DE102016212150A1

DE102016212150A1 - Verfahren zum Betrieb eines zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeugs sowie ein derartiges Luft- oder Raumfahrzeug

Info

Publication number: DE102016212150A1
Application number: DE102016212150.2A
Authority: DE
Inventors: Winfried Lohmiller; Jörg Meyer; Thomas Heuer
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-01-04
Also published as: EP3267424A1; US20180005533A1; US10607495B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeugs (10), wobei ein Flugvorgang des Luft- oder Raumfahrzeugs (10) mit einem zuvor freigegebenen Flugplan in kontrolliertem Luftraum durchgeführt wird, wobei eine C2-Verbindung (12, 14, 16), über welche das Luft- und Raumfahrzeug (10) steuerbar ist oder gesteuert wird, zumindest zeitweise nicht zur Verfügung steht, und wobei durch wenigstens eine Sensoreinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs (10) eine Gefahren- und/oder Notfallsituation identifiziert wird, die eine Abweichung von dem freigegebenen Flugplan erforderlich macht. Um ein Verfahren zur Verfügung zu haben, welches es einem zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeug ermöglicht, auf bestimmte Gefahren- und/oder Notfallsituationen autark zu reagieren und Schadensereignisse zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass seitens einer Steuereinrichtung des Luft- und Raumfahrzeugs (10) selbstständig eine Datenfunkverbindung (30) mit einer Kontrollinstanz (31) zur Abstimmung eines geänderten Flugplans mit wenigstens einer Änderung verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeugs (ein sogenanntes RPA, remotely piloted aircraft), wobei ein Flugvorgang des Luft- oder Raumfahrzeugs mit einem zuvor freigegebenen Flugplan in kontrolliertem Luftraum durchgeführt wird, wobei eine C2-Verbindung, über welche das Luft- und Raumfahrzeug steuerbar ist oder gesteuert wird, zumindest zeitweise nicht zur Verfügung steht, und wobei durch wenigstens eine Sensoreinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs eine Gefahren- und/oder Notfallsituation identifiziert wird, die eine Abweichung von dem freigegebenen Flugplan erforderlich macht. Außerdem betrifft die Erfindung ein zumindest zeitweise unbemanntes Luft- oder Raumfahrzeug welches nach einem zuvor freigegebenen Flugplan einen kontrollierten Luftraum durchfliegt, bei welchem eine C2-Verbindung, über welche das Luft- und Raumfahrzeug steuerbar ist oder gesteuert wird, zumindest zeitweise nicht zur Verfügung steht, und welches mit einer Sensoreinrichtung versehen ist, das eine Gefahren- und/oder Notfallsituation identifiziert, die eine Abweichung von dem freigegebenen Flugplan erforderlich macht.
Unbemannte Luft- oder Raumfahrzeuge (in der Folge wird dieser Begriff synonym mit der Abkürzung RPA verwendet) werden vermehrt zum Transport von Lasten, für Überwachungs- oder Aufklärungsaufgaben oder auch militärische Ausgaben eingesetzt, von vielen wird eine solche Möglichkeit auch als Zukunft für den Personentransport angesehen. Ein Luftfahrzeug kann jedoch auch von einem oder mehreren Piloten gesteuert sein, die aber aus unterschiedlichen Gründen jedenfalls für eine gewisse Zeitdauer nicht zur Verfügung stehen können, weswegen die Formulierung zumindest zeitweise unbemannt gewählt wurde. Begrifflich meint „unbemannt” selbstredend nur eine Cockpitbesatzung, unabhängig hiervon können Menschen an Bord des Luftfahrzeugs sein oder auch nicht, deren An- oder Abwesenheitjedoch aus Steuerungssicht ohne Einfluss ist.
Dabei fliegt das betreffende Luft- oder Raumfahrzeug in der Regel durch einen von untereinander kommunizierenden Stellen der Flugsicherung (ATC, air traffic control) überwachten Luftraum nach einem Flugplan, der vor Antritt des Flugvorgangs einzureichen und zu genehmigen ist. Als einziger tatsächlicher Unterschied eines unbemannten zu einem bemannten Flugvorgang kann dabei angesehen werden, dass ein für Flugbewegungen und deren Änderungen bei willkürlicher Steuerung verantwortlicher Pilot (PIC, pilot in command oder auch PIL, Pilot in the Loop, genannt) nicht gleichzeitig in dem Luft- oder Raumfahrzeug anwesend ist, sondern an einer anderen Stelle, einer sogenannten RPS (remote pilot station) Steuerbefehle gibt und Systeme des Luft- oder Raumfahrzeugs (mit) überwacht.
