TCAS Kollisionswarnsystem

TCAS – Ein Meilenstein der Flugsicherheit

Tim Takeoff
05.10.2020
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Wie es leider bei vielen Fortschritten in der Luftfahrt der Fall war, mussten einige fatale Zwischenfälle geschehen, bis ein echtes Kollisionswarnsystem entwickelt wurde.

Nachdem bis in die späten 1950er zahlreiche Zusammenstöße in der Luft – sogenannte „Mid-Air-Collisions“ – mit tragischem Ausgang erfolgten, wurden die Rufe nach einer technischen Lösung immer lauter. Der weltweit zunehmende Luftverkehr und der Eintritt in das Jet-Zeitalter machen die Lufträume immer feinmaschiger. Verbesserte Prozeduren und Flugrouten sowie die Überwachung durch Radar und ähnliche Systeme sind nur solange ausreichend, wie alles nach Plan verläuft. Weicht ein Flugzeug aufgrund von Bedien,- oder Navigationsfehlern von seiner geplanten Route ab, drohen Annäherungen zu anderen Luftfahrzeugen.

Entwicklung einer technischen Lösung

Die Entwicklung eines „Traffic Alert and Collision Avoidance Systems“ – (TCAS) benötigte über 30 Jahre, bis es schließlich im Jahre 1987 durch die US-Luftfahrtbehörde FAA im Zuge eines weiteren Vorfalls als verpflichtend eingeführt wurde. Jedes kommerzielle Flugzeug musste beim Einflug in die USA ein solches System an Bord haben. In Europa und anderen Ländern, die der weltweiten Luftfahrtorganisation ICAO angeschlossen waren, wurde die Verpflichtung erst um die 2000er Jahre eingeführt.

Transpondersignale als Schlüssel

Hauptproblematik eines Kollisionswarnsystems ist, neben der Implementierung und Darstellung, die Reaktionszeit der Piloten. Die Systeme müssen unter allen Flugzeugen kompatibel sein und miteinander kommunizieren können. Zur Ausstrahlung der Signale greift man auf das bereits bestehende Transpondersystem zurück. Der Transponder eines Verkehrsflugzeuges übermittelt zahlreiche Daten, wie Flugrichtung, Höhe, exakte Kennung und weitere Datenpakete an den Fluglotsen. Bei dieser Ausstrahlung kommunizieren auch die verbundenen TCAS-Systeme miteinander.

Darstellung und Umsetzung

Während des Austauschs werden die Flugwege beider, oder mehrerer, Teilnehmer ausgewertet und auf eventuelle Konflikte geprüft. Dies geschieht innerhalb festgelegter Grenzwerte. Es wird nicht nur die Zeitspanne bis zu einer gefährlichen Annäherung, sondern auch die reine Distanz zwischen zwei Flugzeugen gemessen. Dies kann relevant sein, wenn sich ein Flugzeug langsam einem anderen von hinten annähert. Sämtliche Flugzeuge in der näheren Umgebung werden vom TCAS auf den Navigationsdisplays der Piloten angezeigt. Man sieht Position, Flughöhe im Verhältnis zur eigenen Höhe und eventuelles Steigen oder Sinken der anderen Luftfahrzeuge.

Information an die Piloten – die Traffic Advisory

Um Konflikte an den Piloten weiterzugeben, löst das TCAS zwei grundsätzliche Arten von Meldungen aus. Zuerst kommt es zu einer „Traffic Advisory-TA“. Dies ist lediglich eine Hervorhebung von nahem Verkehr, aus dessen Flugweg eventuell eine Bedrohung entstehen könnte. Auf den meisten Displays wird diese Warnung in Gelb ausgegeben, mit einer verbalen Computerstimme „TRAFFIC – TRAFFIC“. Auf diese Weise können sich die Piloten rechtzeitig mental auf ein eventuelles Ausweichmanöver vorbereiten.

Kollision droht – Die Resolution Advisory

Berechnet das TCAS nun in einem weiteren Schritt einen möglichen Zusammenstoß, reagiert es mit einer „Resolution Advisory-RA“. Diese „Empfehlung“ wird in Rot dargestellt und gibt dem Piloten direkte Ausweichempfehlungen. Sie erfolgen lediglich vertikal und stimmen sich zwischen allen betroffenen TCAS-Systemen ab. So erhält ein Flugzeug die Empfehlung zu sinken, während das andere System die Piloten zum Steigflug anleitet. Sollten mehrere Flugzeuge betroffen sein, kann das TCAS auch ein Flugzeug geradeaus fliegen lassen, während das höhere steigt und das tiefere in einen Sinkflug übergeht. Dieses Manöver wird immer manuell vom Piloten geflogen. Eine Kopplung an den Autopiloten ist nicht zulässig.

Unglück von Überlingen 2002

TCAS überstimmt den Menschen

Als Reaktion auf derartige Zwischenfälle in der Vergangenheit schult man heute ganz klar daraufhin, dass in einem solchen Fall ausschließlich dem TCAS Folge zu leisten ist. Der Fluglotse bekommt lediglich die Information „TCAS RA“ und lässt die Flugzeuge untereinander den Konflikt lösen. Sobald die Flugzeuge aneinander vorbeigeflogen sind und die Gefahr vorüber ist, löst das TCAS den Befehl „Clear-of Conflict“ aus. Beide Maschinen kehren daraufhin auf ihre ursprüngliche Flughöhe zurück. Dieses Manöver geht jedem Piloten in Fleisch und Blut über, da es im Flugsimulator immer wieder trainiert wird.

von Tim Takeoff

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