خلاصه‌ای از چشم‌انداز 2035 پروژه مدیریت ترافیک هوایی SESAR

در نمایشگاه و کنفرانس هوانوردی تجاری اروپا که در ماه می 2019 برگزار شد، برخی از اعضای مطرح انجمن هوانوردی تجاری اروپا (EBAA^[1]) جلساتی را با هدف ارائه راه‌حلی برای چالش افزایش مداوم زمان تاخیر در سیستم‌های ترافیک هوایی برگزار کردند. در این جلسات آقای حسین خان دبیر کل انجمن ضمن پذیرش عملکرد ضعیف اروپا در کاهش تاخیرهای ترافیک هوایی، خواستار ارائه راه‌حل‌هایی برای بهبود این شرایط شد.

دبیر کل انجمن بر اساس گزارش مشترک منتشر شده در تاریخ 1 مارس 2019 توسط یوروکنترل و FAA در مقایسه با تاخیرهای ترافیک هوایی اروپا و ایالت متحده، به افزایش قابل ملاحظه تاخیرها در پرواز‌های تجاری و مسافربری اروپا اشاره کرده است. طبق این گزارش در سال 2018 تاخیرها به 19 میلیون دقیقه افزایش پیدا کرده که در واقع نسبت به سال قبل 105 درصد افزایش داشته است. این گزارش همچنین نشان می‌دهد که با وجود اینکه ایالت متحده 5 میلیون پرواز بیشتر از اروپا در سال 2017 انجام داده است اما اروپا در مجموع 100 هزار دقیقه تاخیر بیشتر از ایالت متحده در همان سال داشته است.

در تاریخ 9 آوریل 2019 یوروکنترل منحصرا گزارش «معماری حریم هوایی آینده» خود را منتشر کرد. این گزارش که در 159 صفحه تدوین شده ‌است، یک استراتژی انتقال مستمر به سمت سیستم حریم هوایی یکپارچه اروپا را در سه دوره 5 ساله بین 2020 تا 2035 پیشنهاد می‌دهد. این مطالعه نتیجه یک درخواست از پارلمان اروپا برای ارزیابی سازگاری اهداف طرح جامع مدیریت ترافیک هوایی و پروژه SESAR است. دبیر کل انجمن تاکید کرد یکی از اهداف اصلی مشخص شده در مطالعه حریم هوایی آینده، رسیدگی به انواع تاخیرها است.

در ادامه با دو چشم‌انداز یوروکنترل در پروژه SESAR برای افزایش ظرفیت‌ ترافیک هوایی اروپا و کاهش تاخیر پروازها بخصوص در بخش هوانوردی تجاری آشنا می‌شویم.

مدیریت ترافیک هوایی شبکه محور

گزارش یوروکنترل ایجاد یک سرویس داده‌گرا در سیستم ترافیک هوایی اروپا را پیشنهاد می‌دهد. این سرویس به کمک پیشرفت‌های انجام شده در ارتباطات، ناوبری و فناوری‌های نظارت بر هواپیما و نحوه تعامل این سیستم‌ها با ترافیک هوایی و شبکه‌های مبتنی بر فضا و زمین فعال می‌شود.

به طور کلی، اهداف مشخص شده در دوره زمانی 2020 تا 2025 بلندپروازانه است زیرا آن‌ها خواستار اجرای عملیات هوایی مسیر آزاد (Free airspace Operation) و ایجاد تامین‌کنندگان سرویس داده مدیریت ترافیک هوایی جدید هستند. تامین‌کنندگان سرویس داده جدید به عنوان روشی برای در دسترس قرار دادن تمام داده‌های عملیاتی پرواز به کلیه کاربران حریم هوایی اروپا پیشنهاد می‌شود. این روش به جای حفظ ساختار فعلی که در آن داده‌ها بر اساس تصمیم‌گیری فردی تامین‌کننده سرویس ناوبری هوایی در هر کشور اروپا در دسترس کاربران قرار می‌گیرند، به کار برده می‌شود.

