Változások a légiközlekedésben Európán innen és túl

Két magyar kutató is sikereket ért el a BEYOND-projektben, abban a kutatás-fejlesztési programban, amelynek segítségével fejleszthetők a hazai repülőterek műholdas navigációs alapú megközelítési eljárásai. Dr. Markovits-Somogyi Rita a HungaroControlnál dolgozó légi szakos közlekedésmérnök munkája révén került a programba, Dr. Takács Bence, az Általános és Felsőgeodézia Tanszék docense pedig évek óta foglalkozik GPS-alapú navigációs rendszerekkel. Már akkor beszámoltunk sikerükről, amikor a projekt záróeseményén megkapták a nekik odaítélt díjakat, most viszont részletesen beszélgettünk velük a BEYOND-ról, a légi közlekedés jövőjéről, a navigációs rendszerek sérülékenységéről és arról, hogy mit profitálhat egy ilyen jellegű fejlesztésből egy repülőjegyet váltó utas.

Pontosan miről szólt a BEYOND projekt? Ha jól tudom, ez egy betűszó is…

Dr. Markovits-Somogyi Rita: Betűszó is, a lényegi jelentése az, hogy az EU-n belüli és EU környéki repülőterekre szeretnénk ösztönözni az EGNOS-rendszer használatát. A projekt keretében a műholdas navigációs eljárások alkalmazását a repülésben egész Európában egyre több helyen támogatja az Európai Unió. Ahhoz, hogy ez megvalósulhasson egyszerre kell a repülőtérnek, a repülőgépnek és a pilótának megfelelő követelményeket teljesíteniük. Az első lépés, hogy az eljárástervezők (Magyarországon a Hungarocontrol munkatársai) három dimenzióban megrajzolják azt az útvonalat, ahol a repülőgépnek le kell szállnia. A megtervezett eljárást ellenőrizni (validálni) kell, ezt követően publikálják. A második lépés az eljárás feltöltése a repülőgép navigációs rendszerébe, erre persze az adott repülőgépnek alkalmasnak kell lennie. Ezután a pilóta az eljárás utasításait követve a GPS-, illetve várhatóan a nem túl távoli jövőben a Galileo-műholdrendszer jelei alapján is navigálva végigviszi a gépet a tervezett útvonalon. A műholdas alapú navigációs rendszerek pontosságát és megbízhatóságát pedig az EGNOS biztosítja.

Így összességében a pilóta biztos lehet abban, hogyha az eljárást követi, hiába van köd vagy sötét, biztos nem fog beleütközni se hegybe, se semmilyen tereptárgyba (pl. kéménybe, víztoronyba), illetve a megfelelő pillanatban a futópálya adott pontjára fog a repülőgép megérkezni. Az EU azt a célt tűzte ki, hogy ezek az eljárások minél több repülőtérre készüljenek el, ezzel ösztönözve a légitársaságokat, hogy következő lépésként minél több repülőgépet tegyenek alkalmassá a műholdas alapú navigációra. A BEYOND projekt abban segített, hogy az a tudás, ami az eljárások tervezéséhez kell, meglegyen Magyarországon is; illetve, hogy a külföldi partnerek átadják tapasztalataikat az eljárástervezésen túl, a kapcsolódó területeken is. Ilyen volt a repülésbiztonsági tanulmányírást és a hosszú távú stratégiai elemzést – tehát egy komplett rendszert próbáltak meg nekünk átadni. Ezt így egy oktató projekt volt, ennek keretében kísérletként elkészült a Debreceni Repülőtér egyik irányú műholdas navigáción alapuló eljárása.

Dr. Takács Bence: Mi ennek a témának egy szűk szeletével foglalkozunk már évek óta, konkrétan a GPS-mérések feldolgozásával és a meghatározott pozíciók pontosságának és megbízhatóságának a kérdésével. Ma már nagyon sokan használnak GPS-t. Ha pl. egy éttermet keresek GPS-szel, és hibázik a navigációs rendszer, akkor a legrosszabb, ami történhet, hogy nem találom meg az éttermet. Azért nagyon fontos a navigáció megbízhatósága, mert a repülőgép óriási sebességgel jön a repülőtér felé, és ha nem elég pontos, pláne durva hibával terhelt pozíció alapján navigál a pilóta, akkor annak katasztrofális következményei lehetnek. Csak maga a GPS nincs felkészítve a rendszerben esetleg fellépő durva hibák kezelésére, szakmai kifejezéssel élve a GPS integritása (önellenőrző képessége) alacsony. Élet és vagyon biztonság szempontjából kritikus alkalmazásokhoz a GPS valamilyen kiegészítő rendszere, pl. az EGNOS szükséges. Nekünk geodétáknak ezen a téren van tapasztalatunk, azaz hogyan kell a nyers méréseket feldolgozni, az esetleges durva hibákat kiszűrni, hogy milyen korrekciók kellenek a szükséges pontosság biztosításához. Mi ezt a tudásunkat adtuk hozzá a projekthez, de persze mi is részt vettünk a képzéseken és sokat tanultunk belőlük.