Die Fähigkeit bzw. Möglichkeit, auf das Verhalten des Luft- oder Raumfahrzeug während des Fluges Einfluss zu nehmen, wird durch ein C2(Command & Control)-Verbindungssystem zur Verfügung gestellt, das unterschiedliche Steuer- und Kommunikationsfähigkeiten etabliert. Der D2-Datenlink kann über eine LOS(line of sight)-Verbindung oder eine BLOS(beyond line of sight, also Satelliten-)-Verbindung realisiert werden, was naturgemäß mit einer gewissen Ausfallwahrscheinlichkeit behaftet ist.
So kann der PIC über den C2-Link den Flug des zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeugs anhand der Flugsteuerung, des Antriebssystems oder der Fahrwerkseinrichtung steuern, die Gefahrvermeidungssysteme (DAA, detect and avoid) des Luft- oder Raumfahrzeugs überwachen und steuern und beispielsweise Funktionen wie ein sogenanntes „handover” zwischen Kontrollinstanzen oder mehreren sogenannten Remote Pilot Stationen (RPS) beim Flugvorgang oder die Aufzeichnung von Flugdaten unterstützen. Weiter können Flugparameter und Warnungen, bspw. der Elektrik, Hydraulik, Avionik, Klimasystem, Triebwerk, Struktur, Wetterradar der Steuereinrichtung des RPA überwacht und an den nicht anwesenden Piloten übermittelt werden. Schließlich ist es auch möglich, hierbei das zumindest zeitweise unbemannte Luft- oder Raumfahrzeug als sogenanntes Relay für ein weiteres Luft- oder Raumfahrzeug oder auch ein anderes zumindest zeitweise unbemanntes Fahrzeug am Boden zu nutzen.
Die Funktionen der Sprach- und/oder Datenübertragung zwischen dem Luft- oder Raumfahrzeug und dem Pilot, einer Leitstelle oder anderen Piloten werden durch die C2-Verbindung zur Verfügung gestellt. Solche Funktionen beispielsweise bei Verbindung von mehreren RPS etwa durch kommerzielle Telekommunikationsnetzwerk-Provider, die den C2-Link vorhalten, zur Verfügung gestellt werden, wobei hier die Qualität der Verbindung selbst und des Dienstes (QoS) durchaus wechseln können. Existiert zwischen einer C2-Übertragungsstation und dem Luft- oder Raumfahrzeug keine Sichtverbindung, wird für Übertragungen gegebenenfalls auf Satellitenverbindungen zurückgegriffen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es einem zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeug ermöglicht, auf bestimmte Gefahren- und/oder Gefahren- und/oder Notfallsituationen autark zu reagieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung besteht demnach insbesondere darin, dass seitens einer Steuereinrichtung des Luft- und Raumfahrzeugs selbstständig eine Datenfunkverbindung, etwa eine VHF- oder UHF-Datenfunkverbindung, mit einer Kontrollinstanz zur Abstimmung eines geänderten Flugplans mit wenigstens einer Änderung verwendet wird.
Unter Bedingungen, bei denen die C2-Verbindung verloren geht, kann das zumindest zeitweise unbemannte Luft- oder Raumfahrzeug, das in kontrolliertem Luftraum betrieben wird, die Notwendigkeit erkennen, von der zuvor freigegebenen Flugroute abzuweichen, bspw. zur Umgehung schwerwiegender Wetterbedingungen, bei Motorschaden, Systemausfall, Hagel, Brennstoffknappheit oder dergleichen Umständen mehr ohne dass diese Aufzählung Anspruch auf Vollständigkeit erhöbe. Dabei stellte die Situation, dass Schlechtwetter umflogen werden soll natürlich keine Notfallsituation sondern lediglich eine potentielle, durch Umplanung vermeidbare Gefahr da.
