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der fl ugleiter 2009/04 Technik 30 Von europäischer Seite wurde schon damals darauf hingewiesen, dass Verbesserungen in der „Reversal Logic“ von TCAS 7.0 notwendig sind. „Reversal“ bedeutet, dass unter verschiedenen unerwarteten Umständen, einschließlich dem Nichtbefolgen einer Resolution Advisory, aber auch bei Mehrfachkonfl ikten, durch eines der beteiligten Luftfahrzeuge (falls beispielsweise beide beteiligten Luftfahrzeuge sinken) eine neue, der ursprünglichen RA entgegen gesetzte Ausweichempfehlung generiert wird. Neben verschiedenen anderen Kriterien, wie z.B. einer minimalen Höhendifferenz von 100ft zwischen den Flugzeugen, wurde im Standard für TCAS Version 7.0 als letztes (weil in jedem Fall unterschiedliches) Kriterium festgelegt, dass das Luftfahrzeug mit der niedrigeren ICAO 24-bit-Flugzeugadresse, die weltweit eindeutig ist, einen solche RA-Reversal durchführen kann. In einem Konfl ikt zweier sinkender oder steigender Luftfahrzeuge ist, kann diese Implementierung der Reversal RA abhängig von der Geometrie das Risiko erhöhen, anstatt es zu senken. Wer beim Szenario „zwei sinkende Luftfahrzeuge“ an Überlingen denkt, liegt richtig. Hier war diese Reversal-Implementierung einer der vielen Bausteine, die zur Katastrophe beigetragen haben. Ein Teilnehmer formulierte es auf dem 7. Deutschen Flight Safety Forum in Dresden so: „Es gibt Konfl ikte, die TCAS 7.0 nicht lösen kann“. Laut seiner Aussage führt ein Szenario wie in Überlingen zu einer Unfallwahrscheinlichkeit von „einmal alle vier Jahre“. Das zweite Problem von TCAS 7.0 sind die im Cockpitjargon so genannten „negativen RAs“. Damit bezeichnet Piloten RAs, bei denen sich die Bewegungsrichtung des Luftfahrzeuges nicht ändert, sondern die Besatzung aufgefordert wird, die Steig- oder Sinkgeschwindigkeit zu verringern. Solche RAs müssen seit kurzem der Flugsicherung nicht mehr gemeldet werden, da sie bei korrekter Ausführung durch die Piloten keine Auswirkung auf die Staffelung der Lotsen haben. Negative RAs werden im Cockpit durch die Worte „Adjust vertical Speed! Adjust!“ angesagt. Aus dieser Ansage allein kann der Pilot jedoch nicht erkennen, auf welche Rate er die Vertikalgeschwindigkeit reduzieren soll. Dazu später mehr. Vermutlich resultiert aus diesen zahlenmäßig relativ häufi g vorkommenden „Negativen RAs“ (laut Eurocontrol etwa 75% aller RAs) die schon erwähnte recht reißerische Pressemeldung der TU Braunschweig. Dabei zeigen die von der TU Braunschweig in verschiedenen Vorträgen gezeigten Beispiele deutlich, dass entweder ausreichende vertikale oder horizontale Staffelung bestand. In vielen Fällen ist einfach die hohe Vertikalgeschwindigkeit der Auslöser einer RA, obwohl das vertikal manövrierende Flugzeug z.B. noch deutlich mehr als 1000ft von einem anderen im Levelfl ug separiert ist. Deshalb folgen inzwischen einige Luftfahrtgesellschaften dem ICAO-Vorschlag, auf den letzten 1000ft vor Erreichen des zugewiesenen Levels die Vertikalgeschwindigkeit auf unter 1500ft/ min zu begrenzen. Bei Vertikalgeschwindigkeiten von 3000ft/min oder mehr hat TCAS dann aber schon den Alarm generiert. Die „Lösung aller Probleme“ soll der neue Standard 7.1 darstellen. Ziel ist vor allem die Optimierung der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Wiederum ein Zitat vom Deutschen Flight Safety Forum: „TCAS als System funktioniert im Grund technisch einwandfrei, aber die Mensch-Maschine-Schnittstelle versagt häufi g.