Ruimte in de lucht

Met het Future Air Navigation System geeft een vliegtuig in de lucht via een satelliet automatisch alle relevante gegevens door aan de luchtverkeersleiding. Het maakt het luchtruim een stuk groter.

Om de veiligheid van het vliegverkeer te kunnen garanderen moet de luchtverkeersleiding weten waar in het door haar bestreken gebied een vliegtuig zich bevindt. Maar niet alleen de positie, ook de vlieghoogte, snelheid en koers van elk toestel moeten steeds bekend zijn. Vaak worden die gegevens verkregen met behulp van radar. Waar geen radar is moet de afstand tussen vliegtuigen zeer ruim worden gehouden, wat een lage capaciteit van de luchtroutes tot gevolg heeft.

Een nieuwe techniek, FANS (Future Air Navigation System), biedt hier de helpende hand. De kern van het systeem is dat vliegtuigen de relevante gegevens via een satelliet voortdurend aan de luchtverkeersleiding doorgeven. De techniek, die ook bekend staat als CNS/ATM (Communications, Navigation and Surveillance/Air Traffic Management), verhoogt zowel de capaciteit als de vliegveiligheid.

In slechts een beperkt deel van de wereld maken luchtverkeersleiders gebruik van radar. Meestal zijn dit dichtbevolkte gebieden. Maar tussen die gebieden liggen zeeën, oceanen en ontoegankelijke of armlastige streken waar geen radarinstallatie te vinden is. Om deze streken veilig te overbruggen dienen vliegtuigen ver van elkaar verwijderd te blijven. Daarvoor zijn door de International Civil Avation Organiszation richtlijnen opgesteld.

Vliegroutes moeten ten minste 60 zeemijl (111 km) uit elkaar liggen en de verticale separatie tussen vliegtuigen moet ten minste 2.000 foot (610 m) bedragen. Een toestel dat op dezelfde hoogte dezelfde route vliegt als zijn voorganger, mag deze nooit dichter naderen dan tien minuten vliegen. Dat is gemiddeld ongeveer 150 km. Maar de separatie is vaak groter, bijvoorbeeld wanneer een vliegtuig achter een langzamer toestel aan de Atlantische Oceaan overvliegt. Om na de oversteek die vliegseparatie van tien minuten in acht te nemen dient het `achtervolgende' toestel bij het begin van de vlucht zijn voorganger een grotere voorsprong te geven.

Het gevolg van deze richtlijnen is dat de capaciteit van de routes beperkt is. Nu zou het in principe mogelijk zijn meer routes ver uit elkaar te leggen en het vliegverkeer te spreiden over 24 uur van de dag, maar de praktijk is anders. ``Het luchtruim is groot. Het probleem is echter dat iedereen in hetzelfde gebied wil vliegen met dezelfde snelheid, in dezelfde richting en op hetzelfde moment van de dag'', zegt Jeff Griffith van de Amerikaanse Federal Aviation Administration (FAA). Vertrek- en aankomsttijd zijn meestentijds gebonden aan de wens van de passagiers en vliegvelden zijn 's nachts wegens geluidshinder steeds vaker gesloten.

De enige oplossing is dus gelegen in een grotere capaciteit van de luchtroutes. Met FANS is dat mogelijk. Het principe is eenvoudig. Ieder verkeersvliegtuig heeft traagheidsnavigatie aan boord, die zeer nauwkeurig berekent in welke richting het vliegtuig zich beweegt. Zo is permanent bekend waar het toestel zich bevindt ten opzichte van het punt van vertrek. Hoe verder het vliegtuig van dat punt verwijderd is, hoe minder precies de positie bekend is. De onnauwkeurigheid kan tot enkele kilometers oplopen. Tegenwoordig wordt dit vaak aangevuld met het Global Positioning System (GPS). Dit systeem bestaat uit 24 satellieten waarvan er altijd zes tot elf boven de horizon zichtbaar zijn. Zij zenden elk op precies hetzelfde tijdstip signalen uit. Een GPS-ontvangstinstallatie in bijvoorbeeld een vliegtuig kan zijn positie tot op ongeveer tien meter nauwkeurig berekenen. Daarbij wordt gebruikgemaakt van het tijdsverschil tussen de ontvangst van de signalen en gegevens over de positie van de satellieten in relatie tot het middelpunt van de aarde.

