Konzept zur luftseitigen Risikobewertung von U-Space Lufträumen an unkontrollierten Flugplätzen

Abstract

Unbemannte Luftfahrzeugsysteme haben das Potential, Flugplätze mit geringer Auslastung zu reaktivieren. Ein Großteil dieser Flugplätze befindet sich im unkontrollierten Luftraum, was die sichere, luftseitige Integration von unbemannten Luftfahrzeugsystemen in den bestehenden bemannten Verkehr erschwert. Der Grund hierfür ist die eingeschränkte Kenntnis über das reale Verhalten von bemanntem Luftverkehr an unkontrollierten Flugplätzen. Für die Ermittlung des vorhandenen Luftrisikos muss die Detektion, Klassifizierung und Quantifizierung der Flugverkehrsbewegungen erfolgen. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung und der Anwendung einer generischen Methodik zur luftseitigen Risikobewertung an unkontrollierten Flugplätzen, um das Potential für die Integration von unbemannten Luftfahrzeugsystemen zu identifizieren. Dafür werden in Europa bekannte Verfahren zur Risikobewertung für die Integration von unbemannten Luftfahrzeugsystemen, in Form der SORA und ARA, hinsichtlich der Anwendbarkeit analysiert. Um quantitative Ergebnisse zu erhalten, erfolgt die methodische Bestimmung des Luftrisikos auf Grundlage des Gas-Kollisionsmodell. Dazu werden die historischen Flugbewegungen auf Abweichungen von definierten Standardverfahren und Sichtflugkarten untersucht sowie die Möglichkeit einer generischen Detektion historischer Verkehrsmuster zur spezifischen Ableitung von Luftrisiken und Integrationspotentialen durchgeführt. Die Differenzierung der bemannten Luftfahrzeuge an unkontrollierten Flugplätzen zur Risikobewertung erfolgt mithilfe der Luftfahrzeuginformationen, in Form der ICAO-Typenbezeichnung und des nationalen Eintragungszeichen, in sechs Kategorien. Die Anwendung der Methodik zur luftseitigen Risikobewertung erfolgt an drei unkontrollierten Flugplätzen, die von einem Gebiet mit Funkkommunikationspflicht umschlossen sind und unterschiedliche Flugverkehrsaufkommen aufweisen. Es zeigt sich bei Betrachtung der Luftverkehrsdichte, dass die Mehrheit der historischen Flugbewegungen die in den Sichtflugkarten empfohlenen Geometrien der lokalen Platzrunde und die empfohlenen Anflugverfahren befolgen. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass eine direkte Proportionalität zwischen der Anzahl an Flugbewegungen und der Kollisionswahrscheinlichkeit bei konstantem Volumen des Luftraumes besteht. Die Anzahl an Flugbewegungen von bemanntem Verkehr an unkontrollierten Flugplätzen weist eine räumliche und saisonale Abhängigkeit auf. Bei der Betrachtung der Flugbewegungen liegt die niedrigste Anzahl an Flugbewegungen im Luftraum des Gegenanfluges vor. Im Gegenanflug operieren nur vereinzelt Flugzeuge mit einer maximalen Abflugmasse von mehr als 5,7 Tonnen, da diese üblicherweise nach Instrumentenflugregeln fliegen und einen direkten Anflug durchführen. Die Ergebnisse implizieren, dass an den drei untersuchten unkontrollierten Flugplätzen, aufgrund der hohen Verkehrsdichte und Komplexität des vorherrschenden Verkehrs, ein Bedarf für die Einführung geeigneter Verfahren und Lufträume für die sichere Integration von unbemannten Luftfahrzeugsystemen in Form von U-Space besteht. Umso höher die Komplexität des Luftverkehrs, umso höher sind die hohe Anforderungen an die notwendigen Dienste zur Konflikterkennung und -vermeidung sowie an den den Automatisierungsgrad des unbemannte Luftfahrzeugsysteme. Die Arbeit leistet damit einen Ansatz zur Ermittlung der Schwellwerte für die Notwendigkeit für U-Space.