“ Damit ist nicht – wie in Überlingen – gemeint, dass die Besatzung bewusst gegen die TCAS-Ausweichempfehlung handelt (weil sie beispielsweise stattdessen einer Anweisung der Flugsicherung folgt). Vielmehr ist damit gemeint, dass ein Pilot anhand der akustischen Warnung „Adjust Vertical Speed! Adjust!“ allein nicht erkennen kann, was genau das System von ihm verlangt. Das war natürlich auch denjenigen klar, die die akustische Warnung seinerzeit festgelegt hatten. Daher wurde ebenfalls festgelegt, dass ein grüner Bereich im Variometer (englisch: Vertical Speed Indicator – VSI) im Cockpit signalisiert, welche Rate aktuell empfohlen wird. Ein Beispiel: Aktuelle Steigrate ist 3300 ft, der Zeiger steht also bei 3300 ft/min, der grüne TCAS-Bereich liegt bei 1000 ft/min. Durch Drücken (Verringern der Steigrate) wird der Pilot also den Zeiger von 3300 ft/ min nach 1000 ft/min „bewegen“. So weit, so einleuchtend. Der Teufel liegt jedoch im Detail. Beispiel für eine neu initierte “Adjust Vertical Speed” RA In den unten angeführten Anzeigebeispielen steigt das Luftfahrzeug mit einer Rate von 3300 ft/min und die ausgelöste RA verlangt eine Reduzierung der Steigrate auf 1000 ft/min. ✈ Traditioneller Vertical Speed Indicator (VSI) ✈ EADI ✈ Vertical Speed Tape
RAs werden oft auf dem Vertical Speed Indicators (VSI) angezeigt. Es gibt 3 VSI-Typen, von denen zwei hier dargestellt sind, das ursprünglich in allen Luftfahrzeugen genutzte VSI-Display (links) und das seit einiger Zeit in einigen Airbustypen verwendete „vertical speed tape” am Primary Flight Display (PFD). In rot dargestellte Steig-/Sinkraten müssen vermieden werden, grün markierte Bereiche zeigen die Steig-/ Sinkrate der Ausweichempfehlung an. In diesem Fall bringt die Reduktion der Steigrate die „Nadel“ in den grünen Bereich. In einigen Luftfahrzeugen wird die RA mit einem pitch cue angezeigt, welches mit der zu erzielenden Vertikalgeschwindigkeit auf dem Electronic Attitude Display Indicator (EADI) korrespondiert (rechts). Nur solche Neigungen, die vermieden werden müssen, werden markiert, und zwar in rot. Grüne Bereiche gibt es in dieser Anzeige nicht. Durch eine Reduzierung der Steigrate wird in diesem Beispiel die Pitch-Markierung außerhalb des roten Trapezes verlagert Deutlich wird, dass nicht alle diese Implementierungen eingängig und selbsterklärend sind. Daher sind schon mehrfach Piloten – angesichts des Stresses, der entsteht, wenn man trotz Vorwarnung durch eine Traffi c Advisory (Vorstufe der RA) doch überraschend von einer Maschine angebrüllt wird, sicher nur menschlich – dazu verleitet worden, zu ziehen (also die Steigrate noch zu erhöhen), was natürlich kontraproduktiv ist und dann oft zu einer Positiven RA beim anderen Luftfahrzeug führt. Dieses Szenario betrifft übrigens Boeing-Flugzeuge nicht, da dieser Hersteller die traditionelle TCAS- Anzeige einsetzt. Nur andere Hersteller, die von dieser in mehreren Jahren HMI-Forschung entwickelten Umsetzung abweichen, haben das Problem. Airbus versucht dies in Zukunft dadurch zu lösen, dass man demnächst einen Flight Director Mode anbieten wird (der „Flight Director“ generiert aus den im FMS abgelegten Strecken- und Profi linformationen auf dem künstlichen Horizont ein Kreuz, dem man als Pilot manuell hinterfl iegen kann, ähnlich den beiden Nadeln der ILS-Anzeige), auf dem die TCAS-Ausweichempfehlung angezeigt wird. Der Pilot kann also dem Flight Director „nachfl iegen“ und wird automatisch die Rate richtig verringern. Auch eine Übernahme der TCAS-Empfehlung direkt in den Autopiloten wird bei Airbus erprobt und soll für den A380 erstmals angeboten werden. Aber auch in dieser Implementierung wird der Mensch die letzte Entscheidung behalten. TCAS 7.1 wird mindestens zwei Änderungen bringen: • In Zukunft wird das „adjust vertical speed, adjust“ durch die einfache Ansage „Level Off!