Handout zum ICAO

Workshop ICAO Flugplan 2012
Zusammenfassung
Datalink und SELCAL
Unter Datalink verstehen wir gemeinhin die bewusst genutzte Textkommunikation zwischen
Luftfahrzeugen und Bodenstationen über das so genannte ACARS, das Aircraft Communications
Adressing and Reporting System. Dieses boden- sowie luftseitig implementierte System besitzt
sowohl eigene VHF-Frequenzen als auch HF-Frequenzen und einen Satellitenuplink.
Dabei sind Flugzeuge nach ihrem Einsatzprofil unterschiedlich ausgerüstet, wobei alle
Kombinationen möglich sind. Die VHF-Frequenzen wurden 1978 erstmal eingerichtet und
übertragen Nachrichten in Töne moduliert. Da VHF-Kommunikation an die Sichtlinie gebunden ist,
sind Maschinen abseits der großen Landmassen oder außerhalb der dichten Funknetze über Datalink
nicht mehr erreichbar. Aus diesem Grund und für die Übertragung von Positionsmeldungen in nach
Zeit gestaffelten Lufträumen (wie Shanwick Oceanic über dem Nordatlantik) wurde der HFDatalink geschaffen, der eine Erreichbarkeit nahezu weltweit ermöglicht hat. Über
Satellitenkommunikation läuft mittlerweile ein großer Teil des Datalinkverkehrs, da es dort keine
Frequenzüberlastungen gibt, die zum Teil erhebliche Verzögerungen in vielbeflogenen Gebieten
hervorgerufen haben. Da die Anzahl der zur Verfügung stehenden Satelliten in einem polnahen
Orbit noch begrenzt ist, stellt der HF-Datalink immernoch eine wichtige Stütze der Boden-LuftKommunikation dar.
Eingeführt wurde das erste ACARSACARS - Aufbau
System zur Entlastung der Funkfrequenzen.
Schnell
kamen
flugzeugseitig
bodenseitig
automatisierte Reports der Fluglage
ATC
(on blocks, airborne, landed) hinzu. Control Display
Diese Meldungen steigerten die
Unit (CDU)
Weather
VHF
Effizienz des Abfertigsprozesses und
Provider
Drucker
ermöglichten es dem Airlinedispatch,
Airport
Management
HF
in Echtzeit agieren zu können. Maintenance
Dispatch
Unit (MU)
Ergänzt wird ACARS heutzutage
Computer
Airline
durch Positionsmeldungen, das EinSatcom
Dispatch
Cabin
holen von Wettermeldungen und
Terminal
Aircraft
Berichte der Flugzeugsensoren für
Maintenance
die Wartung am Boden. Nicht zuletzt
gibt es die Möglichkeit von Freitextnachrichten von und zum Cockpit, zum Einholen einer ATIS oder zum Aufgeben eines Flugplans.
So lassen sich die Nachrichten über Datalink kategorisieren in Air Traffic Control, Aeronautical
Operational Control und Airline Administrative Control. Die Anzahl der möglichen individuellen
ACARS-Systeme ist relativ unüberschaubar, sind doch nicht nur die Zugänge zu den verschiedene
Bodensystemen und deren Übertragungsweg unterschiedlich eingerichtet, auch die in der Graphik
gestrichelt umrandeten Systeme sind lediglich optional im Flugzeug eingebaut. Da im Flugplan nur
die flugrelevanten Systeme im Equipmentfeld 10a angegeben werden, haben wir drei verschiedene
Buchstabengruppen (E1-E3,J1-J7,M1-M3) zur Verfügung, um unsere Ausrüstung zu spezifizieren.
Mehrfachnennungen sind nicht untypisch, denn die verschiedenen Systeme ergänzen sich meist.
E bezeichnet die Tiefe der MU-MCDU Implementation. E1 ist weit verbreitet und bezeichnet ein
FMC mit Zugang zu ACARS und einem WayPointReporting-System, der Möglichkeit, über
Datalink die Flugzeugposition nach den Vorschriften für prozedurale Lufträume zu übermitteln. E2
ist verhältnismäßig selten. Durch ein solches System ist die Cockpitbesatzung dazu in der Lage,
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Fluginformationsdienste (FIS) über Datalink abzufragen
und muss dementsprechend nicht die primäre ATCFrequenz verlassen bzw. vernachlässigen. Unser IVAP
ermöglicht uns jederzeit das Abrufen von aktuellen
Wetterinformationen. Insofern kann man pragmatisch E2
jederzeit anwählen. Bei E3 sprechen wir von einem
ACARS, das eine Pre-Departure Clearance erfragen und
verarbeiten kann. Das ist leider nicht vom Flugsimulator
aus möglich. Wir können dazu aber im Webbrowser auf
datalink.ivao.aero gehen, uns einloggen und gucken, ob
für unseren Abflughafen eine entsprechende ATC-Station
den Datalink aktiviert hat und unsere Streckenfreigabe so bequem erfragen.