Van utóélete a BEYOND projektnek?

MSR: Amit most megtanultunk, azt egy következő projektben visszük tovább élesben. A Hungarocontrol elnyert egy ilyen témájú projektet. Ezen belül, amit Debrecenben már megterveztünk, azt szeretnénk kilenc további repülőtéren is megtenni, illetve Debrecenben a hiányzó pályairányban is. Egy repülőtér annyira jó, ahány pályairánya van, egy futópályához legtöbbször pályairány tartozik, ha két irányból lehet leszállni. Így a debreceni másik irányra is szeretnénk kidolgozni az útvonalakat, olyan szintig, hogy publikálni lehessen az úgynevezett AIP-ben, ami az Aeronautical Information Publication rövidítése, ez az az adatbázis, ami tulajdonképpen a repülőterekről szóló statikus biblia. Ha ebbe belekerül, akkor onnantól kezdve bárki élesben használhatja. Amit a BEYOND keretében megterveztünk a debreceni repülőtérre, az egy adminisztratív dolog miatt még nem hivatalos, de a következő projekt keretében ez is megoldódhat. Onnantól kezdve, akár magánrepülőgépek, természetesen megfelelő fedélzeti elektronikával felszerelve is használhatják ezeket az eljárásokat.

A BEYOND-dal egy időben egy másik (Budapest 2.0) projekt keretében a budapesti Liszt Ferenc Nemzetközi Repülőtérre is elkészültek az úgynevezett PBN (Performance Based Navigation) eljárások.

Mi a hosszú távú cél?

MSR: Ezen a térképen látható, hogy Európa szerte hol publikáltak eddig műholdas alapú eljárásokat. Azt szeretnénk, ha Magyarország nem lenne fehér folt a térképen. Jelenleg ott szerepel már Budapest és félig Debrecen, a következő projekt keretében szeretnénk Magyarország további kilenc repülőterére eljárásokat publikálni.

Az egyszerű légi közlekedést használó utasok mit profitálhatnak abból, ha egy repülőtér átáll a PBN-eljárásokra?

MSR: Európai szinten ezeknek a PBN-eljárásoknak az a hatása, hogy a pilótáknak eddig bizonyos magasságtól szüksége volt arra, hogy lássa a futópályát. Ez a távolság jelentősen csökkenthető a műszeres jellegű repülés, azaz a már említett eljárások esetén (ott is, ahol nincs műszeres leszállítórendszer). Ezért amikor mondjuk utazunk nyaralni vagy telelni, akkor sokkal kevesebbszer fordulhat elő, hogy az időjárás miatt átirányítanak bennünket egy másik repülőtérre. Hiszen így több olyan időjárási körülményben le tud szállni egy gép, ahol eddig nem tudott. Ennek vannak további előnyei is: a jelenlegi földön telepített navigációs állomások gyakorlatilag egy „vonalzóval meghúzott” egyenes vonalon teszik le a repülőgépet – és ilyen navigációs állomás van a legtöbb nagy repülőtéren, például Budapesten is. Ennek az állomásnak kb. tíz kilométer a bevezető szakasza, ami miatt a gépeknek gyakran komoly kerülőutat kell megtenniük, hogy rá tudjanak fordulni. A PBN-eljárásokkal viszont szinte bármilyen térgörbét meghúzhatunk, amin aztán gond nélkül leszáll a gép. Például Innsbruckban magas hegyek között régóta egy ilyen speciális eljárással landolnak biztonságban a repülők.

TB: Ennek vannak környezetvédelmi folyományai is, hiszen az új útvonalakon kevesebbet kell repülni, kevesebb az üzemanyag felhasználás, és emellett a zajterheléssel érintett terület is kisebb.

Hogyan kerültetek kapcsolatba a légi közlekedéssel, illetve a navigációs rendszerekkel?

