[英国《飞行国际》2007年5月29日报道]美国联邦航空局新一代空中交通管理系统将包括一套网络软件工具和一套新型地面雷达系统以预测风暴的路径。FAA正在试图通过计划2025年投入使用的新一代空中交通系统来改变飞行员避免恶劣天气的方法。这种新策略包括建立一套新的自动网络气象软件工具和部署新的地面雷达系统,精确地确定风暴的路径。通过事前掌握恶劣天气的情况,正在按计划航线飞行的飞行员可利用新型系统提前选择适当的路线飞行。FAA气象处理器项目主管Benner指出,气象计划软件将从美国国家气象局等获得广泛的天气数据,帮助避开发生冰雹、闪电、风暴等恶劣气象的空域。对于在航线上的飞机,可以通过数据链来通知该航线已经由于天气的原因被关闭。目前应对恶劣天气更加强调相互交流。FAA空运控制系统指挥中心经理Smiley
表示,FAA、主要航空公司、军方和关键空中运输控制设施每天从上午07:15到晚上21:15或23:15每两个小时就进行一次电话会议,评估来自各方的数据。依据团队做出的决策,FAA可以通过甚高频电台通信管理洲际航线,在恶劣天气发生时要求飞机停留在地面以及防止机场出现交通拥挤。在微观层面,机场和地区交管部门也可以实行飞机地面停留措施,或增加着陆飞机之间的距离。随着2020年后飞行员获得更先进的雷达和决策支持工具,FAA官员相信更多的协同决策将实现自动化。而关键的是要真实了解天气的变化,快速给出准确的数据。

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图1:美国全力打造新一代航空运输系统。制图:蒋浩明

大幅度提高空域系统的飞行效率和机场的使用效率,正是新一代航空运输系统建设的首要目标。在FAA看来,建设新一代航空运输系统,无异于是对美国空域系统的一次脱胎换骨。

“给世界一种新的飞行方式”,这是美国联邦航空局官方网站上一个介绍新一代航空运输系统的视频节目的标题,它开宗明义地宣示了美国正在全力打造的NextGen即新一代航空运输系统的定位和目标。

2011年8月19日上午,本报赴美国报道组访问了位于美国首都华盛顿独立大道800号的美国联邦航空局,这是本报自创刊以来首次派出记者对这个当今世界上最负盛名的航空安全管理机构进行实地采访。而我们这次采访的主题就是美国新一代航空运输系统的建设实施情况。

接受我们采访的是当时负责美国联邦航空局主管新一代系统建设的副局长,而现已升任代理局长的麦克·胡尔塔。胡尔塔局长热情爽朗,谈笑风生,对我们提出的问题作了详细解答,使我们加深了对美国目前正在进行的这一重大航空变革的认识和了解。

美国空域系统的一次脱胎换骨

采访从我们前一天由纽约肯尼迪国际机场赶赴华盛顿杜勒斯国际机场的一次航班经历开始。这是我们在美国采访期间的第一段美国国内空中旅程,但很不巧就遭遇了航班延误。我们乘坐的原定8时起飞的达美航空的航班,先是被通知更改登机口,随后是登机延迟。终于登上飞机后,我们发现犹如置身于北京首都机场,飞机一样在滑行道上排队等待,等轮到我们的飞机起飞时已经是上午9时了。

“这是一个空中交通流量密集并且人口稠密的地区,这些地区的机场空中交通活动随时有可能互相产生冲突,如何处理相应的空中交通问题,对于我们而言是极大的挑战。”胡尔塔在对我们的遭遇表示同情后毫不讳言地解释道。而从某种意义上讲,肯尼迪机场的现状正折射出美国建设新一代航空运输系统的必要性和紧迫性。

胡尔塔告诉我们,建设新一代航空运输系统是在美国政府的倡议下启动的,它是美国政府、运输部和联邦航空局现在的工作重点。该系统致力于改善美国的国家空域系统(NAS即National
Airspace
System),并将使整个航空业受益。实施这项计划,还要与美国国土安全部、国防部、商务部和美国国家航空航天局进行合作。

作为目前世界上最大、最快捷的空中交通系统,美国的空域系统为民用和军方的空管人员提供交通管理服务,每时每刻都有5000多架民用飞机和军用飞机在空中飞行。2009年,美国航空乘客人数为6.89亿人次,每年的空运货物总量为1633万吨。而且,到2025年,空中交通流量预计还将在现有基础上增长50%。随着航班量的增长,美国民航业面临着航班延误的困扰,特别是美国春末和夏季经常发生的雷暴极易造成大量航班延误,这不仅给航空公司造成巨大损失,而且带来燃油消耗和碳排放增加,给环境带来不利影响。