J steht für die zur Verfügung stehenden Kommunikationskanäle unseres ACARS für die CPDLC,
die Controller Pilot Data Link Communications, also den direkten Draht vom ATC ins Cockpit und
umgekehrt. J1 ist ein klassischer VHF-Datalink und steht für „VHF Digital Mode 2“. Ab 2014 wird
dieser für Flugzeugneuzulassungen in Europa verpflichtend. J2 ist der HF-Datalink, der von
ARINC, einer US-amerikanischen Kommunikationsfirma, angeboten wird. Er arbeitet nach dem
1983 eingeführten FANS (Future Air Navigation System). J3 steht für den VHF-Datalink nach dem
FANS 1/A – Standard. J4 ist ein VHF Digital Mode 2-Datalink, der ebenfalls nach FANS 1/A
zugelassen ist und stellt damit die Mischform aus J1 und J3 dar. J5-J7 steht für Datalinkkommunikation über Satelliten-Uplink. Sortiert ist es nach den drei zugelassenen Anbietern für
Satellitenkommunikation und deren Systemen INMARSAT (J5), MTSAT (J6) und Iridium (J7).
M1-M3 steht für die Möglichkeit der satellite radio telephony über SATCOM-Datalink, wieder für
die drei Systeme INMARSAT (M1), MTSAT (M2) und Iridium (M3). Bislang kaum für Air Traffic
Control genutzt, überlegen derzeit die Flugsicherungen, inwieweit SATCOM das Problem der
Frequenzknappheit in dicht beflogenen Gegenden beheben kann.
Die technischen Komponenten
des ACARS lassen sich in der
virtuellen Fliegerei nicht 1 zu 1
umsetzen. Zumindest haben wir
keine ganz-heitliche Lösung.
Die Möglichkeiten, die uns zur
Verfügung stehen, liegen aber
schon verblüffend nahe an dem,
was das Vorbild zu leisten
imstande ist. Das IVAP lässt sich als ACARS für das IVAN verstehen. Frühere Versionen des
ACARS hatten sogar eigene Displays für die Datalinknachrichten und erst mit der Einführung von
FMCs wurde die CDU des ACARS in die MCDU (Multifunction Control Display Unit) des FMS
integriert, also das Gerät, das wir gemeinhin als FMC bezeichnen.
Unser IVAP hat den Nachteil, das es keinen Zugriff auf eine Management Unit hat, sondern direkt
(die verschiedenen Kommunikationskanäle lassen wir einmal weg) mit ATC und Wetterinformationen verbunden ist. Die Operational und Administrative Control, also die weniger
priorisierten Daten auf dem Datalinkstrom, werden vom IVAN nicht unterstützt. Der Airlinedispatch wird allerdings von einigen virtuellen Fluggesellschaften auch im Flug mit angeboten.
Diese treten dann bei Bedarf sogar mit den ATC-Stationen in Kontakt, sodass im Hintergrund für
die Piloten koordiniert wird. Im Übrigen ermöglichen manche Add-ons sogar einen Flugzeuglebenszyklus inklusive Wartungsintervallen darzustellen. Das geschieht dann allerdings vollständig
außerhalb des IVAN.
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Nicht zu vergessen ist, dass man als Pilot im IVAN auch zwei verschiedene Möglichkeiten hat, mit
anderen Stationen in Kontakt zu treten: Frequenz und Chat (.chat #STATION). Wie auch im Vorbild
ist es ratsam, dringende und flugrelevante Nachrichten, die ATC direkt betreffen, einfach auf die
Frequenz zu schreiben, ganz wie als Textpilot. Smalltalk und ähnliches kann ruhig niedrig
priorisiert über den Chat ablaufen. Wer zum Beispiel gerade vom realen Leben eingeholt wird und
seine Aufmerksamkeit zwischenzeitlich nicht dem Flusi widmen kann, kann dies auf der Frequenz
schreiben, oder aber sich gleich einen SELCAL-Check geben lassen.
SELCAL ist Abkürzung für Selective Calling und bezeichnet ein System, das Radarstationen
ermöglicht, ein Tonfolge auf einer HF- oder VHF-Frequenz zu verbreiten, die einem speziellen
Luftfahrzeug zugeordnet wird. Dabei wird akustisch, machmal auch visuell, der Cockpitbesatzung
signalisiert, dass es einen Sprechwunsch des ATC gibt. Das ist gewöhnlich der Fall, wenn eine
Kommunikation über das ACARS zu umständlich oder die zu erwartende Latenz hinderlich ist.
