Funktionsweise von ADS-B: Ein Blick auf die Grundlagen von NextGen

Überblick

ADS-B ist die Grundlage des Next Generation Transportation System (NextGen) der FAA. Es wurde entwickelt, um das Luftraumsystem der Nation in ein effizienteres zu verwandeln. Das Flugverkehrssystem wird durch die Implementierung von NextGen einem dringend benötigten Modernisierungsplan unterzogen, und ADS-B ist die Hauptkomponente.

Die Hauptaufgabe von ADS-B besteht darin, Fluglotsen präzise Informationen zum Flugzeugstandort zur Verfügung zu stellen. Es ist ein Schritt über RADAR, das seit Jahren in Gebrauch ist.

ADS-B steht für Automatic Dependent Surveillance-Broadcast. Mithilfe von GPS-Satellitensignalen werden Flugzeuginformationen kontinuierlich an Fluglotsen und andere teilnehmende Flugzeuge gesendet. ADS-B ist das genaueste Überwachungssystem, das die Luftfahrtindustrie jemals gesehen hat. Dadurch können Flugzeuge direktere Strecken fliegen, Staus beseitigen, die CO2-Emissionen senken und den Flugzeugbetreibern Zeit und Geld sparen.

Komponenten

• GNSS-Satellitenkonstellation: ADS-B ist ein satellitengestütztes System. Daten werden kontinuierlich vom Satellitensatz an die an Bord des Flugzeugs befindlichen GPS-Geräte gesendet, wo sie interpretiert und dann an die ADS-B-Bodenstationen gesendet werden.
• Bodenstationen: In den Vereinigten Staaten gibt es mindestens 700 Bodenstationen, die Satellitendaten empfangen und diese an Flugsicherungsstationen senden.
• IFR-zertifizierter WAAS-fähiger GPS-Empfänger: Flugzeuge müssen mit einem kompatiblen GPS-Empfänger ausgestattet sein, damit ADS-B funktioniert.
• Eine erweiterte 1090-MHz-Squitter-Verbindung mit einem Mode S-Transponder ODER einem 978-MHz-Universal Access Transceiver (UAS) zur Verwendung mit einem vorhandenen Transponder: Die letztere Option ist für Flugzeuge verfügbar, die in den USA weniger als 18.000 Fuß fliegen.

Wie es funktioniert

ADS-B verwendet Satellitensignale und Flugzeug-Avioniksysteme, um Flugzeugdaten zu interpretieren und sie kontinuierlich und nahezu in Echtzeit an Fluglotsen zu senden. Satellitensignale werden von einem Flugzeug-GPS-Empfänger interpretiert. Die ADS-B-Technologie verwendet die Satellitendaten und zusätzliche Daten der Flugzeugavionik, um ein sehr genaues Bild des Standorts, der Geschwindigkeit, der Höhe und über 40 weiterer Parameter des Flugzeugs zu erstellen. Diese Daten werden an eine Bodenstation und anschließend an Fluglotsen übertragen.

Andere ordnungsgemäß ausgerüstete Flugzeuge in der Region werden ebenfalls Daten erhalten, was das Situationsbewusstsein für Piloten erhöht.

Es gibt zwei verschiedene Funktionen von ADS-B: ADS-B In und ADS-B Out.

• ADS-B Out ist die erste und wichtigste Funktion, die die FAA angesprochen hat. Ein Flugzeug, das ADS-B-fähig ist, kann seine Position, Geschwindigkeit und Höhe an Fluglotsen und andere mit ADS-B ausgestattete Flugzeuge senden. Gemäß einem FAA-Mandat müssen alle Flugzeuge, die in einem Luftraum fliegen möchten, für den derzeit ein Transponder erforderlich ist, vor dem 1. Januar 2020 mit ADS-B-Out-Funktionen ausgestattet sein.
• ADS-B In bleibt eine optionale Funktion - zumindest für den Moment. Mit der ADS-B In-Funktion können Flugzeuge Verkehrs- und Wetterinformationen in Echtzeit auf dem Cockpit-Display des Flugzeugs empfangen. Die ADS-B In-Funktion geht über die heutigen Verkehrssysteme (wie TCAS) hinaus, da sie präzisere Daten und mehr Datenparameter bietet als aktuelle TCAS-Systeme. Beispielsweise kann TCAS den vertikalen Abstand zum Flugzeug anzeigen, jedoch nicht den seitlichen. ADS-B In zeigt die Geschwindigkeit, Position, Höhe und Vektoren anderer teilnehmender Flugzeuge sowie viele andere Daten an.

