Ein kürzlicher Bericht in der Zeitschrift
Aviation Week & Space
Technology kam zu dem Ergebnis, daß die größte Kollisions-Gefahrt auf
den Start- und Landebahnen sowie auf den Rollbahnen durch irrtümliche oder
unbeabsichtigte Mißachtung
der Anweisungen des Fluglotsen oder durch Mißverständnisse besteht. Seit 1993
ist die Anzahl solcher Vorfälle
um 73%, von 186 Vorfällen
im Jahre 1993 auf 327 im Jahre 1999, gestiegen, und seit 1990 gab
es mindestens fünf
solche ernste Vorfälle,
bei denen 59 Menschen ihr Leben verloren. Nach Auffassung der FAA
(Federal Aviation Agency, einer Regierungsbehörde der USA, entsprechend dem
Deutschen Luftfahrtbundesamt), handelt es sich bei diesen Angaben nur
um die Spitze des Eisbergs. Erinnert wird an den größten Unfall
in der Geschichte der Luftfahrt im Jahre 1577, bei welchem zwei
Großraumflugzeuge
der KLM und der Pan Am auf dem Flughafen von Teneriffa zusammengestoßen waren.
Bei diesem Unfall starben 583 Menschen.
In den USA sind große Anstrengungen
unternommen worden, um die Sicherheit auf den Start-, Lande- und
Rollbahnen zu verbessern. Trotzdem kam es zu einem Fast-Zusammenstoß auf dem Fluchafen
von Providence, Rhode Island, als die Besatzung einer Boeing 757
der United Airlines aufgrund schlechter Sichtverhältnisse
die Orientierung auf der Rollbahn verlor. Eine Boeing 727 der Federal Express
flog direkt über
die Boeing 757 der United Airlines. Erst nachdem sich die Besatzung
einer Boeing 737 geweigert hatte, zu starten, bis die Fluglotsen
und die Besatzung der Boeing 757 der United Airlines den genauen
Standort des Flugzeuges angeben konnten, ist die Boeing 737 gestartet.
Bei einem anderen Zwischenfall auf dem Flughafen O'Hare von Chicago
am 1. April 1999 hatte eine gerade gelandete Boeing 747 der China
Airlines irrtümlich
auf dieser Landebahn gewendet und wäre fast mit einer zur gleichen
Zeit in entgegengesetzter Richtung startenden Boeing 747 der Korean
Air kollidiert. Nur. durch ein gefährliches und risikantes Hochziehen
der Boeing 747 der Korean Air konnte ein folgenschwererer Unfall
vermieden werden. Die Korean Air, Boeing 747 überflog die China Air Boeing
747 direkt in einem Abstand von etwa 17 m.
Ebenso glimpflich verlief ein Zwischenfall auf dem Flughafen von
Los Angeles am 22. November 1998, als eine gerade gelandete Aero-Mexico
Boeing MD-80 die Startbahn überquerte, auf
welcher zur gleichen Zeitpunkt eine Boeing 757 der United Airlines
startete. Obwohl der Fluglotse der Besatzung der Aero-Mexico genaue
Anweisungen gegeben hatte, wie sie sich verhalten sollte, erklärte der
Co-Pilot später, er
wäre anderweitig
beschäftigt gewesen
und hätte
geglaubt, die Anweisung erhalten zu haben, die Startbahn zu überqueren.
Der Abstand zwischen den beiden Flugzeugen betrug etwa 20 m. Diese
Fast-Kollision war eine von insgesamt 13, welche sich im Jahre 1998
auf dem Flughafen von Los Angeles ereigneten.
Diese Häufung von Fast-Zusammenstößen hat
die amerikanische Luftfahrtbehörde
veranlaßt, eine
technische Lösung
für dieses
ernste Problem zu suchen. Ein Warnsystem unter dem Namen AMASS wurde
in Entwicklung genommen, welches Zusammenstöße auf Start- und Landebahnen
verhindern soll. Bis heute gibt es allerdings kein funktionierendes AMASS
System. Dassault Electronique, eine französische Firma, hat kürzlich ihr
Radar-System "Rhapsodie" und "Harmonie" auf dem Internationalen
Flughafen von Dubai installiert. Das gleiche System wurde auch auf
dem Pariser Flughafen Orly eingesetzt und wird auch seit Jahren
auf dem Flughafen von Norfolk/Virginia getestet, allerdings wurde
zwischenzeitlich entschieden, die Entwicklung dieses Systems nicht
weiter fortzuführen.