In einem bemannten Flugzeug würde der Pilot eine Alternativroute auswählen und initiieren und die Flugsicherung anrufen, um eine Abweichung vom Originalflugplan genehmigt zu bekommen. Da dies unter C2-Verbindungsverlust für das zumindest zeitweise unbemannte Luft- oder Raumfahrzeug nicht direkt möglich ist, wird in solchen Zuständen das Luft- oder Raumfahrzeug erfindungsgemäß einen speziellen Weg ermitteln, um vom genehmigten Flugplan abzuweichen. Der erwähnte geänderte Flugplan soll so verstanden sein, dass er auch in einer lediglich temporären Abweichung vom ursprünglichen Plan besteht.
Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise kann dabei die Kontrollinstanz bei einer Variante des Verfahrens durch eine Leitstelle oder eine Flugsicherungsstelle (des ATC) gebildet sein, die zu derartigen Eingriffen in den regulierten Luftverkehr in der Lage und autorisiert sind. Einerseits kann hierbei die Datenverbindung mit der Kontrollinstanz über eine oder mehrere selbst fliegende oder erdgebundene Relaystationen aufgenommen werden, zum anderen ist die Kontrollinstanz selbst hierbei nicht notwendiger Weise mit einer erdgebundenen Station verknüpft.
Lässt sich die zum Beispiel die Gefahrensituation mit einer einfachen Anpassung des ursprünglichen Flugplans, etwa einer Höhenänderung begrenzter Dauer, regulieren, kann in einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Steuereinrichtung an die Kontrollinstanz, beispielsweise einen sogenannten ATC-Kontroller, zumindest eine Freigabebitte absetzen und nach deren Beantwortung ergebnisabhängig reagieren. Der erwähnte ATC-Kontroller muss nicht zwangsläufig menschlicher Natur sein, es kann also diese Freigabebitte im Zweifel auch durch eine Maschine-Maschine-Interaktion abgewickelt werden.
Der ATC-Kontroller beurteilt die vom RPA erhaltene Freigabeanfrage und liefert anschließend eine Bestätigung im Sinne eines Einverständnisses, wenn er die Änderung als sicher einschätzt oder eine Zurückweisung, wenn er sie als unsicher einschätzt. Die Steuereinrichtung kann über die Datenfunkverbindung mit der betreffenden Freigabebitte Gebrauch von allen über die Datenfunkverbindung zur Verfügung stellbaren Mitteln machen, d. h. etwa der bereits erwähnten Änderung der Höhe, einer Kursänderung oder dergleichen mehr.
Da unterschiedliche Einzelumstände für sich genommen oder im Zusammenspiel Einfluss auf das Verhalten und damit auch die gegebenenfalls notwendige Steuerung des Luft- oder Raumfahrzeugs haben können, kann in einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Sensoreinrichtung durch wenigstens einen an dem Luft- oder Raumfahrzeug angeordneten Sensor, eine Datenempfangseinrichtung, ein Telemetriesystem und/oder eine Funktionsüberwachungseinrichtung gebildet sein.
Die dem RPA als Luft- oder Raumfahrzeug im Luftraum begegnenden Situation weisen jeweils voneinander verschiedene Schweregrade im Sinne einer Notfallklassifizierung auf, die wiederum, wenn überhaupt, eine an diesen Schweregrad angepasste Reaktion verlangen können. Um eine Freigabebitte hinsichtlich einer Änderung des jeweiligen Flugplans durch die Steuereinrichtung an einen ATC-Kontroller zu senden, können die von der Sensoreinrichtung zu identifizierenden Gefahren- und/oder Gefahren- und/oder Notfallsituationen beispielsweise das Auftauchen schwerwiegender Wetterbedingungen, eine Beschädigung eines Antriebssystems, der Ausfall zumindest eines für den Flugbetrieb wichtigen oder notwendigen Systems, Hagelschlag oder Knappheit von Brennstoff sein. Es sind aber auch andere Gefahren- und/oder Gefahren- und/oder Notfallsituationen vorstellbar, beispielsweise zufällig durch andere Flugkörper verursachte Situationen, die eine durch die Steuereinrichtung zu beantragende Flugplanänderung als zweckdienlich erscheinen lassen.
