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Technik rund ums Fliegen

TCAS.

von SIEGFRIED H. KOTTYSCH

Seit Jahren sind Flugzeuge mit Transpondern ausgerüstet. Selbst Ultralight- Flugzeuge nähern sich mit ihrer technischen Ausrüstung immer mehr an die größeren Klassen an. Zunächst für die Flugüberwachung vom Boden aus eingesetzt, lag es vor dem Hintergrund des immer dichter werdenden Luftverkehrs - insbesondere der 'scheduled flights', also der Airlines - nahe, diese aktiv/passiv- Einrichtungen auch für Warnungen vor möglichen gefährlichen Annäherungen im Luft-Luft-Betrieb zu nutzen. So ist das TCAS (Traffic Collision Avoidance System) entstanden.

Wie funktioniert es? Was tut es? Was kann es nicht?

Vereinfacht dargestellt fragt TCAS die Transponder anderer Luftfahrzeuge ab und ermittelt aus den gewonnenen Daten, ob sich ein Konflikt für den eigenen Flug ergeben würde. Dieser wird den Piloten entweder als TA (Traffic Advisory / Verkehrshinweis) oder als RA (Resolution Advisory / vorgeschlagene Ausweichbewegung) dargestellt.

TCAS-Anzeigen werden heute zumeist im Display des PFD (Primary Flight Display) untergebracht. Auch die Anzeige im Display des Variometers ist gebräuchlich.



Es existiert eine Reihe von Revisionen des TCAS-Systems:

TCAS I : Dieses Gerät gibt dem Piloten eine Verkehrsanzeige aus, die ihn bei der Sichtentdeckung unterstützen soll. Die Reichweite liegt bei ca. 6 NM. Flugzeuge mit 10-30 Sitzplätzen sind innerhalb des US-Luftraumes zu einem solchen Gerät verpflichtet.

TCAS II : Im Gegensatz zu TCAS I gibt dieses System nicht nur eine Verkehrsanzeige aus, sondern zusätzlich vertikale Ausweichempfehlungen. Notwendig zum Betrieb ist ein Mode-S Transponder an Bord. Flugzeuge mit mehr als 30 Sitzplätzen müssen in den USA dieses Gerät mit sich führen. Die Reichweite liegt bei ca. 16 NM.

TCAS III : Zusätzlich werden auch horizontale Ausweichempfehlungen gegeben. Es wird ebenfalls ein Mode-S Transponder benötigt, die Reichweite liegt bei 20 NM.

Das Grundprinzip der TCAS-Geräte besteht darin, dass Flugzeuge in Reichweite ('Intruder'), die mit Sekundärradar-Transpondern ausgerüstet sind, von dem System verfolgt werden. Die Transponder werden ungefähr sekündlich abgefragt, so dass sich aus der Abfrage-Antwort-Laufzeit die Schrägentfernung und aus dem Antwortinhalt die barometrische Höhe des abgefragten Flugzeuges ergibt. Das System schätzt die Entwicklung einer Situation ab und gibt dem Piloten eine Verkehrsanzeige oder Ausweichempfehlung.

Nähert sich der Intruder bis auf 30000 ft oder ermittelt das System Höhengleichheit innerhalb der nächsten 30 Sekunden, wird auf aktive Überwachung umgeschaltet und dem entsprechenden Symbol im Display eine bestimmte Farbe zugewiesen. Mit dem Zeitwert wird den Geschwindigkeiten Rechnung getragen. Eine reine Distanzschwelle wäre bei dem hohen und durch das wegen unterschiedlicher Annäherungswinkel äußerst breiten Geschwindigkeitsband zu unsicher. Bei etwa 3,3 NM oder 40 Sekunden wird eine TA, bei weniger als etwa 2,1 NM oder 25 Sekunden eine RA erteilt. Jetzt muss die RA unverzüglich befolgt werden.