Schließlich
wird auch die US-Firma Raytheon in Zusammenarbeit mit der FAA ein
Radar-Gerät auf dem
Flughafen von Milwaukee im Rahmen eines Test-Programms installieren.
Auch andere Firmen haben Systeme vorgeschlagen, bei denen durch
unterirdische Kabelverbindungen zwischen Start- und Landebahnen
sowie den Rollbahnen vom Kurs abweichende Flugzeuge entdeckt und die
Fluglotsen auf diese Abweichungen aufmerksam gemacht werden sollen.
Ein solches System ist auf dem Internationalen Flughafen von Long
Beach in Kalifornien installiert. Unter Berücksichtigung des gegenwärtigen technischen
Standes dieser Entwicklungen und ihrer möglichen Beschaffung wird es
allerdings noch mindestens einige Jahre dauern, bevor eines dieser
Systeme weit genug entwickelt sein wird, um Fluglotsen und Piloten
zu helfen, Kollisionen zu verhindern.
Das der Erfindung zugrundeliegende
System betrifft ein zusätzliches
Sicherheitssystem für
Flughäfen
jeder Größe, in jeder
geographischen und klimatischen Lage und ermöglicht die automatische Steuerung
und Kontrolle des Betriebsablaufs – der Flugzeugbewegungen auf
dem Boden – eines
Flughafens. Wichtigstes Ziel dieses Sicherheitssystems ist die Verhinderung
von Kollisionen oder Beinahe-Kollisionen
zwischen und mit Flugzeugen, Fahrzeugen, Personen oder Hindernissen
auf Start-, Lande- und Rollbahnen. Erreicht wird dieses Ziel dadurch,
daß durch
die automatische Steuerung des Betriebsablaufs durch Kontaktschwellen
und Leucht- und Lichtzeichen und Signale stets nur eine Bahn in
einer Richtung freigegeben wird – die Querbahnen werden vor
der Freigabe der Start- und Landebahnen durch Leucht- und Lichtsignale
gesperrt – und
damit Kollisionen oder Beinahe-Kollisionen durch diese automatische,
sich selbst regelnde und kontrollierende Zwangssteuerung zuverlässig verhindert
werden.
Das Sicherheitssystem zeichnet sich
durch eine hohe Flexibilität
aus, und zwar nicht nur aufgrund der Möglichkeit, das System beliebig
zu erweitern oder zu ergänzen
oder weiter zu entwickeln, z. B. durch
die Installation weiterer oder anderer Leucht- und Lichtsignale
oder Kontaktschwellen, Verkürzung
oder Verlängerung
der Abstände
zwischen den Kontaktschwellen, individuelle Steuerung von Leucht-
und Lichtzeichen und Kontaktschwellen, sondern es erlaubt gleichzeitig
das direkte und unmittelbare Eingreifen des Fluglotsen in den laufenden Betrieb,
z. B. die Freigabe der Startbahn für Landungen
und umgekehrt, wenn es das Verkehrsaufkommen erfordert. Desweiteren
kann der Fluglotse über das
Steuer- und Kontrollgerät
jederzeit die Steuerung und Kontrolle aller Bewegungen auf dem Flughafen übernehmen,
einzelne oder bestimmte Kontaktschwellen oder Gruppen von Kontrollschwellen
oder bestimmte Sektoren und Leucht- und Lichtzeichen oder andere
Signale ansteuern und in Notsituationen die volle Kontrolle über den
Betriebsablauf auf dem Flughafen übernehmen. Durch die Leucht-
und Lichtsignale auf dem Steuerund Kontrollgerät hat der Fluglotse auch bei
eingeschränkter
Sicht auf dem Flughafen bei Nebel, Regen, Schnee oder Dunkelheit
jederzeit einen genauen Überblick über die
Bewegungen auf den Start-, Lande- und Rollbahnen – die Kontaktschwellen
und die Sensoren sind von den Wetterbedingungen unabhängig – und kennt
jederzeit den genauen Standort von Flugzeugen, Fahrzeugen, Personen
oder von Hindernissen und kann unmittelbar und direkt eingreifen,
um potenzielle Gefahrensituationen zu entschärfen oder aufzulösen. Aus
Sicherheitsgründen
sind alle Einrichtungen des Systems wie Leucht- und Lichtsignale
an allen Positionen in doppelter Ausführung, mit getrennter und selbständiger Stromversorgung,
vorhanden und schalten bei dem Ausfall eines Leucht- und Lichtsignals
automatisch auf das zweite System um. Zusätzlich ist im Steuer- und Kontrollgerät ein Warnsystem integriert,
welches den Fluglotsen auf Störungen oder
den Ausfall eines Systems durch audible und visuelle Signale aufmerksam
macht.
