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DIAL (Der individuelle und automatisierte Luftverkehr)

Foto: ivabalk/pixabay.com

Individualisierte Flugrouten können dabei helfen, den menschengemachten globalen Temperaturanstieg zu begrenzen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das Luftverkehrsmanagement deutlich stärker automatisiert werden, als das heute der Fall ist. Das vom DLR initiierte Projekt „Der individuelle und automatisierte Luftverkehr“ (DIAL) bündelt Forschungsarbeiten, um die Automatisierung der Flugführung auszubauen. So können Flugplaner für jedes Flugzeug am Himmel maßgeschneiderte klimaoptimierte Routen anbieten, die etwa Gebiete in der Atmosphäre mit langlebiger Kondensstreifenbildung umgehen.

Individueller und automatisierter Luftverkehr

Heutige Luftraumstrukturen und das Luftverkehrsmanagement sind in erster Linie auf Sicherheit und Kapazität optimiert. Mit der richtigen Automatisierung lässt sich dies um klimaschonende Zielgrößen wie minimaler CO₂-Ausstoß und Verringerung der Kondensstreifenbildung erweitern. Die DLR-Forscherinnen und Forscher entwickeln im Projekt DIAL Verfahren, die eine gleichzeitige Optimierung nach mehreren klimarelevanten Faktoren und eine erhöhte Kapazität des Luftverkehrsmanagements ermöglichen. Dabei ist immer das bestehende Sicherheitsniveau die Messlatte. Gleichzeitig soll das Luftverkehrsmanagement mit zunehmender Automatisierung produktiver werden. Das macht die Verkehrsführung am Himmel zusätzlich robuster und flexibler, wenn die Nachfrage wieder steigt.

Um diese Ziele zu erreichen, haben sich sieben DLR-Institute unter der Leitung des Instituts für Flugführung zu DIAL zusammengefunden, um gemeinsam die drei Teilbereiche des Projekts zu bearbeiten:

1. Automatisierung für eine freiere Routenführung

Individuell klimaoptimierte Flugtrajektorien brauchen freie Kapazitäten im Luftraum. Diese freien Kapazitäten verspricht die zusätzliche Automatisierung im heutzutage hochkomplexen Gesamtluftverkehr. Innovative ATM-Konzepte wie beispielsweise „Single Controller Operations“ werden dabei eine wichtige Rolle spielen. Bei dem Konzept wird die Arbeitslast so reduziert, dass ein einziger Lotse einen Sektor überwachen kann. Auch das Konzept der sektorlosen Flugführung, bei dem Lufträume nicht mehr in Sektoren unterteilt sind, steht im Fokus von DIAL. Diese Ansätze zur Umgestaltung des Luftverkehrsmanagements werden vom DLR seit längerem erforscht und in DIAL unter dem Gesichtspunkt der höheren Automatisierung weiterentwickelt.

2. Meteorologische Expertensysteme für die Flugplanung

In DIAL entwickeln die Forschenden zudem neuartige meteorologische Verfahren in Expertensystemen, welche sowohl langfristig als auch kurzfristig in die Flugplanungen eingehen und so Sicherheit und Klimaschutz unterstützen. Diese Verfahren behandeln Wetterrisiken wie Gewitter und Vereisung, Extremereignisse wie Vulkanasche und Wüstenstaub sowie Weltraumwetter. Wettervorhersagen von ein bis fünf Tagen werden die Flugplanung im Vorfeld verbessern. Ebenso werden kurzfristige Vorhersagen in die finale Flugvorbereitung eingehen. Auch die Durchführung der Flüge selbst wird mit Wetterbeobachtungen und besonders kurzfristigen Vorhersagen unterstützt. Die Wetterinformationen werden in die Routenplanung integriert und ermöglichen es den Planern, Probleme zu erkennen und notwendige Routenanpassungen zu identifizieren. So kann jede Einzelroute individuell optimiert und an das Wetter angepasst werden.

3. Bewertungskreisläufe zur Simulation zukünftiger Entwicklungen

Wenn Flugrouten geändert werden, ist es von großer Bedeutung, genau vorhersagen zu können, welche Auswirkungen diese hinsichtlich Kapazität, Sicherheit und eben auch Klimawirkung haben. Dies wird innerhalb von DIAL durch eine detaillierte Simulation zukünftiger Luftfahrtentwicklungen erreicht. Mittels sogenannter Bewertungskreisläufe wird es möglich, aktuelle Ziele der Luftfahrt mit ihren Auswirkungen im Angesicht möglichst vieler Einflussparameter zu simulieren und anschließend zu bewerten. Einflussparameter können zum Beispiel die Einführung neuer Flugzeugtypen oder die Berücksichtigung neuer Wetterdaten sein. Die Forschenden werden dazu einen Bewertungskreislauf im Projekt realisieren und mit verschiedenen Luftfahrtszenarien testen. Ihr Ziel ist es dabei, durch eine Vielzahl wiederholter Simulationen immer realistischere Vorhersagen zu erreichen.

Interdisziplinäre Kombination von DLR-Kompetenzen

Insgesamt neun unterschiedliche Simulationskampagnen sind in DIAL über die gesamte Projektlaufzeit von 2021 bis 2024 geplant. Dabei werden die Konzepte Single Controller Operation und sektorlose Flugführung mit Menschen in Echtzeitsimulationen validiert. Dem gegenüber stehen Automatiksimulationen der Bewertungskreisläufe, bei denen jeweils alle beteiligten Institute parallel gefordert sind.