美国是世界上航空技术领先的国家,自二战以来,美国始终使用雷达导航,也就是飞机沿着地面雷达站指引的航路飞行。而新一代航空运输系统则是基于卫星导航的新型飞行方式,从而代表着美国空中交通管制将实现以地面为基础的系统向以卫星为基础的系统的变革,这一系统包括六大变革方案,它们是基于美国全球定位系统、新一代网络化天气系统、广域信息管理系统、空中交通管理协同技术和数据通信。美国建设新一代航空运输系统,主要是通过推动大力发展并广泛应用上述最新航空技术,并使之与新建机场基础设施和新的飞行程序齐头并进,最终实现系统建设的目标。

依托最新的以卫星定位系统为支撑的导航技术,新一代航空运输系统将能使更多的飞机在更密集的航路上安全飞行。卫星导航使飞行员知道本机与其他飞机的精确位置以及与地面的相对关系。通过使用SWIM共享的天气信息,飞行员与空管人员一样也能够获取实时天气状况,空管人员和飞行员能够据此提前作出有效的决策,避免在恶劣天气条件下临时更改航线;该系统将减少陆空语音通信,可以降低20%的航路误差;新一代航空运输系统技术将使飞行航路更为精确,即使在不利的环境状况下,如复杂天气和高山地形,也能够安全有效地使用空域,并减少航班延误;由于摆脱了地面导航点布局和性能的限制,可以使两点间的飞行距离减少到最短,这些都有助于减少对燃油的消耗。据FAA专家的保守估计,到2018年,新一代航空运输系统将降低航班延误21%,减少二氧化碳排放1400万吨,降低燃油消耗大约15亿加仑。

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图2:(胡尔塔局长接受中国民航报记者的采访。严宽/摄)

一项艰巨的宏大工程

在采访中,胡尔塔局长对中美两国民航发展的现状作了对比:“我认为现在中美两国的航空业正处于一个非常有意思的时刻,美国联邦航空局正利用新技术替换原有的导航系统,但中国同行却在努力解决迅速扩大的航空系统带来的问题。”

“你们和我们的情况大不相同,”胡尔塔对记者说,“你们的挑战是如何迅速发展和加强基础设施建设,因为你们现在处于发展进程中。就某些方面而言,比如技术方面,你们面临的挑战可能在一定程度上比我们容易面对,因为你们不需要替代那么多旧技术。”

“美国联邦航空局面临着艰巨的任务,既要管理一个复杂的航空系统,又要实施新技术并且维持高水平的航空安全。”胡尔塔补充道。他说,他听到有人比喻现在的进程,就像是为一名正在进行马拉松比赛的运动员做心脏移植手术。

据了解,为了实施这一艰巨而宏大的工程,FAA专门成立了由两组管理人员即NextGen管理委员会和NextGen审查委员会组成的管理机构。NextGen管理委员会主席由一位FAA副局长担任,全面负责NextGen的相关事宜,对NextGen的发展和性能标准进行行政监管并作出推进执行的战略决策。管理委员会在NextGen审查委员会的支持下,负责解决跨机构执行问题,并识别和系统表达对关键政策问题的立场观点。

建设新一代航空运输系统是一项投资大、持续时间长且需要各方密切合作的工程。胡尔塔局长告诉我们,目前美国每年投入新一代航空运输系统建设的资金达到15亿美元,而在未来10年,预计将投入总计达200亿美元-250亿美元的资金。这些资金一方面用于技术设备的更新换代,部署诸如ADS-B、SWIM等核心技术系统;另一方面用于人员培训,使之掌握相关技术。这些投资一部分由政府预算拨付,这部分投资是最重要的,需要按时完成,并产生明显的效果,以引导机场、航空公司等航空运营方扩大资金投入。“只有每架配备好的飞机获益后,美国联邦航空局和用户才能建立起投资信心。”胡尔塔告诉我们。因此,FAA的一项重要工作就是通过深入科学的分析工作,在更大范围内进行相关系统与程序的演示和运营测试工作,以控制风险、验证效果,使参与新一代系统建设和应用的各相关方能认识到所获得的益处。此外,相关产业的配合也很重要。FAA还在全球伙伴的支持下,开展无缝高效国际合作,以求在全球范围内统一标准、程序和方针,保证系统的有效性和安全性。

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图3:按运行类型统计的美国航空事故数量。

已经取得显着进展

胡尔塔告诉记者,美国实施新一代航空运输系统已经取得了显着进展。例如:精密导航的发展降低了多数跑道的运行标准,从而使航班以精准、低耗油的方式起降;持续部署的广播式自动相关监视系统网络已经覆盖美国大部分区域,并且提供相关服务,预计2013年将完成全面部署:对现有的技术进行改进,例如广域信息管理系统项目允许美国联邦航空局更加有效地与用户共享自身的设施和系统之间的信息,提升了规划和运输管理水平。