Das Sicherheitssystem kann den örtlichen Gegebenheiten
und den Versorgungsmöglichkeiten – z. B.
Art der Sensoren, Energieversorgung, Anschluß an ein vorhandenes System – angepaßt werden.
In der einfachsten Form könnten
die Kontaktschwellen aus pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Schläuchen bestehen,
wie diese z. B. bei Verkehrszählungen
eingesetzt werden. Umgekehrt kann das System stets den neuesten
Entwicklungen angepaßt werden,
z. B. durch laser- oder microwellen
gesteuerte oder betriebene Sensoren.
Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung
ist der Fortfall der bisher allein und ausschließlich geübten Praxis. jede Bewegung
auf dem Flughafen durch Sprechfunk zwischen Fluglotse und Pilot
zu koordinieren. Die Erfahrung hat gezeigt, daß durch technische (Übertragungs-)Schwierigkeiten
und Sprachprobleme ein hohes Potential an Mißverständnissen besteht, welches immer
wieder zu Kollisionen oder Beinahe-Kollisionen geführt hat.
Das der Erfindung zugrundeliegende, sich selbst regelnde und kontrollierende,
automatische Sicherheitssystem mit den eindeutigen und unmißverständlichen
Leucht- und Lichtsignalen verhindert zuverlässig bereits die Entstehung
solcher gefährlichen
Entwicklungen, insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen.
Denkbar ist auch, das Sicherheitssystem zur Steuerung der Flugzeugbewegungen
auf dem Vorfeld einzusetzen und so eine genauere Steuerung und Kontrolle
der startbereiten Flugzeuge, vor allen Dingen bei hohem Verkehrsaufkommen,
bei der Auffahrt auf die Rollbahn zu ermöglichen.
Technische Beschreibung
des Sicherheitssystems
- 1. Auf, unter, in der Mitte oder seitlich versetzt oder an
den Seiten der Start- und Landebahn(en) und der Rollbahn(en) befinden
sich auf der gesamten Länge dieser
Start- und Landebahn(en) und Rollbahne(en) in regelmäßigen, gleichen
Abständen
von z. B. 20 m auf
den Start- und Landebahnen
und z. B. von 10 m auf
den Rollbahn(en) – neben
der Mittellinienbefeuerung – einzeln
oder in bestimmen Gruppen oder in Sektoren ansteuerbare, fest installierte
mechanisch-, elektro-mechanisch-, pneumatisch-, elektrisch-, elektronisch-,
optisch-, elektrooptisch-, infrarot oder durch Radar oder durch
ein Satelliten-gestütztes System
oder durch GPS-Signale oder ähnlich
betriebene Sensoren oder eine Kombination dieser Sensoren oder andere
Signalgeber, nachstehend unter dem Begriff "Kontaktschwellen" zusammengefaßt, welche durch startende,
landende oder rollende Flugzeuge oder Fahrzeuge oder Personen aktiviert und
bestimmte Licht- und Leuchtzeichen auslösen.
- 2. An allen Kreuzungen, an denen Rollbahnen und Start- und Landebahnen
zusammentreffen, befinden sich z. B.
30 m vor diesen Kreuzungen seitlich
an den Rollbahnen fest installierte, große und auch aus einer Entfernung
von mindestens 10 m deutlich sichtbare rote
und grüne
Leucht- oder Lichtzeichen,
welche auch bei eingeschränkter
Sicht, z. B. bei Nebel, Regen, Schnee
oder Dunkelheit, sichtbar sind, und welche von den Kontaktschwellen
gesteuert werden. Zusätzlich
zu diesen Leucht- und Lichtzeichen befinden sich z. B.
