6 GPS und die Luftfahrt
 
Ich möchte in diesem Kapitel zuerst die Verwendung von GPS in der Privatfliegerei und anschliessend die Verwendung im Linienluftverkehr behandeln.



6.1 Privatfliegerei


In der Privatfliegerei hat GPS sehr viele Vorteile gebracht. So ist es gerade im Ausland, wo man sich meistens weniger gut auskennt, von grossem Vorteil. Es dient dem Piloten wie eine weltweite Landkarte, auf der alle Flughäfen sowie wichtige Knotenpunkte zu finden sind.
Im Zusammenhang mit der Maturaarbeit konnte ich von einem Privat- und ehemaligen Militärpiloten ein portables GPS-Gerät ausleihen. Ich möchte anhand dieses Gerätes die Vorteile von GPS in der Privatfliegerei vorstellen.

6.1.2 GPS III Pilot
Das Gerät GPS III Pilot ist ein leichter, handlicher GPS Empfänger mit eingebautem LCD. Dieses Gerät dient nicht nur der Positionsbestimmung, sondern kann auch allein als Navigationsinstrument benutzt werden, wobei die herkömmlichen Instrumente im Cockpit auch einwandfrei funktionieren müssen. So kann es wie ein VOR oder ein ADF benutzt werden und dabei das entsprechende Instrument auf dem Display anzeigen. Der Vorteil bei einer solchen Verwendung ist, dass die Genauigkeit nicht derjenigen der Radionavigation entspricht, sondern derjenigen von GPS. Das Gerät besitzt auch eine weltweite Flugkarte, auf der alle wichtigen Merkmale für
VFR-Flüge vermerkt sind. Diese Karte ist zwar nicht so detailliert wie eine herkömmliche Flugkarte, doch enthält sie genügend Informationen, um alleine nach ihr zu navigieren. Mit dem Gerät können nun wichtige Punkte, nach denen man fliegen will, markiert werden und so kann eine Flugroute erstellt werden. Diese Punkte können VOR’s und NDB’s sein, müssen aber nicht; ein erheblicher Vorteil gegenüber der herkömmlichen Radionavigation. So ist es eben möglich, eine optimale Route mit geringstem Treibstoffverbrauch zu fliegen.

   
 
  Abb.10: Portables GPS Gerät, wie sie oft in Privat-flugzeugen als Ergänzung zur traditionellen Navigation verwendet werden: GPS III Pilot von Garmin

An nützlichen Zusatzinformationen fehlt es auch nicht. So kann die geschätzte Flug- und Ankunftszeit (bei einem Navigationspunkt und/oder Flughafen), wie auch die Distanz bis dahin ermittelt werden. Der Sonnenaufgang und -untergang für die aktuelle Position, ein Höhenmeter, ein Fahrtmesser, sowie die Ansicht aus verschiedenen Perspektiven stehen dem Piloten auch zur Verfügung.
Fazit: Ein GPS-Empfänger ist ein äusserst praktisches Zusatzinstrument für den Privatpiloten, v.a. wenn er sich im Gelände nicht allzu gut auskennt.



6.2 Linienluftfahrt


Im Zusammenhang mit meiner Maturaarbeit war es mir auch möglich, einen MD-11 Piloten zu interviewen. Anhand der Anwendung von GPS im Langstreckenflugzeug, der MD-11, über die mich der Pilot informieren konnte, möchte ich eine Verwendungsmöglichkeit von GPS in der Luftfahrt vorstellen.

   
 
  Abb.11: Ein Beispiel für ein fix eingebautes GPS Gerät, wie sie in Verkehrsflugzeugen verwendet werden: GPS 500 von Garmin

6.2.1 FMS
Die MD-11 besitzt ein Flight Management System (FMS), über welches sämtliche Navigationssysteme des Flugzeuges bedient werden. Zu diesen Navigationssystemen zählen die Radionavigation (VOR/DME), sowie der Radiohöhenmeter, GPS und die Trägheitsnavigation (INS). GPS ist, wie die anderen Systeme auch, ein integrierter Bestandteil des FMS und kann nicht separat bedient werden.
Zu Beginn eines Fluges, wenn das Flugzeug noch am Dock steht, wird die aktuelle Position mit dem genausten Navigationssystem ermittelt (dies ist meistens GPS). Als letztes wird das INS kalibriert. Ist das Flugzeug dann in Fahrt, resp. in Flug, so werden alle drei Navigationssysteme laufend miteinander verglichen. Da das FMS die Fehler der jeweiligen Systeme kennt, kann es für die Berechnung der Position jene Daten auswählen, welche den geringsten Fehler aufweisen. Meistens ist dies das GPS. Sollte nun aber GPS einen zu hohen Fehler aufweisen, so ignoriert das FMS automatisch diese Daten und rechnet mit dem INS weiter. Umgekehrt natürlich das genau gleiche.

6.2.2 ILS
ILS steht für Instrument Landing System und ist eine elektronische Anflughilfe, welche die Flugzeuge sowohl horizontal wie auch vertikal genau auf die Landepiste führt. Es ist ein Navigationssystem, welches bereits im Jahre 1929 in seiner grundlegenden Form vorhanden war. Es wurden dann Verbesserungen vorgenommen, so dass es ab 1949 als Standard-Anflugverfahren angewendet werden konnte.
Je nach Flughafen ist das ILS in einer anderen Ausführung vorhanden. In Tab. 2 und 3 sind die verschiedenen Kategorien und deren Werte aufgelistet. Auf kleineren Flughäfen, wie Bern-Belp, ist das ILS in der Form von Kategorie I zu finden. Auf grösseren, wie Zürich, ist es meistens in mit der Kategorie IIIC vorhanden. Mit Hilfe des ILS können Präzisionsanflüge, auch bekannt unter dem Namen „Blindlandungen“, durchgeführt werden. In einem solchen Fall wird das Flugzeug völlig automatisch gelandet, wobei der Pilot lediglich das Geschehen überwacht. Solche Situationen treten äusserst selten auf, denn meistens ist eine geringe Sicht vorhanden und das ILS wird lediglich als Hilfe benutzt.