De gegevens over de positie en hoogte van het vliegtuig, die deze systemen leveren, worden via een dataverbinding per communicatiesatelliet doorgegeven aan de luchtverkeersleiding. Dit onderdeel van FANS staat bekend als ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast). Zoals de naam al aangeeft worden de positiegegevens automatisch uitgezonden, wat voor de piloten een grote ontlasting betekent. Uiteraard moet er contact mogelijk zijn tussen de vliegers en de verkeersleiders. In FANS geschiedt dat via een datalink. Dit is sneller en betrouwbaarder dan het traditionele radioverkeer. In het frequentiebereik van de datalink zijn meer kanalen beschikbaar, wat congestie, waaraan de voice-communicatie nogal eens te lijden heeft, uitsluit.

De datacommunicatie verloopt via communicatiesatellieten van de organisatie Inmarsat. Dit zijn geostationaire, boven de evenaar staande, satellieten. Het gebied boven de 79 graden noorderbreedte kan hiermee niet bereikt worden, omdat het in de schaduw van de aarde ligt. Een proef van Cathay Pacific met een directe HF-datalink heeft uitgewezen dat het mogelijk is dit probleem te omzeilen: gegevens worden niet via een satelliet doorgegeven maar direct, wat wil zeggen in rechte lijn, van het vliegtuig naar de luchtverkeersleiding en omgekeerd. In het gebied beneden de 79 graden zuiderbreedte vindt geen commercieel luchtverkeer plaats, dus daar doet zich het probleem niet voor.

FANS is inmiddels bijna twee jaar in gebruik. In april 1998 verminderde de FAA in het noordelijke deel van de Stille Oceaan de afstand tussen luchtroutes van 60 tot 50 zeemijl. Het gebied waar FANSwordt gebruikt is sindsdien uitgebreid tot de gehele Stille Oceaan. Op 24 februari van dit jaar werd de verticale separatie in dit hele gebied teruggebracht van 2.000 tot 1.000 foot. Daarmee werd de capaciteit op slag verdubbeld. Verdere reductie van de horizontale afstand tussen vliegtuigen, zowel naast als achter elkaar, is mogelijk als meer gebruik wordt gemaakt van GPS. Dit is nauwkeurig tot op ongeveer 100 meter, veel beter dan traagheidsnavigatie. Vliegtuigen die nog niet geschikt zijn voor FANS moeten intussen andere routes volgen, tenzij ze – bijvoorbeeld als het niet te druk is – expliciet toestemming krijgen de FANS-routes te volgen.

FANS biedt niet alleen mogelijkheden boven zeeën en gebieden die niet door radar gedekt worden, het kan ook worden gebruikt als alternatief voor het huidige systeem van verkeersleiding. Het volgen van vaste routes is niet meer nodig. Vliegtuigen kunnen de kortste route kiezen, als het luchtruim tenminste niet te druk bezet is. Zo'n groter luchtruim bespaart brandstof, is dus minder milieu-onvriendelijk en reduceert het aantal vertragingen. Dat kan leiden, zo is berekend, tot een besparing van 6 miljard dollar per jaar.

Het is de bedoeling van de FAA om FANS ook in de Verenigde Staten zelf toe te passen. Dit plan heeft echter een vertraging van zes jaar opgelopen. Vooral de invoering van de datalink levert problemen op. De FAA heeft zich verkeken op de enorme hoeveelheid datacommunicatie die nodig is voor het grote aantal vluchten boven de VS.

In andere delen van de wereld is FANS nog niet zo ver gevorderd. In West-Europa is het systeem in geringere mate nodig, omdat er voldoende radarsystemen zijn. Wel zou het het aantal vertragingen, in West-Europa een groot probleem, kunnen terugbrengen. Concrete plannen voor de invoering zijn er nog niet, vooral omdat Europese landen gereserveerd staan tegenover GPS. Het gaat hier immers om een systeem dat door de Amerikaanse strijdkrachten wordt beheerd, waardoor de signalen van de GPS-satelliet in oorlogstijd voor niet-Amerikaanse civiele gebruikers wel eens aan nauwkeurigheid zouden kunnen inboeten. Met alle gevaren van dien. Verder speelt de privatisering van verkeersleidingsorganisaties een rol. De verwachting is dat zij na privatisering beter in staat zijn om in FANS te kunnen investeren.

In Afrika spelen deze overwegingen geen rol. Een groep van 21 landen ten zuiden van de Sahara wil het gebrek aan radarinstallaties en navigatiebakens compenseren door de introductie van FANS. Daarmee zou de veiligheid van het luchtverkeer in dit continent enorm gebaat zijn.