10 m vor der Kreuzung-Auffahrt auf
eine Start- oder Landebahn – besonders
große,
intensiv-leuch tende rote Lichtzeichen mit der Inschrift "STOP" und grüne Lichtzeichen
mit der Inschrift "GO", welche von einer
weiteren Kontaktschwelle gesteuert werden.
- 3. An den Ausfahrten von der (den) Start- und Landebahn(en)
auf die Rollbahn(en) befindet sich ein orangefarbener, intermittierend
und intensiv leuchtender, aus mindestens 30 m
Entfernung auch unter schlechten Wetterbedingungen, z. B.
Nebel, Regen oder Schnee, deutlich sichtbarer Richtungspfeil, welcher dem
Piloten des gelandeten Flugzeuges die für ihn bestimmte Ausfahrt anzeigt.
- 4. Auf der Rollbahn an der Warteposition, z. B.
30 m vor der Startposition, befindet
sich ein durch bestimmte Kontaktschwellen gesteuertes, aus mindestens
30 m Entfernung auch bei eingeschränkten Sichtverhältnissen,
z. B. durch Nebel, Regen oder Schnee,
deutlich sichtbares, intensiv leuchtendes rotes und grünes Lichtsignal.
Zusätzlich
zu diesem Lichtsignal befindet sich an der rechten und linken Seite
der Rollbahn jeweils ein rotes, hell leuchtendes Signal mit der
Inschrift "STOP" und ein grünes, deutlich
sichtbares Lichtsignal mit der Inschrift "GO".
- 5. An der Startposition befinden sich, quer zur Startbahn, in
die Startbahn eingebettete 10 intensiv leuchtende rote und grüne Leuchtsignale,
welche durch Kontaktschwellen gesteuert werden. Zusätzlich zu diesen
Leuchtsignalen befinden sich an beiden Seiten der Startbahn, z. B.
10 m vor der Startschwelle, jeweils
zwei besonders große,
intensiv leuchtende, rote Signalleuchten mit der Inschrift "STOP" und besonders große, intensiv
leuchtende grüne Lichtsignale
mit der Inschrift "GO", welche durch eine
weitere Kontaktschwelle gesteuert werden.
Die unterschiedliche Funktion des
Sicherheitssystems wird durch die Anzahl der Start-, Lande- und
Rollbahnen bestimmt. Steht jeweils eine Start- und eine Landebahn
zur Verfüaung,
welche ausschließlich
entweder für
Starts oder für
Landungen eingesetzt werden, ist die Steuerung und Kontrolle dieser
Bewegungen auf dem Flughafen im allgemeinen einfacher, als wenn
nur eine Start- und Landebahn sowie nur eine Rollbahn vorhanden
vorhanden, die dem Verkehrsaufkommen entspechend sowohl als Star-
als auch als Landebahn eingesetzt werden. Wenn eine Start- und eine Landebahn
sowie eine oder mehrere Rollbahnen zur Verfügung stehen, wird im allgemeinen
die innere Bahn – die
dem Abfertigungsgebäude
und dem Vorfeld am nächsten
liegende Bahn – als
Landebahn eingestzt, während
die entfernt liegende Bahn als Startbahn benutzt wird.
Anhand der folgenden Beispiele soll
die unterschiedliche Funktion des Sicherheitssystem erläutert werden.
1. Flughafen mit nur einer
Start- und Landebahn sowie einer Rollbahn.
Der Start eines Flugzeuges
Umschalten der an der Startposition
befindlichen Lichtzeichen von "ROT" auf "GRÜN" und von "STOP" auf "GO" beginnt das Flugzeug
zu rollen und aktiviert damit die ersten drei Kontaktschwellen unmittelbar
nach der Startposition. Dadurch werden die Lichtzeichen an der Startposition
wieder von "GRÜN" auf "ROT" und von "GO" auf "STOP" geschaltet und sperren
damit die Startposition bis zur Freigabe für das nächste Flugzeug. Das startende
Flugzeug aktiviert nach z. B. 200 m
drei bestimmte Kontaktschschwellen, wodurch dem an der Warteposition
30 m vor der Startposition haltendem
Flugzeug durch Umschaltung der Lichtsignale von "ROT" auf "GRÜN" und von "STOP" auf "GO" die Freigabe zum
Weiterrollen an die Startposition erteilt wird. Das startende Flugzeug
aktiviert mit zunehmender Geschwindigkeit die Kontaktschwellen,
welche auf dem Steuer- und Kontrollgerät als gelbe Lichtpunkte erscheinen
und schließlich
bis zum Abheben des Flugzeuges eine durchgehende gelbe Lichterkette
bilden.