Besonders vorteilhaft lässt sich bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Datenfunkverbindung seitens der Steuereinrichtung des Luft- und Raumfahrzeugs selbstständig als eine VDL-Datenfunkverbindung, insbesondere als sogenannte Model-Verbindung, die auch CPDLC (Controller Pilot Data Link Communication) genannt wird, etablieren. VDL (von VHF Data Link) ist ein Verfahren, um Daten zwischen Flugzeugen und Bodenstationen auszutauschen. Mode2 ist ein verbreiteter Kommunikationsstandard, die Kommunikation würde auch mit Mode3 mit mehreren Kanälen oder der Weiterentwicklung Mode4 funktionieren. Obwohl wie der Name schon sagt, das Verfahren eigentlich dafür vorgesehen ist, in bemannten Luft- oder Raumfahrzeugen an den Enden der Kommunikation an Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen menschliche Interaktion einzubinden, kann es aber für die hier geforderten Zwecke eingesetzt werden, da die entsprechende Anwendung prinzipiell eine Luft-Boden-Datenkommunikation für ATC-Dienste zur Verfügung stellt. Dies schließt beispielsweise Freigabemöglichkeiten auf Seiten des Kontrollers am Boden (Level-Zuweisung, Kreuzungsbeschränkung, laterale Abweichungen, Routenänderung) und Freigabeanfragen und Antworten auf Nachrichten seitens des (im zumindest zeitweise unbemannten Fall ja nicht vor Ort befindlichen und hier insbesondere Fall ja von der Kommunikation mit dem RPA abgeschnittenen) Piloten ein. Da die betreffenden Nachrichten (neben einer Freitextmöglichkeit) als in einem streng regulierten Format vorliegen, eignet sich die CPDL-Kommunikation besonders für die Verwendung in Gefahren- und/oder Notfallsituationen. Wesentliches Merkmal dieser Verbindung von ATC zu dem RPA ist, dass diese Kommunikation von dem RPA maschinenlesbar ist, und dabei idealerweise, wie bei der Datenlink-Verbindung mittels CPCDL in Form digitaler Signale vorliegt. Es ist aber auch ein analoges Sprachsignal, welches digital interpretiert werden kann, denkbar.
Die zwischen dem RPA und dem ATC-Kontroller ausgetauschten Nachrichten könne in besonders einfacher Weise in konkret an dem zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeug durchzuführende Maßnahmen umgesetzt werden, wenn die Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeug zumindest ein Flight-Management System (FMS), ein Flight Control Systems (FCS) oder ein Autopilotensystem (AP) umfasst oder selbst jeweils Teil eines solchen Systems ist. Hierbei hilft ebenfalls die Vorformatierung der auszutauschenden Nachrichten in von dem Flight Management System interpretierbare Nachrichten, so dass Werte von zu ändernden Parametern beispielsweise direkt auslesbar sind, oder eine gesamte Nachricht direkt in das FMS oder andere Systeme übernommen werden kann.
Die wichtigsten Parameter zur Umgehung einer Situation des konkret von dem jeweiligen Luft- oder Raumfahrzeug durchflogenen Luftraums gehören die Flugrichtung des RPA und dessen Flughöhe oder spezielle Wegpunkte, weswegen bei vorteilhaften Varianten des Verfahrens die wenigstens eine Änderung des Flugplans zumindest eine Höhenänderung oder eine Kursänderung des Luft- oder Raumfahrzeugs umfasst. Es sind aber auch Änderungen zahlreicher anderer Parameter oder Wegpunkte des jeweiligen Flugvorgangs einzeln oder in Kombination vorstellbar.
In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach Identifikation einer Gefahren- und/oder Gefahren- und/oder Notfallsituation durch die wenigstens eine Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeug eine mögliche Flugplanabweichung ermittelt werden und mit der Kontrollinstanz über die Datenfunkverbindung zumindest ein Dialog mit den folgenden Punkten durchgeführt werden:

– Absetzen einer Freigabebitte bezüglich des abweichenden Flugplans durch die Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeug;
– Beurteilung der Freigabebitte durch die Kontrollinstanz und Produktion eines positiven oder negativen Beurteilungsergebnisses;
– Rückübermittlung des Beurteilungsergebnisses zusammen mit dem originalen Freigabeverlangen an das Luft- oder Raumfahrzeug;
– Vergleich des rückübermittelten Beurteilungsergebnisses mit der ursprünglich übermittelten Freigabebitte mit Plausibilitätsprüfung;
– Änderung des ursprünglichen Flugplans abhängig von dem Beurteilungsergebnis.