Das IVAN hat SELCAL ebenfalls implementiert. Um SELCAL als Pilot nutzen zu können, muss
man in den Remarks den sogenannten Selcalcode eingeben: eine viertstellige Buchstabenkombination, die einer Luftfahrzeugregistrierung diskret zugewiesen wird (z.B. „SEL/ABCD“). Aus
welchen Kombinationen sich diese Codes zusammensetzen dürfen, kann man auf den IVAO-Seiten
bezüglich SELCAL nachlesen. Wenn man die Kombination für ein bestimmtes reales Luftfahrzeug
sucht, kann man auf Airframes.org fündig werden.
Sobald der Controller einen Sprechwunsch hat und den Selcalcode im IVAC eingibt, ertönt im
angesprochenen IVAP der vom „force act“ bekannte Ton. Um diesen auf eine SELCAL-Tonfolge zu
ändern, muss man die entsprechende SELCAL.wav im Ordner IVAP/sound ersetzen. Nach dem Ton
hat die Flightcrew Hörbereitschaft herzustellen und sich mit dem Rufzeichen und einem „pass your
message“ auf der Frequenz zu melden.
Global Positioning System (GPS) / Global Navigation Satellite System (GNSS)
Das GPS bzw. das GNSS ist eine auf Satelliten gestützte Navigation. Wenn ein GPS Empfänger vier
Satelliten anpeilen kann, kann das System die Position und die Höhe des Empfängers ausrechnen.
Dabei wird, durch bestimmt Abweichungen (z.B. die Krümmung der Erdoberfläche oder die
Ablenkung der Radiowellen), nur eine Genauigkeit von etwa 10-150m erzielt.
Das GNSS kann nun Koordinaten mit Kennungen versehen und diese mithilfe der Positionsbestimmung des GPS anfliegen.
Die Genauigkeit von 10-150m ist zwar ausreichend um Enroute navigieren zu können, wenn man
allerdings einen Anflug durchführt, benötigt man höhere Genauigkeit. Dazu gibt es zwei Varianten:
•
Das Satellite Based Augmentation System (SBAS) stellt weitere Satelliten zur
Verfügung, die Korrektursignale aussenden. Dadurch kann eine Genauigkeit von
1-2m erzielt werden.
•
Das Ground Based Augmentation System (GBAS) stellt Bodenstationen zur
Verfügung, die die GPS Signale korrigieren bzw. präzisieren können. Somit kann
eine Genauigkeit von weit unter 1m erreicht werden.
Durch diese System werden also Präzisionsanflüge möglich und bodengestützte Anflüge (z.B. ILS
oder VOR) können vollständig ersetzt werden. Die Anflüge besitzen dann, wie alle anderen auch,
eine laterale und vertikale Führung, somit werden Präzisionsanflüge auch in bergigem Gelände
ermöglicht, wo normalerweise keine Bodengestützten Präzisionsanflüge möglich wären.
Im Flugplan ist das Vorhandsein von GNSS mit einem G im Feld 10a (Equipment) anzugeben und
in Feld 18 (Other Information) die Gruppe NAV/SBAS oder NAV/GBAS bei Vorhandsein eines
solchen Systems anzugeben.
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Performance Based Navigation (PBN)
Die ICAO hat unter dem Begriff Performance Based Navigation Richtlinien zur Verwendung von
RNAV und RNP Systemen geschaffen.
Areanavigation (RNAV) ist ein System, mit dem es möglich ist frei im Raum wählbare
Koordinaten anzufliegen, ohne dabei auf Bodenstationen vertrauen zu müssen. Die dazu
notwendige Positionsbestimmung kann über verschiedene Wege erreicht werden:
•
VOR/DME bestimmt die Position über ein Radial zu einem VOR und der Entfernung
zum VOR.
•
DME/DME bestimmt die Position über zwei DME Werte.
•
INS/IRS ermöglicht die Navigation über Trägheitssensoren, die die Bewegungen des
Flugzeugs im Raum aufnehmen können.
•
DME/DME/IRU bestimmt die Position, wie bei DME/DME, über zwei DME Werte
und interpoliert diese Daten mithilfe der Trägheitsnavigation.
•
Über GNSS (siehe oben) kann ebenfalls die Position bestimmt werden.
Eine gängige Praxis dabei ist die sogenannte Koppelnavigation, bei der mehrere der oben
angeführten Möglichkeiten zur Positionsbestimmung kombiniert werden.
Dieses RNAV-System wird nun um die ständige Kontrolle der Genauigkeit des Systems erweitert,
dieses System heißt dann Required Navigation Performance (RNP). Diese Kontrolle muss an
Bord des Flugzeugs geschehen und darf nicht ausserhalb passieren.