در حال حاضر تامین‌کنندگان سرویس داده هوایی عملیات پردازش داده پرواز که شامل پیش‌بینی مسیر، شناسایی و حل تضادها (اختلاف‌ها) و برنامه‌ریزی مدیریت ورود است، را فراهم می‌کنند. در روش جدید این خدمات با یکپارچه‌سازی سرویس‌های مربوط به هواشناسی، نظارت و اطلاعات هوایی که امروزه به صورت جداگانه توسط ANSPها بر اساس هر کشور اروپایی تجزیه و تحلیل و کنترل می‌شوند، ارائه خواهند شد و در دسترس همه کاربران شبکه قرار خواهد گرفت.

حریم هوایی مسیر آزاد^[2] (FRA) یک مفهوم مدیریت ترافیک هوایی است که به بخش خاصی از حریم هوایی اشاره دارد که در آن کاربران آزادانه مسیری را بین یک نقطه ورودی و خروجی تعریف شده برنامه‌ریزی می‌کنند. همچنین با توجه به در دسترس بودن حریم هوایی، استفاده از ساختار مسیر آزاد امکان مسیریابی از طریق نقطه مسیرهای میانی را بدون مراجعه به شبکه سرویس ترافیک هوایی محلی فراهم می‌کند.

حریم هوایی مسیر آزاد یک مفهوم در سرویس‌های ترافیک هوایی است که تنها با رعایت موارد محدودی که هر مسیر استاندارد باید دارا باشد (مانند نقطه ورود و خروج، اجتناب از مناطق خطرناک و اجتناب از نواحی که برای مدت محدود برای کاربران خاص رزرو شده) به اپراتور اجازه می‌دهد مسیر خود را تعیین کند. در بیشتر موارد خط مستقیم بین نقطه ورود و خروج انتخاب می‌شود اما اگر به دلایلی این مسیر مناسب نباشد (به عنوان مثال منطقه خطر باشد) می‌توان از نقطه‌مسیرهای میانی استفاده کرد. این‌ها می‌توانند نقاط ناوبری یا نقاطی با مشخصات معین باشند. در شکل 1 نمای کلی از قوانین اصلی FRA نشان داده شده است.

شکل 1- نمونه‌ای از مسیرهای مجاز و غیر مجاز که در طول برنامه‌ریزی قبل از پرواز در نظر گرفته می‌شوند.

فواید FRA

طبق نظر یوروکنترل، FRA روشی برای غلبه بر مشکلات بخش‌هایی از هوانوردی مثل بهره‌وری کم، ظرفیت محدود و مسائل زیست‌محیطی است که در عین حال با کاهش مصرف سوخت و انتشار گازهای گلخانه‌ای، بهبود کارایی پرواز بدست می‌آید. همچنین FRA زمینه پیشرفت بیشتر برای طراحی حریم هوایی و مفاهیم عملیاتی ATM را هموار می‌کند.

بر اساس اطلاعات منتشر شده روی پایگاه اینترنتی یوروکنترل، با پروژه‌های حریم هوایی مسیر آزاد که در حال حاضر در سه چهارم حریم هوایی اروپا ایجاد شده است، اهداف بهره‌وری پرواز در منطقه قابل درک است. پروازهای اروپایی از نظر بهره‌وری پروازهای درون‌مسیر (En-Route) تا پایان سال 2017 رکورد پایینی را کسب کردند. در فضای هوایی اروپا، بهره‌‌وری مسیر (تفاوت بین مسیر واقعی پرواز با فاصله مستقیم بین نقاط ورود و خروج از دایره‌های بزرگ فرودگاه‌ها- مطابق شکل 2) به طور متوسط در سال 2012 حدود 17/3 درصد بود. در سال 2017 این حجم به 77/2 درصد کاهش یافت و در سال 2019 با 6/2 درصد، بسیار به هدف عملکردی اروپا نزدیک شد. این عملکرد مثبت به دلیل بخشی از ابتکارات جدید مانند حریم هوایی مسیر آزاد بود.