In der erwähnten Gefahren- und/oder Notfallsituation kann die Steuereinrichtung des RPA also einen speziellen Weg ermitteln, um vom genehmigten Flugplan abzuweichen, und beispielsweise über die VHF-DataLink-Verbindung CPDLC zum ATC Kontroller eine Freigabebitte absetzen. Diese Freigabebitte macht Gebrauch von den CPDLC zur Verfügung stehenden Mitteln, d. h. Änderung der Höhe, Kursänderung, veränderte Wegpunkte usw. Der ATC-Kontroller beurteilt die vom RPA erhaltene Freigabeanfrage und liefert anschließend eine Bestätigung im Sinne eines Einverständnisses, wenn er die Änderung als sicher ansieht, oder eine Zurückweisung, wenn er sie als unsicher ansieht. Über CPDLC würden Einverständnis bzw. Ablehnung vom ATC Kontroller zusammen mit dem Originalfreigabeverlangen zurück zur Steuereinrichtung des RPA übermittelt. Beim RPA wiederum würde ein spezielle Logik des Flight Management Systems die erhaltene neue Freigabe beurteilen und die zurückgesandten Freigabedaten mit der ursprünglich gesandten Informationen in der Freigabebitte vergleichen, um eine korrekte Übertragung sicherzustellen.
Nach dem seitens des ATC Kontrollers zurück übermittelten Ergebnis, also der Ablehnung oder dem Einverständnis hinsichtlich der Änderung des ursprünglichen Flugplans unter Punkt e. richtet sich die Reaktion der Steuerung des RPA in seinem FMS oder FCS oder Autopilot. Zweckmäßigerweise wird dann bei einer Variante des Verfahrens im Falle eines positiven Beurteilungsergebnisses ein aktualisierter Flugplan des Luft- oder Raumfahrzeug wie vorgeschlagen umgesetzt.
Wenn eine korrekte Übertragung von der Bordlogik der Steuereinrichtung des RPA bestätigt wird, und positive Freigabe empfangen wurde, wird der Flugplan im Einklang mit der durch CPDLC erhaltenen Freigabe geändert, um es dem RPA ermöglichen, beispielsweise die betreffende schwerwiegende Witterung zu umgehen oder einen schwerwiegenden Motorschaden zu vermeiden.
Gleichermaßen zweckmäßig wird durch die Änderung des ursprünglichen Flugplans unter Punkt e. im Falle eines negativen Beurteilungsergebnisses ein weiterer Dialog mit einer alternativen Änderung des Flugplans für das Luft- oder Raumfahrzeug initiiert oder eine andere Maßnahme vorgenommen. Wird also die vorgeschlagene Flugplanaktualisierung nicht bestätigt, so kann die Steuerungseinrichtung des RPA mit dem obigen Prozess eine andere/weitere Flugplanaktualisierung vorschlagen. Nach mehreren Ablehnungen würde das RPA entweder auf dem ursprünglichen Flugplan verbleiben oder von diesem für besonders schwerwiegende Ausfallbedingungen ohne CPDCL-Freigabe abweichen, weswegen bei einer weiteren zweckmäßigen Variante die erwähnte andere Maßnahme darin besteht, dass in einem speziellen Notfallprogramm eine nicht autorisierte Flugplanänderung seitens der Steuereinrichtung vorgenommen wird. In diesem Fall würde das RPA den ATC-Kontroller über CPDLC von der Abweichung vom autorisierten Flugplan unterrichten.
Von Vorteil kann auch eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sein, bei dem die Kommunikation zwischen dem Luft- oder Raumfahrzeug und der Kontrollinstanz zumindest ein Stück weit mit vertauschten Rollen abläuft und folglich die Kontrollinstanz einen Dialog mit dem zumindest zeitweilig unbemannten Luft- oder Raumfahrzeug initiiert und eine Abweichung von dem Flugplan als originären Vorschlag oder als Gegenvorschlag auf eine Freigabebitte an dessen Steuereinrichtung übermittelt.