Als potentielle Bedrohung erkennt das System das Flugzeug, das den geschützten Bereich voraussichtlich berührt. Die Cockpit-Crew erhält dann eine Traffic Advisory (TA), die sowohl visuell als auch akustisch wahrgenommen wird. Im Sekundentakt ermittelt TCAS den Status eines jeden "Eindringlings". Erst wenn eine direkte Kollisionsgefahr erkannt wird, gibt das System eine Resolution Advisory (RA). Diese fordert den Piloten auf, sofort den Anweisungen etwa nach Steig- oder Sinkflug zu folgen.

Die schnellste und damit effektivste Ausweichbewegung ist zunächst immer die vertikale, weil ausreichende Kurven immer deutlich mehr Zeit in Anspuch nehmen. Da beide TCAS-Systeme gewissermaßen miteinander kommunizieren, koordinieren sie auch ihre Ausweichempfehlungen. So ist sichergestellt, dass nicht beide Flugzeuge in die selbe Richtung ausweichen.

Zur Darstellung von möglichen Intrudern benötigt TCAS deren Transponder-Signale. Voraussetzung für eine TA ist, dass alle beteiligten Flugzeuge einen Transponder besitzen und diesen auch betreiben. Luftfahrzeuge ohne Transponder werden vom System nicht erkannt. Für Flugzeuge mit Transponder ohne Höhenangaben wird nur eine Traffic Advisory ausgegeben. Mode-S-Transponder ermöglichen, Resolution Advisories zwischen den TCAS-Systemen der am möglichen Konflikt beteiligten Luftfahrzeuge zu koordinieren.

Das System ist ein Warn- , nicht ein Steuerungssystem. Entgegen einer weit verbreiteten Meinung steuern die TCAS-Systeme nicht das Flugzeug, indem sie beispielsweise mit dem Autopiloten gekoppelt wären. Die Ausweichbewegung selbst muss in jedem Fall vom Piloten durchgeführt werden. Hier ist den Piloten im übrigen nahezu ausnahmslos durch die Safety Standards ihrer Gesellschaften das strikte Befolgen einer Resolution Advisory vorgeschrieben. Ausnahme: Sie können klar verifizieren, dass keine Kollisionsgefahr besteht. Sobald eine Resolution Advisory gegeben wird, muss innerhalb von fünf Sekunden den Anweisungen des Systems gefolgt werden. Danach ist ATC über die vorgenommene Ausweichbewegung zu informieren, um eventuell drohende Staffelungsprobleme koordinieren zu können.

Hier ist eine TA ausgelöst worden. Der Intruder befindet sich in 1-Uhr-Richtung in 2 NM Entfernung und 200 ft höher. Die weiteren Ziele (weiß dargestellt) sind teilweise auch recht nah, aber mit schon deutlich abweichenden Höhen.

Aus den technischen Gegebenheiten ergibt sich jedoch auch ein Dilemma: Bereits bei der Reichweite von 20 NM (neuere Geräte reichen bis zu 60 NM) sind oft eine Unmenge 'Intruder' in Reichweite, die überhaupt keine Bedrohung darstellen, aber das Display mit Signalen überziehen. Um diesen Umstand wissend, verringert sich naturgemäß die Aufmerksamkeit des Piloten auf das TCAS. Würde man jedoch die Alarm-Reichweite niedriger einstellen, stähle das entscheidende Sekunden. 16 NM, die Standard-Reichweite der TCAS, legt ein Airliner in etwa zwei Minuten zurück. Im worst case, also bei genau entgegengesetzten Bewegungsrichtungen zweier Flugzeuge, bleiben da nur noch sechzig Sekunden. Jede Verringerung der eingestellten Reichweite hätte in diesem Fall die doppelte Verringerung der zur Verfügung stehenden Zeit für die Ausweichbewegung(en) zur Folge. Und da hier noch die Reaktionszeit der Piloten in Abzug gebracht werden muss, verbietet sich eine Verringerung der Reichweite der TCAS.

Daraus wird deutlich, dass das TCAS in jedem Fall nur unterstützend wirken kann, die Kontrolle der Flugbewegungen durch Bodenradar muss immer Priorität haben.



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