Kollisionen in der Luftfahrt: wie vermeiden?

Am 23.01.2018 ereignete sich im Kreis Karlsruhe eine Kollision zwischen einem Hubschrauber und einem Kleinflugzeug mit vier Todesopfern. Beide Luftfahrzeuge waren nach Sichtflugregeln unterwegs, folglich lag die Staffelung zueinander zur Vermeidung von Kollisionen in der Verantwortung der Piloten.

Nach Einschätzung von Dacher Systems wäre dieser Unfall durch den konsequenten Einsatz von Kollisionswarngeräten mit vergleichsweise kleinem technischem Aufwand vermeidbar gewesen, wie Marwin D. Knoblauch von Dacher Systems in einer Marktbeobachtung herausstellt. Technologien zur Kollisionsvermeidung und ihre Standards sind in der Luftfahrt nicht nur lang erprobt, sondern werden bereits flächendeckend eingesetzt.

Dacher Systems wurde 2005 von Geschäftsführer Tiberius Dacher als IBM-basiertes Systemhaus gegründet und entwickelte sich zum Lösungsanbieter für Telematik und Avionik. Unter der Leitung von Marwin D. Knoblauch, entstand die Abteilung Aviation Solutions. Laut ersten Ermittlungserkenntnissen befanden sich keine Kollisionswarngeräte an Bord der Luftfahrzeuge. Kollisionen und gefährliche Annäherungen von Kleinflugzeugen in Deutschland passieren zwar selten, wenn, dann jeodch oft mit fatalen Folgen.

Kollisionen und -Gefahr in der Luft

• Am 27.09.2005 kam es bei Mönchengladbach zu einer gefährlichen Annäherung zwischen einem Kleinflugzeug und einem Businessjet in Sichtflugwetterbedingungen. Beide Flugzeuge waren mit einem Transponder mit Höhenauflösung ausgerüstet. Der Businessjet war mit einem Kollisionswarngerät ausgerüstet, welches das Kleinflugzeug erkannte und anzeigte. Beides trug maßgeblich zur Vermeidung der drohenden Kollision bei.
• Am 26.02.2006 kam es bei Lahr zu einer gefährlichen Annäherung zwischen zwei Kleinflugzeugen in guten Sichtflugwetterbedingungen. Beide Flugzeuge waren mit Transpondern ausgerüstet und in Radarkontakt zur Deutschen Flugsicherung (DFS). Jedoch war nur eines der Flugzeuge mit einem Kollisionswarnsystem ausgestattet, welches die Lage erkannte jedoch nicht zum Erkennen des anderen Luftfahrzeuges führte.
• Am 22.09.2006 stießen bei Groß Parin zwei Piper PA 28 zusammen. Eine Person wird, eine leicht verletzt. Durch eine Inversionsschicht und Sonnenblendung herrschten verschlechterte Sichtbedingungen, die das gegenseitige, rechtzeitige Erkennen in Blickrichtung gegen die Sonne erschwerten. Beide Flugzeuge waren mit einem Transponder ausgerüstet und in Radarkontakt zur Deutschen Flugsicherung (DFS). Die Pflicht der Kollisionsvermeidung im entsprechenden Luftraum und unter Sichtflugregeln lag bei den Piloten.
• Am 21.05.2011 kam es bei Saarmund zu einer Kollision zwischen einem Segelflugzeug und einem Ultraleichtflugzeug mit drei tödlich Verletzten, weil beide Piloten keinen Sichtkontakt zueinander hatten. Es herrschten war gute Sichtflugwetterbedingungen, doch durch den Windenstart des Segelflugzeuges war die Sicht des Piloten eingeschränkt. Das Ultraleichtflugzeug war mit einem Transponder ausgerüstet, der jedoch nicht eingeschaltet war. Am Segelflugstart wurde das sich nähernde Ultraleichtflugzeug nicht wahrgenommen.
• Am 08.12.2012 kam es bei Wölfersheim-Melbach zu einem Zusammenstoß zwischen zwei Kleinflugzeugen in guten Sichtflugwetterbedingungen. Acht Personen wurden tödlich verletzt. Beide Flugzeuge waren in Radarkontakt zur Deutschen Flugsicherung (DFS). Kollisionswarnsysteme waren nicht an Bord. Durch die tiefstehende Sonne sowie den spitzen Kollisionswinkel haben sich die Piloten nicht gesehen. Geräte zur Anzeige des Konfliktverkehrs hätten dies vermeiden können.
• Am 06.01.2015 kam es bei Düsseldorf zu einer gefährlichen Annäherung zwischen zwei Kleinflugzeugen in guten Sichtflugwetterbedingungen. Beide Flugzeuge waren mit Transponder ausgestattet und in Radarkontakt zur Deutschen Flugsicherung (DFS). Während der Pilot des einen Flugzeuges über Funk auf das zweite Flugzeug aufmerksam gemacht wurde, hat der Pilot des zweiten Flugzeugs nichts von der Annäherung mitbekommen.
• Am 24.04.2015 kam es bei Westerland zu einer gefährlichen Annäherung zwischen zwei Kleinflugzeugen in mäßigen bis extrem schlechten Sichtflugwetterbedingungen. Beide Flugzeuge waren mit Transponder ausgestattet und in Radarkontakt zur Deutschen Flugsicherung (DFS).
• Am 30.04.2017 kam es bei Buchenbach-Unteribental zu einer Kollision von zwei Segelflugzeugen mit Sachschaden, bei der beide Piloten nicht rechtzeitig einander gesehen haben.