Um die das zumindest zeitweilig unbemannte Luft- oder Raumfahrzeug tatsächlich steuernde Instanz an der oder den Änderungen im Flugplan (weiter) beteiligen zu können, kann es zweckmäßig sein, bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kontrollinstanz die Flugplanänderung mit einem beabstandeten PIC über einen unabhängigen Kommunikationsweg klären zu lassen. Dabei können die Kontrollinstanz und der PIC beispielsweise über eine Telefonverbindung kommunizieren.
Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, dass bei dem oben erwähnten zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeug dieses eine Steuereinrichtung aufweist, die selbstständig eine Datenfunkverbindung mit einer Kontrollinstanz nutzt, um einen geänderten Flugplans mit wenigstens einer Änderung abzustimmen.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in der 1 der Zeichnung näher erläutert.
In stark schematisierter Darstellung zeigt dabei die einzige Zeichnungsfigur 1 ein zumindest zeitweise unbemanntes Luft- oder Raumfahrzeug 10, welches mit einer Bodenstation (GCS) über verschiedene C2-Verbindungen 12, 14, 16 bidirektional, also sowohl im uplink als auch im downlink verbunden ist, so dass ein nicht näher dargestellter, in der Bodenstation (GCS, ground control station bzw. ground control segment) 20 anwesender Pilot (PIC) das Luft- oder Raumfahrzeug 10 steuern kann.
Die unterschiedlichen C2-Verbindungen 12, 14, 16 bilden dabei die Fälle ab, dass das Luft- oder Raumfahrzeug mittels einer C2-Verbindung 12 zum einen über eine Sichtverbindung (Radio Line of Sight, RLOS) zwischen einer Bodenvermittlungsstelle 21 und dem Luft- oder Raumfahrzeug 10 ansprechbar ist, zum anderen bei Fehlen einer Sichtverbindung (beyond Radio Line of Sight, BRLOS) durch eine Kombination aus einer Mehrzahl von C2-Verbindungen 14, 16 zum einen zwischen einer Satelliten-Bodenstation 22 und einem Satelliten 23 und dann zwischen dem Satelliten 23 und dem Luft- oder Raumfahrzeug 10. Solange die Delayzeiten bei der Signalübermittlung kurz gehalten werden können, kann die Bodenstation (GCS) von den Bodenstellen 21, 22 auch beabstandet angeordnet sein.
Nicht weiter dargestellt ist in der 1 eine Telefonverbindung, mittels derer die Bodenstation (GCS) mit der Kontrollinstanz 31 auch bei Ausfall der C2-Verbindung kommunizieren kann.
Zu erkennen ist in der 1 weiter eine CPDLC-Verbindung 30 als Datenfunkverbindung zwischen dem Luft- oder Raumfahrzeug 10 und einer Kontrollinstanz, dem ATC-Kontroller 31. Erfindungsgemäß soll bei Verlust der C2-Verbindung 12, 14, 16 mit der Leitstelle ein geänderter Flugplan vereinbart werden können, was unter bestimmten Versagens-/Notfallbedingungen notwendig werden kann. Der Flugplan des Luft- oder Raumfahrzeug 10 wird angepasst, nachdem eine Freigabe des ATC-Kontrollers 31 über die Datenfunkverbindung 30 mittels CPDLC empfangen wird und ein Daten-Ordnungsmäßigkeit-Check (Vergleich zw. übertragenen und empfangenen Daten) vorliegt.
Hierdurch wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betrieb eines zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeugs 10 etabliert, wobei ein Flugvorgang des Luft- oder Raumfahrzeugs 10 mit einem zuvor freigegebenen Flugplan in kontrolliertem Luftraum durchgeführt wird, wobei eine C2-Verbindung 12, 14, 16, über welche das Luft- und Raumfahrzeug 10 steuerbar ist oder gesteuert wird, zumindest zeitweise nicht zur Verfügung steht, und wobei durch wenigstens eine Sensoreinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs eine Gefahren- und/oder Notfallsituation identifiziert wird, die eine Abweichung von dem freigegebenen Flugplan erforderlich macht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass seitens einer Steuereinrichtung des Luft- und Raumfahrzeugs 10 selbstständig eine Datenfunkverbindung 30 über VHF, UHF oder eine andere geeignete Frequenz mit einer Kontrollinstanz 31 zur Abstimmung eines geänderten Flugplans mit wenigstens einer Änderung verwendet wird.