Im Sinne der Performance Based Navigation werden nun bestimmte Klassifikationen festgelegt, die
die Genauigkeit eines Systems beschreiben. Eine solche Klassifikation wird durch den Namen des
Systems (RNAV oder RNP) und einer Ziffer, die die Genauigkeit des Systems in nautischen Meilen
angibt, terminiert. Ein Beispiel hierfür ist „RNAV 5“, diese Klassifikation beschreibt ein System,
dass den RNAV Richtlinien gerecht wird und maximal 5nm vom geplanten Kurs abweicht.
Eine Ausnahme hiervon stellt der RNP APCH und der RNP AR APCH dar. Beide Spezifikationen
dienen für Anflüge mit hoher Präzision. Bei RNP APCH (RNP Approach) wird die maximale
Kursabweichung auf eine nautische Meile im initial und im intermediate approach und auf 0,3nm
im final approach festgelegt. Bei dieser Art des Anfluges gibt es zusätzlich die Möglichkeit
vertikaler Führung, diese vertikale Führung basiert auf dem Höhenmesser, desshalb wird sie
„BARO VNAV“ genannt. Der Anflug wird RNP APCH/BARO VNAV bezeichnet. Desweiteren
gibt es den RNP AR APCH (RNP Approval Required Approach). Diese Art des Anfluges lässt, je
nach Kennzeichnung, Genauigkeitswerte von unter 0,1nm in jedem approach leg zu. Eine weitere
Differenzierung dieses Anflugetyps wird gemacht, indem man ihn in „RF“ und „NO RF“ unterteilt.
RF heißt, dass sogenannte „Fixed Radius Legs“ im Anflug geflogen werden, bei dem NO RF
Anflug ist der Radius der Kurve weitgehend undefiniert und variiert je nach Flugzeugtyp. Diese
Anflüge werden dann RNP AR APCH RF oder RNP AR APCH NO RF bezeichnet.
Jedes Luftfahrzeug muss von der zuständigen Landesluftfahrtbehörde für jede Spezifikation
zugelassen werden. Zum Beispiel impliziert die Zulassung von RNAV 1 nicht die Zulassung von
RNAV 5, was allerdings logisch wäre, da jedes Flugzeug, dass auf eine Meile genau navigieren
kann, auch auf fünf Meilen genau navigieren kann. Grund dafür sind verschiedene weitere
Bedingungen, die die Luftfahrzeuge erfüllen müssen um die Zulassung zu erhalten, diese
unterscheiden sich unter den Klassifikationen. Gleiches gilt für RNAV und RNP: Ist ein Flugzeug
für RNP 1 freigegeben, ist es nicht automatisch für RNAV 1 freigegeben, was ebenfalls logisch
wäre, da das Flugzeug mit Genauigkeitsüberwachung auch eine Spezifikation erfüllen würde, die
diese überwachung nicht vorraussetzt.
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Im Flugplan sind im Feld 18 (Other Information) die PBN Klassifikationen anzugeben, wenn im
Feld 10a (Equipment) die Buchstaben R (für RNAV) oder G (für GNSS) eingetragen sind. Dazu
trägt man ein „PBN/“ gefolgt von den zweistelligen Buchstaben-Zahlen-Gruppen, die die jeweilige
Klassifikation angeben. Ein Beispiel hierfür ist: „PBN/A1B1C1D1“. Die verschiedenen
Spezifikationen und ihre Buchstaben-Zahlen-Gruppen sind im Anhang zu finden. Maximal acht
Spezifikationen bzw. Buchstaben-Zahlen-Gruppen dürfen angegeben werden.
Wann welche Spezifikation benötigt wird, ist den Anflug-, Abflug- oder Enroutekarten oder der
jeweiligen AIP zu entnehmen. In Anflugkarten werden allerdings andere Bezeichnungen verwendet:
•
RNAV (GNSS) oder RNAV(GPS) steht für RNP APCH
•
RNAV (RNP) steht für RNP AR APCH.
In Deutschland ist für IFR Flüge über FL095 B-RNAV (RNAV 5) Equipment verpflichtend.
Weiterführende Materialien
•
http://www.eurofpl.eu/ ist ein Tool das hilft Routen zu finden und Flugpläne auszufüllen und
es gibt noch viele andere nützliche Features. Eine kostenlose Registrierung ist notwendig.
•
http://contentzone.eurocontrol.int/FPL/ zum schnellen Nachschlagen der einzelnen Angaben
im Flugplan.
•
http://www.airframes.org/ zum nachschlagen realer SELCAL-Codes.
•
ICAO Document 9849 – Global Navigation Satellite System (GNSS) Manual
•
ICAO Document 9613 – Performance-based Navigation (PBN) Manual
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