Nachdem das startende Flugzeug abgehoben
hat und keine weiteren Kontaktschwellen aktiviert werden, wird ein
Zeitrelais aktiviert, welches nach einer Zeitverzögerung von
z. B. 3 oder 5 Minuten durch Umschalten
der Lichtsignale an der Startposition von "ROT" auf "GRÜN" und von "STOP" auf "GO" dem an der Startposition
wartenden Flugzeug die Freigabe zum Start erteilt. Anschließend wiederholt
sich der Ablauf des Betriebes auf der Startbahn wie beschrieben.
Die Landung eines Flugzeuges
Nachdem der Fluglotse dem ankommenden Flugzeug
die Landeerlaubnis erteilt hat, aktiviert das landende Flugzeug
beim Aufsetzen die Kontaktschwellen, wodurch im Steuer- und Kontrollgerät gelbe,
mit abnehmender Geschwindigkeit des Flugzeuges entsprechend verzögerte Lichtpunkte
erscheinen und schließlich
eine Lichterkette bilden. Das gelandete Flugzeug verläßt die Landebahn
an der Ausfahrt, welche von einem Rechner in Übereinstimmung mit der abnehmenden
Geschwindigkeit bestimmt wurde und dem Piloten durch einen hell,
intermittierend leuchtenden Richtungspfeil die für ihn bestimmte Ausfahrt anzeigt.
Sobald das Flugzeug die Landebahn verlassen und die erste Kon taktschwelle auf
der Rollbahn aktiviert hat, wird durch das Umschalten von "ROT" auf "GRÜN" und von "STOP" auf "GO" an der Startposition
die Freigabe für
das nächste
ankommende Flugzeug erteilt. Alle aktivierten Signale erscheinen
gleichzeitig auf dem Steuer- und Kontrollgerät, so daß der Fluglotse zu jeder Zeit
der genauen Ablauf der Landung und die durch den Richtungspfeil
bestimmte Ausfahrt und schließlich
die Freigabe für
das nächste
ankommende Flugzeug kennt. Sollte er die bis dahin als Landebahn
benutzte Bahn für
den Start eines wartenden Flugzeuges einsetzen wollen, gibt er dem
an der Wartepo sition 30 m vor der
Startposition haltenden Flugzeug durch Betätigen des entsprechenden Schalters
auf dem Steuer- und Kontrollgerät
durch Umschalten der Leuchtzeichen von "ROT" auf "GRÜN" und von "STOP" auf "GO" die Freigabe zum
Weiterrollen an die Startposition und danach durch Betätigen des
entsprechenden Schalters, welcher die Lichtzeichen an der Startposition
von "ROT" auf "GRÜN" und vonon "STOP" auf "GO" schaltet, die Freigabe
zum Start. Die Wartepesition 30 m vor
der Startposition ist die Schaltstelle, von welcher der Fluglotse
die Freigabe für
Starts und für
Landungen erteilt.