Hierbei wird insbesondere nach Identifikation einer Gefahren- und/oder Notfallsituation durch die wenigstens eine Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs 10 eine mögliche Flugplanabweichung ermittelt und mit der Kontrollinstanz 31 über die Datenfunkverbindung 30 zumindest ein Dialog mit den folgenden Punkten durchgeführt:

a) Absetzen eines Freigabeverlangens bezüglich des abweichenden Flugplans durch die Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs 10;
b) Beurteilung der Freigabebitte durch die Kontrollinstanz und Produktion eines positiven oder negativen Beurteilungsergebnisses;
c) Rückübermittlung des Beurteilungsergebnisses zusammen mit dem originalen Freigabeverlangen an das Luft- oder Raumfahrzeug 10;
d) Vergleich des rückübermittelten Beurteilungsergebnisses mit dem ursprünglich übermittelten Freigabeverlangen mit Plausibilitätsprüfung; und
e) Änderung des ursprünglichen Flugplans des zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeugs 10 abhängig von dem Beurteilungsergebnis.

Dem betreffenden zumindest zeitweise unbemannten Luft- oder Raumfahrzeug 10, welches nach einem zuvor freigegebenen Flugplan einen kontrollierten Luftraum durchfliegt, steht eine C2-Verbindung 12, 14, 16, über welche das Luft- und Raumfahrzeug 10 steuerbar ist oder gesteuert wird, zumindest zeitweise nicht zur Verfügung.
Das Luft- oder Raumfahrzeug 10 ist mit einer Sensoreinrichtung versehen, die eine Gefahren- und/oder Notfallsituation identifiziert, die eine Abweichung von dem freigegebenen Flugplan erforderlich macht, stimmt erfindungsgemäß demnach mit einer Steuereinrichtung, die selbstständig eine Datenfunkverbindung 30 mit einer Kontrollinstanz 31 nutzt, einen geänderten Flugplans mit wenigstens einer Änderung ab.
Der beschriebene Mechanismus ist für alle relevanten Bedingungen ohne Zeitdringlichkeit nützlich, also dann, wenn ausreichende Zeit für das RPA verfügbar ist, geeignete Abweichungen vom Flugplan zu identifizieren, die Freigabebitten an den ATC-Kontroller 31 übermitteln, damit dieser diese Freigabebitten beurteilen und eine Rückmeldung über eine Datenfunkverbindung 30, bspw. eine CPDLC-Verbindung liefern kann.
Ein System und Verfahren wie oben beschrieben hat den Vorteil, eine Änderung am freigegebenen Flugplan unter Verbindungsverlust zu ermöglichen, und dabei mit geringem Aufwand Gebrauch von etablierten Methoden der bemannten Luftfahrt zu machen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: Luft- oder Raumfahrzeug
12: C2-Verbindung
14: C2-Verbindung
16: C2-Verbindung
20: Bodenkontrollstation GCS
21: Bodenvermittlungsstelle
22: Satelliten-Bodenstation
23: Satellit
30: VHF-Datenfunk-Verbindung
31: Kontrollinstanz (ATC)

Claims

Verfahren zum Betrieb eines zumindest zeitweise unbemannten (sollte klar sein, dass sich dies nicht auf mögliche Passagiere bezieht) Luft- oder Raumfahrzeugs (10), wobei ein Flugvorgang des Luft- oder Raumfahrzeugs (10) mit einem zuvor freigegebenen Flugplan in kontrolliertem Luftraum durchgeführt wird, wobei eine C2-Verbindung (12, 14, 16), über welche das Luft- und Raumfahrzeug (10) steuerbar ist oder gesteuert wird, zumindest zeitweise nicht zur Verfügung steht, und wobei durch wenigstens eine Sensoreinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs (10) eine Gefahren- und/oder Notfallsituation identifiziert wird, die eine Abweichung von dem freigegebenen Flugplan erforderlich macht, wobei seitens einer Steuereinrichtung des Luft- und Raumfahrzeugs (10) selbstständig eine Datenfunkverbindung (30) mit einer Kontrollinstanz (31) zur Abstimmung eines geänderten Flugplans mit wenigstens einer Änderung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kontrollinstanz (31) durch eine Leitstelle oder eine Flugsicherungsstelle gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung an die Kontrollinstanz (31) zumindest eine Freigabebitte absetzt und nach deren Beantwortung ergebnisabhängig reagiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensoreinrichtung durch wenigstens einen an dem Luft- oder Raumfahrzeug (10) angeordneten Sensor, eine Datenempfangseinrichtung, ein