“ an den Piloten ersetzt. Ob diese Lösung bei mehr als zwei beteiligten Luftfahrzeugen funktioniert, muss sich zeigen. Ebenso gibt es noch Fragen bezüglich der Auswirkungen auf heute gängige Verfahren. Technik • die Durchführung der Reversal RA wird nicht mehr unbedingt an die niedrigere 24-bit-Adresse gebunden sein. Zwar wird weiterhin das Flugzeug mit der niedrigeren 24-bit-Adresse der Master sein. Gleichzeitig wird aber auch überprüft, ob der Master der RA folgt. Sollte das nicht der Fall sein, wird der Slave zum neuen Master und weist dann unverzüglich eine Reversal RA an. Nach derzeitigem Stand ist unklar, wann FAA und / oder EASA TCAS 7.1 verbindlich vorschreiben werden. Allerdings sehen beide Organisationen den Sicherheitsgewinn und arbeiten gemeinsam an einer Technical Standard Order (TSO), die die Zertifi zierung und damit erst den Einbau der neuen Geräte ermöglicht. Das hat allerdings zur Folge, dass die Hersteller aktuell „keinen Markt für Geräte nach diesem Standard sehen“ (und auf den ersten Kunden warten, der nicht nur das Gerät kauft, sondern auch die Entwicklungskosten zahlt). Das wiederum bedeutet, dass die identifi zierten Risiken von TCAS 7.0 bis auf weiteres bestehen bleiben. Das Deutsche Flight Safety Forum hat daher in seiner aktuellen Resolution die Gesetzgeber aufgefordert, die Ausrüstung vom TCAS 7.1 verbindlich vorzuschreiben. Doch zurück zur Pressemeldung der TU Braunschweig. Neben der hohen Anzahl von TCAS RAs – positiven wie negativen – insgesamt wird dort von zahlreichen Fehlreaktionen seitens der Piloten gesprochen. Dass es Fehlreaktionen gibt, ist unbestritten, und zwei der möglichen Gründe wurden weiter oben bereits dargelegt. Nur – um welche Größenordnung geht es eigentlich? Dazu existieren derzeit kaum belastbare Daten. Die in den großen Verkehrsfl ugzeugen installierten Flugschreiber archivieren einlaufende RAs nämlich nicht. Einige Hersteller haben die TCAS-Einheit selbst mit einem „Gedächtnis“ ausgestattet, aber halt nicht alle. Dazu kommt, dass die Airlines ihre Daten nicht untereinander teilen. Wie kommt man also an eine ausreichend große Datenbasis? Hier setzt das Projekt „ACAS Monitoring“ (kurz: AMOR) der DFS an. Seit Mai 2007 wird vom Bereich „Forschung und Entwicklung“ bereits ein erster mobiler Prototyp betrieben, der ACAS-Meldungen der Luftfahrzeuge bis in ca. 120 nautischen Meilen um das Forschungszentrum in Langen bei Frankfurt herum empfängt und in Echtzeit auf einem angeschlossenen Monitor zur Anzeige bringt. Diese Daten wiederum können bei Bedarf mit anderen Daten wie Radartracks kombiniert und in Vorfallanalysesystemen verarbeitet werden. AMOR geht nun einen Schritt weiter. Neben dem mobilen System (links) wird die DFS an bundesweit sechs Standorten stationäre Empfänger errichten und betreiben, mit denen praktisch das gesamte Gebiet der Bundesrepublik Deutschland oberhalb FL 100 abgedeckt werden kann, und selbst auf 5000 ft Höhe werden noch etwa 80% des Bundesgebietes erfasst. Damit wird zum ersten Mal eine umfassende und objektive Datenbasis für ACAS-Analysen geschaffen. 31 der fl ugleiter 2009/04
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