MSR: Én közlekedésmérnök vagyok, nekem ez a szakmám.

TB: Mi a tanszéken 2002-ben kezdtünk el ezzel a témával foglalkozni. Akkortájt indult az EGNOS, és akkor volt egy olyan projekt, amelynek keretében több európai egyetemet arra kértek, hogy az éppen induló EGNOS szolgáltatást teszteljék. Ez egy nagyon jó dolog volt, mert szabadon lehetett kutatni, vizsgálni a rejtett hibákat, hogy pontosan mivel és hogyan foglalkozunk, az lényegében ránk volt bízva. Kezdetben több nyugat európai egyetem vett részt a munkában, a delfti (Delft University of Technology - TUDelft), a barcelonai (Universitat Politécnica de Catalunya - UPC), a lisszaboni (Instituto Superior Tecnico Lisboa - IST) és a toulouse-i egyetem (Ecole Nationale de l Aviation Civile - ENAC), de további, az akkori Európai Unión kívüli  partnereket kerestek. Ekkor kapcsolódtunk be mi, illetve a szófiai egyetem (Technical University, Sofia).  Akkor telepítettük az EGNOS monitor állomásunkat, amely azóta is lényegében folyamatosan működik. A projekt (Egnos Data Collection Network, EDCN) több éve hivatalosan véget ért, de az állomások egy része, többek között a mienk is  még mindig működik.

Bence, a díjnyertes előadásodban a navigációs rendszerek sérülékenységével foglalkoztál. Hogyan kapcsolódik ez a téma a légiközlekedéshez?

TB: A GPS-rendszer nagyon jó és hasznos, viszont van egy gyenge pontja. Nevezetesen az, hogy egy pillanat alatt el lehet nyomni a jeleket. A műholdakról érkező jelek nagyon gyenge jelek, a légkör háttérsugárzásában elvesznének, ha a jel erőssége alapján akarnánk ezeket megkeresni. Ezt úgy kell elképzelni, mintha egy 20000 km magasságban elhelyezett 100 wattos izzó fényét keresnénk az égbolton. Valójában a jelekre ültetett kódok alapján találják meg a vevőink a műholdak jeleit. Így viszont, ha közel azonos frekvencián egy kicsit erősebb jelet sugároz valaki, akkor az elnyomja a valódi jeleket, a vevőnk nem lesz képes a jelekre ültetett kódokat felismerni. A GPS-jelek mesterséges elnyomását a GPS-tecnika megjelenések hajnalán, már a 90-es években alkalmazták. Mivel magát a GPS-rendszert katonai célra használták, alapvetően erre tervezték, mint oly sok mindent, ezért az elnyomó eszközt is háborús övezetekben vetették be először. Ma már pár ezer forintért lehet venni kis hatótávolságú GPS-blokkolót, ha bekapcsoljuk, máris összezavarodik a közeli GPS-vevő. Ezt leginkább sofőrök szokták használni, hogy ne kelljen GPS-alapú útdíjat fizetni vagy ha fekete fuvarra mennek. Persze ez teljesen illegális, ennek ellenére az interneten pár kattintással beszerezhető. A BEYOND-projekt keretében végzett képzésben voltak olyan irányított feladatok, amelyek segítettek megérteni GPS-jelek mesterséges zavarását és annak hatásait. Mindez felkeltette az érdeklődésemet, és vettem egy ilyen kütyüt és kipróbáltam. A legfontosabb tapasztalatom, hogy professzionális eszközök, mint pl. geodéziai GPS-vevők esetén sokkal nagyobb a blokkolók hatótávolsága. Ez a geodéziában, de persze a repülésben is komoly problémát tud okozni.

Rita, a Hungarocontrol közlekedésmérnökeként hogyan kerültél kapcsolatba a BME Építőmérnöki Karával?

MSR: Személyes ismeretség útján, az EGNOS monitor állomás kapcsán vettem fel a Karral először a kapcsolatot. Én is a BME végeztem. A cégnél elég sok légi közlekedésmérnök dolgozik, ami ráadásul nagyon kicsi szakma, és volt, aki tudott róla, hogy a BME egy másik karán hasonló monitoring tevékenységet folytatnak, mint amit az akkor formálódó BEYOND projekt is tartalmaz. Bár az információt ismeretség útján tudtuk meg, utána tettünk egy hivatalos látogatást, ahol tisztáztuk a részleteket. Hamar rájöttünk, hogy ez kölcsönösen előnyös együttműködés tud lenni.