Telemetriesystem oder eine Funktionsüberwachungseinrichtung gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die von der Sensoreinrichtung zu identifizierende Gefahren- und/oder Notfallsituation das Auftauchen schwerwiegender Wetterbedingungen, eine Beschädigung eines Antriebssystems, der Ausfall zumindest eines für den Flugbetrieb wichtigen oder notwendigen Systems, Hagelschlag, Knappheit von Brennstoff und/oder eine andere Situation ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Datenfunkverbindung (30) eine VHF- oder UHF-Datenfunkverbindung, insbesondere eine VDL-Verbindung, bevorzugt als VDL Mode2-Verbindung, etabliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs (10) zumindest ein Flight-Management System, ein Flight Control Systems oder ein Autopilotensystem umfasst oder selbst jeweils Teil eines solchen Systems ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Änderung des Flugplans zumindest eine Höhenänderung oder eine Kursänderung des Luft- oder Raumfahrzeugs (10) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Identifikation einer Gefahren- und/oder Notfallsituation durch die wenigstens eine Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs (10) eine mögliche Flugplanabweichung ermittelt wird und mit der Kontrollinstanz (31) über die Datenfunkverbindung (30) zumindest ein Dialog mit den folgenden Punkten durchgeführt wird: a. Absetzen eines Freigabeverlangens bezüglich des abweichenden Flugplans durch die Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs (10); b. Beurteilung der Freigabebitte durch die Kontrollinstanz (31) und Produktion eines positiven oder negativen Beurteilungsergebnisses; c. Rückübermittlung des Beurteilungsergebnisses zusammen mit dem originalen Freigabeverlangen an das Luft- oder Raumfahrzeug (10); d. Vergleich des rückübermittelten Beurteilungsergebnisses mit dem ursprünglich übermittelten Freigabeverlangen mit Plausibilitätsprüfung durch die Steuereinrichtung des Luft- oder Raumfahrzeugs (10); e. Änderung des ursprünglichen Flugplans abhängig von dem Beurteilungsergebnis.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Änderung des ursprünglichen Flugplans unter Punkt e. im Falle eines positiven Beurteilungsergebnisses einen aktualisierten Flugplan des Luft- oder Raumfahrzeugs (10) wie vorgeschlagen umgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei durch die Änderung des ursprünglichen Flugplans unter Punkt e. im Falle eines negativen Beurteilungsergebnisses ein weiterer Dialog mit einer alternativen Änderung des Flugplans für das Luft- oder Raumfahrzeug (10) initiiert wird oder eine andere Maßnahme vorgenommen wird
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die andere Maßnahme darin besteht, dass der ursprüngliche Flugplan beibehalten wird oder in einem speziellen Notfallprogramm eine nicht autorisierte Flugplanänderung seitens der Steuereinrichtung vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollinstanz (31) einen Dialog mit dem zumindest zeitweilig unbemannten Luft- oder Raumfahrzeug (10) initiiert und eine Abweichung von dem Flugplan als Vorschlag oder als Gegenvorschlag auf eine Freigabebitte an dessen Steuereinrichtung übermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollinstanz (31) die Flugplanänderung mit einem beabstandeten PIC über einen unabhängigen Kommunikationsweg klärt.
Zumindest zeitweise unbemanntes Luft- oder Raumfahrzeug (10), welches nach einem zuvor freigegebenen Flugplan einen kontrollierten Luftraum durchfliegt, bei welchem eine C2-Verbindung (12, 14, 16), über welche das Luft- und Raumfahrzeug (10) steuerbar ist oder gesteuert wird, zumindest zeitweise nicht zur Verfügung steht, und welches mit einer Sensoreinrichtung versehen ist, die eine Gefahren- und/oder Notfallsituation identifiziert, die eine Abweichung von dem freigegebenen Flugplan erforderlich macht, wobei das Luft- oder Raumfahrzeug (10) eine Steuereinrichtung aufweist, die selbstständig eine Datenfunkverbindung (30) mit einer Kontrollinstanz (31) nutzt, um einen geänderten Flugplans mit wenigstens einer Änderung abzustimmen.