شکل 2- بهره‌وری En-Route: تفاوت مسیر واقعی پرواز با فاصله مستقیم بین نقاط ورود و خروج از دایره‌های بزرگ

برنامه FRA را می‌توان یک نشانه کلیدی برای دستیابی به اهداف SESAR در طراحی پروفایل و مسیرهای پرواز 4 بعدی دانست. همچنین FRA این امکان را فراهم می‌کند تا خواسته‌های کاربران حریم هوایی 50 سال آینده از جمله هواگردهای بدون سرنشین نظامی و غیرنظامی، حمل‌و‌نقل‌های فراصوت، بالن‌های شبکه‌های بی‌سیم و کشتی‌های هوایی برآورده شود.

در گزارش یوروکنترل درباره FRA آمده است: «در آینده حریم‌ها هوایی با لایه‌های عملیاتی و فناوری ترکیب می‌شود و قادر خواهد بود هواپیماها را در محیط مسیر آزاد به پرواز درآورد. همچنین به آنها امکان می‌دهد مسیرهای پروازی خود را صرف نظر از مناطق اطلاعات پرواز (FIR) یا مرزهای ایالتی بهینه کنند.»

در حال حاضر یوروکنترل اجازه انجام این نوع از عملیات را در ناحیه‌ای‌ از اروپا واقع در مرکز کنترل ناحیه‌ای شهر ماستریخت هلند می‌دهد. بر این اساس به کاربر اجازه داده‌ می‌شود مسیرها را در حریم هوایی پیچیده و متراکم مناطق بلژیک، شمال شرق آلمان، لوکزامبورگ و هلند بالاتر از 24500 پا انتخاب کند. بنابراین در حال حاضر کاربران مجازند از ساعت 12 نیمه شب تا 6 صبح به وقت محلی در این حریم هوایی پرواز کنند. در نیمه اول سال 2020 این برنامه در تمام هفته و همه زمان‌ها گسترش خواهد یافت.

مجموعه پروتکل اینترنت

همانطور که پیش از این اشاره شد گزارش معماری حریم هوایی آینده یوروکنترل آنچه را که باید از نظر فناوری و مفهومی برای بهبود در سیستم ترافیک هوایی آینده بین سال‌های 2020 تا 2035 رخ دهد را ارائه می‌کند. بر این اساس، گزارش یک تغییرات تدریجی را از اواسط تا اواخر دهه 2020 ارائه می‌کند تا به بهبود تاخیرهای خروج هواپیما از فرودگاه و تاخیرهای درون‌مسیری کمک شود.

یک پیشنهاد دیگر ارائه شده در گزارش یوروکنترل، جایگزینی ارتباطات صوتی VHF بین کنترلرهای ترافیک هوایی و خلبان با فناوری‌های داده محور همچون محیط چند لینکی مجموعه پروتکل اینترنت (IPS) است. این اولین باری است که یوروکنترل به‌طور مستقیم از IPS به عنوان زیرساخت آینده ارتباطات داده هواپیما در حریم هوایی اروپا یاد می‌کند. در گزارش یورو کنترل اینطور آمده است: «به منظور برقراری تعامل دقیق بین کنترلر‌ها و خلبانان برای اهداف ایمنی- محور و زمان- محور، به یک لینک داده با ظرفیت و سرعت بالا و زمان پاسخگویی قابل اعتماد نیاز است که از جمله می‌توان به یک ساختار قوی پروتکل اینترنت اشاره کرد.»

همچنین گزارش معماری حریم هوایی آینده یوروکنترل در این‌باره می‌گوید: «برای برقراری تعامل دقیق بین کنترل‌کننده‌ها و خلبانان به منظور تفکیک اهداف ایمنی- محور و زمان- محور به یک لینک داده با ظرفیت و سرعت بالا و زمان پاسخگویی قابل اعتماد نیاز است که از جمله می‌توان به ستون فقرات پروتکل اینترنت قوی برای پشتیبانی از اتصال اشاره کرد.»

در نسخه‌ شماره 23 مجله به‌طور مفصل فناوری IPS را مورد بررسی قرار دادیم. به‌طور خلاصه می‌توان گفت IPS یک زیرساخت ارتباطی آینده است که از شبکه‌های ارتباطی ماهواره‌ای و سلولی برای حمل بخش عمده‌ای از داده‌ها بین هواپیما و کنترلر ترافیک هوایی، مراکز عملیات خطوط هوایی و تولیدکنندگان موتورهای هواپیما، سیستم‌ها و قطعات استفاده می‌کند. این ساختار مستلزم استفاده از محصولات تجاری مبتنی بر پروتکل اینترنت برای پشتیبانی از ارتباطات سرویس‌های ایمنی هوا به زمین است.