Für
den Fall, daß die
entfernt liegende Startbahn wegen hohen Verkehrsaufkommens als Landebahn
benutzt und das gelandete Flugzeug die in Betrieb befindliche Landebahn überqueren
muß, aktiviert
es, je nach Länge
der Querbahr, (Rollbahn), in der Mitte der Querbahn (Rollbahn) drei
hintereinander liegende Kontaktschwellen, wodurch die 30 m
vor der Kreuzung installierten roten Lichtsignale sowie das rote
Zeichen "STOP" eingeschaltet werden. Gleichzeitig
werden die roten Lichzeichen an der Startposition eingeschaltet
und der Fluglotse sperrt kurzzeitig die Landebahn für ankommende
Flugzeuge. Nach einer z. B. durch ein
Zeitrelais ausgelösten Verzögerung von
z. B. 3 Minuten schaltet die 30 m vor
der Kreuzung auf der Querbahn (Rollbahn) stehende Signalanlage von "ROT" auf "GRÜN" und von "STOP" auf "GO". Das auf der Querbahn
(Rollbahn) wartende Flugzeug rollt weiter und aktiviert dabei drei weitere
Kontaktschwellen, welche die 10 m vor
der Kreuzung installierten besonders großen Lichtzeichen von "ROT" auf "GRÜN" und von "STOP" auf "GO" schalten, sofern
die Sperrung der Landebahn bestätigt
wird. Das Flugzeug überquert
die Landebahn und aktiviert auf der gegenüberliegenden Seite der Querbahn
(Rollbahn) die erste Kontaktschwelle und hebt damit die Sperre an
der Startposition durch Umschalten der Signalanlage von "ROT" auf "GRÜN" und von "STOP" auf "GO" auf. Damit steht
die Landebahn wieder für
den normalen Landebetrieb zur Verfügung. Der Fluglotse kann die
Landebahn für
ankommende Flugzeuge wieder freigeben.
Steuer- und
Kontrollgerät
An einer zentralen Stelle des Flughafens, z. B.
im Kontrollturm, befindet sich ein Rechner-gestütztes, z. B.
transparentes oder hintergrundbeleuchtetes oder indirekt oder von
innen oder von außen
beleuchtetes Schaltpult oder eine Schalttafel oder ein einem Simulator ähnliches
Gerät oder
ein "virtueller
Flughafen" oder
ein ähnliches
Display oder ein Bildschirm als Teil eines Steuer- und Kontrollgerätes, welches
jederzeit ein wirklichkeitsgetreues und aktuelles Bild des Betriebsablaufes
auf dem Flughafen zeigt und welches zum Steuern und Kontrollieren von
Beweguneen von Flugzeugen, Fahrzeugen, Personen, oder Feststellen
von Hindernissen auf dem Flughafen eingesetzt wird, nachstehend
zusammengefaßt
als Steuer- und Kontrollgerät
bezeichnet, und welches alle Start- und Landebahnen sowie Rollbahnen
und die gesamte Beleuchtung des Flughafens einschließlich aller
Markierungen, Zeichen und Hinweisschilder auf und neben den Start-
und Landebahnen sowie auf und neben den Rollbahnen sowie der Mittellinienbefeuerung,
der Anflug- und Blitzbefeuerung und aller Licht- und Leuchtzeichen,
wie diese in Verbindung mit dem Sicherheitssystem auf dem Flughafen
installiert sind, im aktuellen Betriebszustand zeigt. Alle Funktionen,
welche durch Kontaktschwellen auf dem Flughafen aktiviert und ausgelöst werden,
erscheinen gleichzeitig auf dem Steuer- und Kontrollgerät in den
aktuellen Betriebszuständen
in ROT, GRÜN,
GELB oder ORANGE und zeigen damit den Fluglotsen jederzeit, insbesondre
bei schlechten Sichtverhältnissen
und bei Nacht, den augenblicklichen Betriebszustand auf dem Flughafen.
Durch Betätigen
der beleuchteten, in gleichen Farben auf dem Steuer- und Kontrollgerät vorhandenen
Schalter kann der Fluglotse zu jeder Zeit, direkt und unmittelbar,
in den Betriebsablauf eingreifen und alle Bewegungen auf dem Flughafen
steuern und kontrollieren. Für
Notfälle,
z. B. Notlandungen oder andere plötzliche
Ereignisse, steht dem Fluglotsen ein Notschalter zur Verfügung, mit
welchem er die Steuerung und Kontrolle aller Bewegungen auf dem
Flughafen übernimmt
und alle Leucht- und Lichtzeichen manuell aus- und einschalten kann.
Unabhängig
davon kann der Fluglotse wie bisher über Sprechfunk mit den Piloten
kommunizieren.
Der Ausfall von Licht- und Leuchtzeichen wird
auf dem Steuer- und Kontrollgerät
durch intermittierende leuchtende Schalter angezeigt.
Die manuelle Steuerung hat unbedingten Vorrang – Priorität – vor der
Steuerung durch das Sicherheitssystem.