plaats daarvan geavanceerde op radar gebaseerde tools en procedures onderzocht.
De ervaring van United illustreerde een fundamentele moeilijkheid bij het implementeren van deze nieuwe technologie: het is een alles of niets voorstel. Tenzij alle vliegtuigen rond een bepaalde luchthaven ermee zijn uitgerust, kan er niet op het systeem worden vertrouwd voor afstanden, het vermijden van botsingen of nog veel meer. Er moet een hele architectuur van het luchtruim zijn waar iedereen het mee eens moet zijn, zegt Robert Rosen van NASA's Ames Research Center in Moffett Field, CA. Niets van dat alles is vandaag op zijn plaats. Het [ADS-B] is een soort puzzelstukje, en het kan er zelfs een hoeksteen van zijn. Maar het is nog lang niet de oplossing voor veel van onze problemen.
De argumenten voor satelliettools zijn veel overtuigender waar de radarinfrastructuur vlekkerig is of niet bestaat - en waar de veiligheidsvoordelen duidelijk zijn. Een van die plaatsen is Alaska's 260.000 vierkante kilometer grote Yukon-Kuskokwim Delta-regio, waar leveringen en transport met kleine vliegtuigen een essentiële manier van leven en dood zijn. Een groot deel van Alaska heeft geen radardekking, geen luchtverkeersleidingstorens en geen verharde landingsbanen (gravel landingsbanen zijn een luxe), waardoor het gebied meer lijkt op afgelegen regio's van Afrika of China dan de onderste 48 staten. In de jaren negentig vond om de dag gemiddeld één vliegtuigongeluk plaats in Alaska, waaronder 186 dodelijke ongevallen waarbij 398 mensen omkwamen. Tijdens dat decennium was Alaska verantwoordelijk voor 37 procent van de totale vliegtuigongevallen in het land en 20 procent van de totale sterfgevallen door vliegtuigongelukken.
In 1998 zette dit bloedbad het Congres ertoe aan $ 11 miljoen toe te eigenen om nieuwe apparatuur te installeren in 155 kleine vliegtuigen in Alaska. UPS Aviation Technologies leverde de avionica en nu wordt het op GPS gebaseerde systeem gebruikt door luchtverkeersleiders in Anchorage om kleine vliegtuigen te begeleiden in de afgelegen, moerassige delta. En terwijl landen zonder radar zoals Australië en zelfs Mongolië satellietluchtverkeershulpmiddelen beginnen in te zetten, is de regio van Alaska de eerste plaats in de Verenigde Staten - en de enige in de nabije toekomst - die overgaat op 100 procent satellietgebaseerde luchtverkeersleiding. (In het UPS-experiment in Louisville zou radar nog steeds vliegtuigen van en naar luchthavens begeleiden. De satelliettools zouden alleen de naderings- en vertrekafstand helpen.)
Of de technologie ook elders een soortgelijke doorbraak kan maken, is minder duidelijk. Een punt van zorg was of GPS-satellietsignalen robuust en betrouwbaar genoeg zijn om als basis voor luchtverkeersleiding te dienen. Maar een rapport uit 1999 van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory hielp de vrees weg te nemen dat satellietsignalen - zwak in vergelijking met radar op de grond - het risico lopen op verstoringen door zonnestraling, atmosferische storingen of terroristische hackers. Volgens de studie komen er technologieën op die de kwetsbaarheid voor het blokkeren van GPS-signalen aanzienlijk kunnen verminderen. En voor zover satellietsignalen worden vervormd door de atmosfeer of andere interferentie, kunnen ze worden geverifieerd en aangepast voor extra nauwkeurigheid met grondgebaseerde augmentatiesystemen zoals die worden geïnstalleerd door Raytheon.
Een andere fundamentele vraag is of nieuwe displays in de cockpit piloten kunnen afleiden en of nieuwe navigatieverantwoordelijkheden hen zullen overbelasten. Menselijke fouten zijn betrokken bij ten minste 80 procent van alle ongevallen en incidenten in de luchtvaart, zegt Kim Cardosi, manager van programma's voor menselijke factoren bij het Volpe Center van het Amerikaanse Department of Transportation in Cambridge, MA. De werkomgeving is zo complex dat ze fouten kunnen maken, en daar moeten we voor waken in deze systemen en displays. We moeten ervoor zorgen dat [piloten] niet worden overspoeld door informatie, en dat wanneer ze een fout maken, deze kan worden gecorrigeerd voordat deze ernstige gevolgen heeft.
De infusie van gegevens en displays brengt nieuwe bronnen van verwarring met zich mee. Kuchar haalt een aantal ongevallen aan waarbij er een discrepantie was tussen wat de computer dacht en wat de mens dacht, zoals de crash van een Boeing 757 van American Airlines in 1995 bij het naderen van Cali, Colombia. Het vliegtuig sloeg tegen een berg aan, waarbij 160 mensen omkwamen, toen de automatische piloot de opdracht kreeg om naar een radarbaken te vliegen waarvan de piloot dacht dat het in de buurt van Cali was, maar dat in werkelijkheid in de buurt van Bogot was. In dit geval hielpen radarbakentechnologie en het stuurautomaatsysteem passagiers naar hun dood te leiden na een schijnbaar triviale pilootfout. Als de Verenigde Staten overschakelen op wijdverbreid gebruik van [satellietgebaseerde technologie], zullen er andere gebieden in de wereld zijn die dat niet hebben gedaan, waardoor piloten op verschillende plaatsen verschillende procedures moeten gebruiken. Dit kan leiden tot extra fouten en problemen, waarschuwt Kuchar.