据了解,在精密导航方面,FAA主要强化了基于性能的导航即PBN的应用。FAA已经公布了相当数量的基于性能的导航路线和程序,仅2010财年就公布了51个高海拔区域导航航路、90个
RNAV进场和离场航线,以及59个所需导航性能即RNP
AR进近程序。在90个RNAV程序中,有10个适应优化剖面下降即OPD程序。据介绍,飞机使用这种程序具有显着降低燃油消耗、减少排放和噪音的效果。由于认识到PBN的好处,目前92%的美国定期航空承运人配备了不同等级的RNAV,约53000架通用航空飞机配备全球卫星导航系统,以方便应用更先进的进近程序,从而可以在更低能见度条件下着陆。

2010年,FAA决定批准在全国范围内部署ADS-B。此前,FAA在肯塔基州路易斯维尔、墨西哥湾、宾夕法尼亚州费城和阿拉斯加这4个关键点进行了测试,其中,在墨西哥湾的应用很有说服力。墨西哥湾拥有38个石油和天然气平台,每天有5000次澳门新葡亰网站,~9000次直升机飞行。过去在仪表飞行规则条件下,墨西哥湾空域需要分为一系列20英里乘20英里的虚拟格子,任一格子内同时只能允许一架直升机飞行。在天气较差或者低能见度的气象条件下,管制员想要安全地指挥飞机,仅能依靠估计的或机组报告的位置,以及从签派员那里获得的二手位置信息。而自2009年12月17日以后,ADS-B的应用改变了这一切。ADS-B提供识别航空器的GPS定位数据和高度信息,航空电子设备将这些数据广播发送至所飞区域的地面站网。地面站现已按计划在湾内各个石油和天然气平台上部署完毕,管制员现在可以在他们的屏幕上看到配备ADS-B的直升机的准确位置,飞行员可以直接飞向目的地平台,两机间只需要保持5海里的间隔,而过去两机间隔为120海里,空域的利用率大大提高。

正如FAA官网视频专题片所宣示的那样:“新一代航空运输系统就是将正确的信息在正确的时机传递给正确的人,减少延误,提高容量。在降低对环境的影响并且始终如一地保证安全的前提下,新一代航空运输系统将真正给世界带来一种新的飞行方式。”(赴美国报道组由本报总编辑刘树国带队,成员为严宽、光琪凝、许晓泓。本文由刘树国执笔。)

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图4:数据来源:FAA

链接

什么是SWIM ?

回顾航空历史,通信对安全永远至关重要。随着时代的发展,技术的进步使得国家空域系统内的共享信息更加详细、有效和精确。现在我们进入航空数字化时代,信息共享将随着广域信息管理系统(SWIM,System
Wide Information
Management)的应用得到改进,SWIM是新一代航空运输系统计划中的关键革新项目之一。

NextGen是FAA提高国家空域系统能力,为空域使用者提供更多更好选择的现代化手段。现在通过应用SWIM,为NAS提供了一种获取信息的方法,让FAA和空域使用者更有效协作,这一系统能提高工作效率。

SWIM的目的在于让人们能获取到他们所需要的信息。而了解的信息越多,就能够进行更好的计划。这好比你是一个旅行者,你打算从一个城市到另一个城市。你不仅想要知道你所在地的情况,你还要知道途中的天气情况,你得到越多信息,你可以更充足地准备旅行用品,你可以做出更好的计划。这对于空域使用者来说是一样的,他们通过SWIM可以知道最好用什么方式能从A点到B点。

SWIM可以带来更稳定的性能,减少航班延误,它还能让空域使用者通过使用系统内的信息节省时间和金钱。

FAA如何防范安全风险 ?

FAA把在世界范围内提供最安全、最高效的空域系统作为自己的任务。因此,建设新一代航空运输系统的重要目标也是继续保持FAA一流的安全传统。

为了减少事故和偶发事件率,新一代航空运输系统将安全管理目标锁定在那些重点风险领域,如警告和防撞系统与新的飞行操作之间的兼容性。风险领域是通过航空安全信息分析和共享系统来识别的,该系统可以积极主动地从美国国家空域系统发生的各种情况包括事故、事件、规定、飞机、飞机运营人、自愿报告和统计数据中的公共和非公共数据中获取信息,通过先进的数据发掘工具,并结合系统安全性评估分析模型和预测,使相关人员能够有效识别风险。FAA计划到2013年将目前的46个ASIAS安全数据库增加到64个,30个商业承运人通过航空安全行动计划计划,为ASIAS提供数据,这些数据涵盖了美国空域中80%的定期飞行。

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