Rita, a BEYOND-projektnek köszönhető, hogy bekerültél a SESAR 2020 tudományos bizottságba?

MSR: A SESAR JU egy EU-s szervezet, ami a légiközlekedés kutatás-fejlesztési oldalát vizsgálja, illetve annak a pénzügyi finanszírozásában vesz részt. Vagyis abban dönt, hogy az elkövetkező években, rövid és hosszú távon mi az a légiközlekedés fejlesztésében, amire forrást kellene szánni. Ennek van egy kétévente megújuló Scientific Committee nevű bizottsága, aminek az a feladata, hogy a vezérigazgatót informálja arról, hogy kutatásaik szerint a nagyon távoli jövőben milyen lesz a világ légiközlekedése és mik azok a témák, amiket már most érdemes elkezdeni kutatni ennek kapcsán. Ez egy teljesen független kiválasztás volt, önéletrajzot kellett beküldeni, és ez alapján választották ki azt a tíz embert, aki a bizottság tagja lett. A legtöbb tag nyugat európai, de láthatóan igyekeztek földrajzilag is szétszórni bennünket. Nagyon színes a társaság, és rendkívül izgalmas a bizottságban folyó munka. Kicsit úgy tűnik, mintha ez egyfajta kristálygömbbe nézés lenne, de megvan a konkrét meder, amin haladva hasznos és tényszerű információk kerülnek ki a bizottság kezéből.

Mik a legizgalmasabb témák a repülés jövőjében? A drónok?

MSR: A drónok már inkább a jelent jelentik, még akkor is, ha repülési szempontból a bárki számára hozzáférhető drónok egy adott súlyhatár alatt vannak. De talán az ember és a gép együttműködésének az arányának a megváltozása, és ebben az ideális egyensúly megtalálása az, ami engem személy szerint a legjobban érdekel a jövőt érintő témák közül. Nagyon sok mindent automatizálunk, és a SESAR Scientific Committee-ben kidolgozandó hat téma közül ez az egyik. Kérdéses, hogy húsz év múlva, egy légiforgalmi irányító, aki elkülöníti a légtérben közlekedő gépeket, vajon mennyi tényleges szellemi munkát fog végezni, és hogyan választják szét, hogy mi az, amit ő csinál, és mi az, amit már automatizálnak. Ennek kapcsán vizsgálható lehet például a légiforgalmi irányítók agytevékenysége, és ehhez lehetne igazítani, hogy a monitoron mi jelenjen meg neki.

Az érdeklődő építős hallgatóknak van vagy lesz lehetősége betekinteni a légiközlekedés navigáció témakörébe?

TB: Még előttünk van, hogy ezeket a témákat a hallgatók számára széles körben elérhetővé tegyük, de elindult a folyamat. Ebben a félévben két mesterszakos hallgató is ebben a témában készíti a diplomatervét, egyikük az Építőmérnöki, másikuk a Közlekedés és Járműmérnöki Karon. Doktori kutatási tervet is kiírtunk a témában, és dolgozunk azon, hogy szélesebb körben hogyan vonhatjuk be a diákokat, mivel a légi közlekedés egy nagyon érdekes téma, hallgatói szemszögből is.

GPS, GLONASS, Galileo

Mindhárom műholdas helymeghatározó rendszer.

A GPS alatt az amerikai rendszert értjük, ez a rendszer biztosított először teljes térbeli és időbeli lefedettséget az 1990-es évek közepén, jóllehet a tervezés már az 1960-as években elkezdődött. A rendszert kezdetben katonai célokra tervezték, de hamar kiderült, hogy a polgári felhasználás jóval jelentősebb. Jelen pillanatban az amerikai rendszerben van a legtöbb műhold.

A GLONASS szintén eredetileg katonai fejlesztés, a volt Szovjetúnióban indult, ma orosz kézben van. Valamivel kevesebb műholdjuk üzemel, mint a GPS-nek, de eléri a teljes lefedettséget.

A Galileo európai rendszer, és ez az egyetlen, amely polgári kézben van, tehát más a szemlélet és a cél. Ennek az is a következménye, hogy lassabb és nehézkesebb a kiépítése. Jelen pillanatban még nincs teljes lefedettség, de már lehetséges csak Galileo holdakkal is pozícionálni. Az első műholdat 2005-ben üzemelték be. A tervek szerint 2020-ra jut el a teljes működéshez.