Ondanks deze vragen vorderen prototypes. Een belangrijke dag voor de inspanningen van UPS kwam afgelopen oktober, toen FAA-beheerder Jane Garvey naar Louisville vloog voor een gezamenlijke FAA/UPS-evaluatie van de technologie. Garvey stapte in een UPS Boeing 727 waarvan de romp niet over de gebruikelijke inrichting beschikte - slechts enkele pods met computerapparatuur voorin en 16 met leer beklede eersteklasstoelen die aan de vloer achterin waren vastgeschroefd. Ze nam plaats op de eerste rij en wierp een blik op een computerscherm waarop een grafische weergave van de luchthaven van Louisville te zien was. De landingsbanen waren bezaaid met langzaam bewegende bruine driehoeken. Dit waren vliegtuigen die waren uitgerust met het datalinksysteem, waarbij positiegegevens met elkaar werden uitgewisseld. Dit is cool, zei Garvey.
Wacht maar tot je de film tijdens de vlucht ziet, grapte George Cooley, een ingenieur bij UPS Aviation Technologies. De film begon toen de 727 langzaam langs de taxibanen van de luchthaven rolde. Andere taxiënde vliegtuigen waren duidelijk zichtbaar op het scherm. Plots verscheen er een blauwe driehoek op het scherm, waarvan de punt langwerpig was met een naaldneus die hoge snelheid aangaf. Even later werd de blauwe vlek bruin. Jim McDaniel, hoofd van de technologie-evaluatieprogramma's van de FAA, kondigde aan dat er net een vliegtuig was opgestegen. Maar in feite betekende blauw een vliegtuig in de lucht, bruin een vliegtuig op het asfalt. Even later corrigeerde hij zichzelf. Ik dacht dat het op dat moment aan het opstijgen was, maar het was aan het landen, zei hij.
De demonstratie was alleen bedoeld om te laten zien hoe de technologie het bewustzijn van de landingsbaan kon vergroten, en de fundamentele voordelen waren duidelijk. Zelfs bij mistig weer zou het cockpitdisplay een duidelijk beeld hebben gegeven van het baanverkeer en een verkeerde afslag onmiddellijk duidelijk hebben gemaakt. Het systeem werkte perfect. Aan de andere kant was de tolk - in dit geval een ervaren FAA-functionaris - even in de war geraakt door het display. De fout was een treffende demonstratie van waarom goedkeuring van nieuwe technologieën voor luchtverkeersleiding tijd kost: om ervoor te zorgen dat alle bronnen van verwarring zijn weggenomen.
Terwijl UPS zijn zaak promoot, ontstaat er een consensus dat de groeiende vraag veranderingen in het luchtverkeersleidingssysteem van het land zal afdwingen. Op korte termijn kan enige verlichting komen van luchthavenuitbreiding en nieuwbouw; sommige luchthavens overwegen ook hogere landingsrechten in de spits om de drukte in de spits te ontmoedigen. Eind vorig jaar kondigde de FAA een loterijsysteem aan voor de toewijzing van vluchttijden op LaGuardia - dat op zichzelf verantwoordelijk is voor ongeveer een kwart van de vertragingen in het land - om congestie te verminderen. Nieuwe procedures en toepassingen van radartools vergroten de capaciteit op luchthavens zoals Dallas-Fort Worth. De FAA merkt van haar kant op dat het systeem zelfs in drukke steden voldoende capaciteit heeft in de daluren. Alle technologieën waar we aan werken, pakken een deel van de taart aan, en samen zullen ze uiteindelijk meer capaciteit creëren, maar het zal op zijn best incrementeel zijn, zegt Kathryn Creedy, een woordvoerster van de FAA.
NASA's Rosen projecteert echter dat de incrementele benadering van de FAA de komende tien jaar slechts gelijke tred zal houden met de vraag. Vanwege de vraag naar het systeem richten alle technologieontwikkelaars zich op tools van de volgende generatie, zegt Rosen. Maar we erkennen dat zelfs nadat al deze tools aanwezig zijn en samenwerken, de vraag zodanig is dat deze binnenkort weer de capaciteit zal overschrijden.
De basistechnologieën voor op satellieten gebaseerde luchtverkeersleiding - het GPS-systeem, datalinks, rekenkracht en compacte cockpitdisplays - zijn voorhanden. Maar er is niets dat in de buurt komt van consensus over hoe en of ze op grote schaal moeten worden ingezet. Tot nu toe is de publieke verontwaardiging niet luid genoeg geweest, hebben de luchtvaartmaatschappijen de businesscase niet gezien en heeft de FAA niet geprobeerd een systeembrede verandering af te dwingen. Gridlock is in the eye of the beholder, zegt Rosen. Iedereen is het er echter over eens dat het eerst erger zal worden voordat het beter wordt.
Afgelopen oktober kreeg UPS goed nieuws: het bedrijf ontving de eerste FAA-certificering voor zijn nieuwe cockpitapparaat. Het was maar een kleine stap en slechts voor een zeer beperkt doel, om piloten te helpen beter zicht te krijgen en te ontwijken in de lucht boven Louisville. Maar de goedkeuring gaf wel aan dat het systeem zijn weg vindt naar het regelgevende radarscherm. Er zijn nog steeds veel uitdagingen, er moet veel worden opgelost, zegt McDaniel. De piloten en luchtverkeersleiders zijn enthousiast; er is veel potentieel, maar ze zijn niet in het minst verlegen over wat het nodig heeft - bijvoorbeeld [het verminderen] van de rommel op het scherm.
Als die problemen kunnen worden opgelost, kan het UPS-initiatief in Louisville misschien wel de eerste stap zijn om de rommel in de lucht te verminderen.