6.3 Anforderungen an GPS


GPS hat zwar in der Navigation während des Fluges die Überhand gewonnen, reicht jedoch nicht aus, um Präzisionsanflüge durchzuführen. Um GPS für Präzisionsanflüge verwenden zu können, ist einerseits eine Verbesserung der Genauigkeit notwendig, andererseits müssen die Integrität und die Verfügbarkeit auch ein bestimmtes Minimum erreichen.
Weil GPS und ILS aufgrund ihrer technischen Auslegung nicht miteinander zu vergleichen sind, habe ich in Tab. 2 und 3 die Genauigkeit des ILS aufgelistet, welche GPS erreichen müsste, um konkurrenzieren zu können.
GPS ist bei seinem heutigen Entwicklungsstand nicht in der Lage, diese Bedingungen zu erfüllen. Mit Differential GPS oder Galileo aber, ist es denkbar, dass in Zukunft Präzisionsanflüge auch mit anderen Systemen als ILS durchgeführt werden können.

   
 
Kategorie
Höhe für Entscheidung [m]
Fehlerrichtung
Abweichung bei der Bahnverfolgung [m]
Abweichung durch Ungenauigkeiten [m]
I
61
lateral
16.0
13.3
vertikal
4.1
2.9
II
30
lateral
5.0
3.8
vertikal
1.8
1.0
III
15
lateral
4.0
3.5
vertikal
0.6
0.5
  Tab.1: Genauigkeit der drei ILS-Hauptkategorien
   
 
Kategorie
Höhe für Entscheidung [m]
Sichtweite
Sicht auf Landebahn (SaL)
Fuss
Meter
Meter
Fuss
Meter
I
200
61
0.5 Meile
800
II
100
31
1'200 ft
366
IIIA
< 100
< 31
> 700 ft
> 213
IIIB
< 50
< 15
150 < SaL < 700
46 < SaL < 213
IIIC
SaL < 150
SaL < 46
  Tab.2: Genauigkeit der ILS-Kategorien unter Einbezug der Sichtweite



6.4 Vorteile von GPS in der Luftfahrt


Es kann vorkommen, dass auf mit ILS ausgerüsteten Flughäfen, das ILS ausfällt. So ist zwar kein Precision Approach möglich, denn dazu ist GPS zu wenig genau. Doch kann mit GPS ein deutlich genauerer Non-Precision Approach durchgeführt werden, als mit der Radionavigation. Auch auf Flughäfen, wo ILS gar nicht installiert ist, kann GPS einen grossen Vorteil schaffen. Der Pilot hat mir da ein ganz schönes Beispiel erzählt:
Die kleine Insel Malabo im Atlantik, in der Nähe der westafrikanischen Küste, wird von der Swiss als einzige Fluggesellschaft angeflogen. Diese Insel ist nun wie schon gesagt rel. klein und es ist nicht viel mehr darauf, als eine Piste und eine Ölraffinerie. Von weitem ist der Flugplatz kaum zu sehen, bloss die Flamme der Ölraffinerie. So kann man mit GPS einen relativ genauen Anflug durchführen, der einem schön zur Landebahn hin führt. Dass GPS für einen Blindlandeanflug nicht ausreicht, spielt hier auf der kleinen Insel keine Rolle, denn es herrschen immer gute Sichtverhältnisse, so dass die Landung von Hand durchgeführt werden kann. Der Vorteil von GPS ist hier klar ersichtlich, denn es ist viel bequemer und auch genauer, den Anflug mit GPS durchzuführen, als mit der Radionavigation.
Wo früher Omega oder Loran eingesetzt wurden, z.B. bei einer Atlantiküberquerung, kann jetzt mit GPS geflogen werden. Bevor ich ein kleines Beispiel zur Genauigkeit von GPS gebe, möchte ich aufzeigen, wie auf Flugstrassen geflogen wird. Luftstrassen haben eine unterschiedliche Breite, wobei auf ihnen mit einem Höhenunterschied von ein paar 100 Fuss in beide Richtungen geflogen wird. Früher, als v.a mit INS geflogen wurde, kam einem das in die andere Richtung fliegende Flugzeug einmal links, einmal rechts entgegen. Heute kommen die entgegen fliegenden Flugzeuge direkt auf einen zu. Aus Sicherheitsgründen wird nun auf den Luftstrassen versetzt geflogen. Ich denke dies ist ein gutes Beispiel, um die Genauigkeit von GPS und deren Folgen deutlich zu machen.


Teurere GPS-Empfänger sind z.T. mit vollumfänglichen Flugkarten und einem grösseren, farbigen Display ausgestattet.

Im Gegenteil zum „konventionellen Druckhöhenmeter“, der mit dem Luftdruck arbeitet, funktioniert ein Radiohöhenmeter mit Radiowellen und ist deshalb präziser.

mehr zum System Galileo in Kapitel 8, Blick in die Zukunft

Unter Precision Approach ist ein Blindlandeanflug zu verstehen. Der Non-Precision Approach ist der "normale" Anflug.

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