Fehler und Einschränkungen

Die größte Einschränkung für ADS-B sind derzeit die Kosten für die Installation der erforderlichen Ausrüstung in praktisch allen Flugzeugen des Landes. Während das Programm das Fliegen sicherer und effizienter macht, fällt es den meisten Flugabteilungen und Piloten der Allgemeinen Luftfahrt schwer, die Kosten zu rechtfertigen.

ADS-B weist nur sehr wenige Systemfehler auf. Im Gegensatz dazu ist es für seine Zuverlässigkeit bekannt. Kein von Menschen gemachtes System ist jedoch narrensicher, und einige Experten behaupten, dass ADS-B (und GPS im Allgemeinen) anfällig für Systeminfrastrukturangriffe wie Hacker oder GPS-Störungen ist. Da ADS-B außerdem vom GNSS-System abhängig ist, können sich normale Satellitenfehler wie Zeitfehler und Satellitenwetterfehler auf ADS-B auswirken.

Aktueller Status

Laut FAA hat die Organisation alle Netzwerk-ADS-B-Sensoren fertiggestellt. Diese Stationen bieten Wetter- und Verkehrsinformationen für Flugzeuge mit ADS-B-Ausstattung in 28 TRACON-Einrichtungen. Von 230 Flugverkehrskontrollstellen nutzen derzeit mehr als 100 ADS-B, der Rest wird voraussichtlich bis 2019 vollständig ausgerüstet sein. Die FAA hält an ihrem Mandat fest, dass alle Flugzeuge, die im ausgewiesenen Luftraum operieren, bis zum 1. Januar 2020 ADS-B-Out ausgerüstet sein müssen.

Praktischer Nutzen

Es besteht Unsicherheit hinsichtlich der spezifischen Ausrüstungsarten, die für verschiedene Flugzeuge und Betreiber benötigt werden. Die Installation der Ausrüstung hängt von der Art des Fluges und der aktuell installierten Ausrüstung ab.

Eine 978-MHz-UAS-Verbindung reicht beispielsweise für ein Flugzeug mit einem WAAS-fähigen, IFR-zertifizierten GPS-Gerät und einem bereits installierten Mode-C-Transponder aus, es sei denn, der Betreiber möchte außerhalb der USA oder über 18.000 Fuß in den USA fliegen In diesem Fall wäre eine ES-Verbindung mit 1090 MHz erforderlich. Eine 1090 MHz ES-Verbindung ist jedoch nicht mit TIS-B oder FIS-B kompatibel. Dies bedeutet, dass ein Betreiber einen anderen Weg finden muss, um Verkehrsinformationen zu erhalten (z. B. TCAS).

Und ein Betreiber, der noch kein WAAS-fähiges GPS-Gerät in seinem Flugzeug hat, muss ein neues GPS-Gerät zusammen mit einer 978-MHz-UAS- oder 1090-MHz-ES-Verbindung und möglicherweise einem Mode C- oder Mode S-Transponder kaufen.

Einmal im Einsatz ist ADS-B ein wertvolles Tool, das Fluglotsen und Piloten die genauesten Daten liefert, die wir je gesehen haben. Bei bundesweiter Umsetzung sind die Vorteile positiv.

Es gibt jedoch keine Argumente dafür, dass ADS-B recht teuer und kompliziert ist. Die FAA ist zuversichtlich, dass die langfristigen Vorteile die Kosten überwiegen, aber das Projekt lässt Flugzeugbesitzer in einer schwierigen Position.