در حال حاضر لینک ارتباطی اصلی که توسط اپراتورهای هواپیماهای تجاری استفاده می‌شود همان سیستم گزارش‌دهی و آدرس‌دهی ارتباطات هواپیما (ACARS) است. در حالیکه IPS از چند لینک دید مستقیم (LoS) و بدون دید مستقیم که در طیف محافظت شده قرار دارند و توسط اتحادیه بین‌المللی ارتباط از راه دور (ITU) و ایکائو برای سرویس‌های ایمنی اختصاص داده شده‌اند، استفاده می‌کند. این سیستم‌ها شامل ارتباط ماهواره‌ای Swiftbroadband اینمارست، Iridium Certus و سیستم ارتباطی هوایی دیجیتال L-band (LDACS) خواهد بود.

برخی از این لینک‌ها در حال حاضر در پرواز مورد آزمایش قرار گرفته و صرفا برای ارتباطات ایمن خلبان به کنترلر توسعه یافته‌اند. به عنوان مثال مهندسان مرکز هوافضای آلمان (DLR) در حال ارزیابی نتایج یک آزمایش پرواز با استفاده از طیف باند L هستند. مهندسان در این آزمایشات از فالکون ۲۰ که با یک گیرنده LDACS اصلاح شده است، استفاده کرده‌اند. آن‌ها به دنبال این بودند که چطور LDACS می‌تواند دو هدف اصلی در آینده را تامین کند. ابتدا اینکه یک لینک جایگزین که خلبان و کنترلرها می‌توانند به صورت دیجیتالی همان اطلاعاتی را که امروزه به صورت کلامی منتقل می‌کنند را تبادل کنند. دوم اینکه این سیستم می‌تواند به عنوان یک موقعیت‌یاب جایگزین، ناوبری و سیگنال زمانی برای تصحیح دقت ناوبری هواپیما در هنگام قطع یا در دسترس نبودن لینک‌های سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی مانند Galileo و EGNOS استفاده شود. هدف بلند مدت LDACS تبدیل شدن به یک استاندارد بین‌المللی برای سرویس‌های ATS/AOC است.

همچنین مهندسان در مرکز تحقیق و توسعه DLR یک گیرنده جدید LDACS را توسعه داده است تا تجهیزات اندازه‌گیری فاصله (DME) روی هواپیما را با یک سیستم LDACS/DME ترکیبی تعویض کنند. خلبانان و مهندسان DLR می‌خواهند از داده‌های جمع‌آوری شده از تست‌های پروازی برای نمایش توانایی طیف باند L در انتقال سریع‌تر داده و ناوبری دقیق‌تر استفاده کنند.

آزمایش پرواز انجام شده توسط DLR اولین گام مهم برای به کار بردن یکی از لینک‌هایی است که می‌تواند چارچوب ارتباطات داده هواپیما IPS آینده اروپا باشد. در سال 2016 یوروکنترل در تحقیقات پروژه SESAR به این نتیجه رسید که VDL Mode 2 روی یک تک فرکانس در حال حاضر به حد ظرفیت خود رسیده است و توسعه نسل بعدی فناوری لینک داده برای مدیریت رشد ترافیک هوایی اروپا ضروری است.

فناوری‌های جدیدی مانند هواپیماهای تمام الکتریکی، VTOL (فرود و برخاست عمودی)، بلاک‌چین، هوش مصنوعی و سوخت‌های جایگزین سرعت نوآوری در هوانوردی را افزایش می‌دهند. این پیشرفت‌ها و فناوری‌های مورد نیاز فقط در صورتی عملی است که اتحادیه اروپا بتواند زیرساخت‌های کافی را برای اپراتورهای هوانوردی در اروپا فراهم کند. در این بین دسترسی به فرودگاه‌ها و حریم هوایی که موانع اصلی برای این پروژه هستند، به‌طور ویژه از سوی یوروکنترل مورد توجه خواهند بود.

[1] European Business Aviation Association

[2] Free Route Airspace