Schwierigkeiten für Sichtung des Anderen

Eine Untersuchung über Kollisionen in der Luft in den USA (Jahre 2000 – 2010) zeigte, dass mehr als die Hälfte der gefährlichen Annäherungen und Kollisionen in naher Umgebung von Flugplätzen passierten. Ebenfalls mehr als die Hälfte der Zwischenfälle erfolgte in ähnlicher Flugrichtung beider beteiligten Flugzeuge und somit baulich bedingt einer verschlechterten Sichtbarkeit des Konfliktverkehrs.

Bereits 2004 hat die vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen beauftragte Studie BEKLAS (Bessere Erkennbarkeit kleiner Luftfahrzeuge als Schutz vor Kollisionen) auf Technologien zur Kollisionsvermeidung verwiesen und die flächendeckende Ausrüstung von Flugzeugen gefordert. Dies geschah im Einklang der medizinischen Feststellung, dass der Grundsatz der Kollisionsvermeidung im Sichtflug “Sehen und gesehen werden” die Leistungsfähigkeit des menschlichen Auges bis an die Grenze ausreizt.

Eine Studie der Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung (BfU) wiederholt diese Forderung Anfang 2017 und kommt zu dem Ergebnis, dass mit kompatibler Kollisionswarnausrüstung aller Verkehrsteilnehmer die Kollisionsgefahr im Sichtflug deutlich reduziert werden könnte. Dazu bedürfe es lediglich der Nutzung bereits heute zur Verfügung stehender technischer Mittel. Laut der Studie kam es von 2010 bis 2015 im deutschen Luftraum zu 490 Annäherungen und Kollisionen zwischen Luftfahrzeugen mit 19 tödlich, zwei schwer und 15 leicht verletzten Personen. In den schwerwiegenden Fällen handelte es sich dabei um Sichtflugverkehr, bei dem das Grundprinzip “Sehen und gesehen werden” versagte.

Anderung der Vorschriften gefordert

Zu der Feststellung, dass der Grundsatz “Sehen und gesehen werden” keine absolute Sicherheit vor Zusammenstößen in der Luft bietet kommen auch Analysen der Technischen Universität Darmstadt und formuliert daher das Erfordernis, Piloten bei der Erkennung anderen Verkehrs im Luftraum technisch zu unterstützen. Der Gesetzgeber wird aufgefordert, hierfür regulatorische Grundlagen zu formulieren, bestehende bürokratische Hürden zur Ausrüstung abzubauen und die Entwicklung einer integrierten Lösung für alle Luftraumnutzer zu fördern. Die bisher bestehenden Kollisionswarntechnologien sind untereinander nicht kompatibel, sodass es sich jeweils um isolierte Lösungen für kleine Gruppen von Nutzern handelt.

Kollisionswarnungen in der Luftfahrt basieren auf dem regelmäßigen Aussenden von Telemetriedaten eines Flugzeuges wie Position, Höhe und Geschwindigkeit. Die übertragenen Daten des sendenden Flugzeuges lassen dem Empfänger präzise Warnungen unter Berücksichtigung der voraussichtlichen Trajektorie zu. Dieses Prinzip nutzen alle ausgereiften Kollisionswarngeräte in der allgemeinen Luftfahrt.

Zur Warnung vor Kollisionen ist dabei nicht nur das Aussenden von Positions- und Zustandsdaten erforderlich, sondern auch Empfang und Darstellung der Daten umgebender Flugzeuge. Ein flächendeckender Nutzen für die Luftfahrt entsteht gemäß Netzwerkeffekt erst dann, wenn möglichst viele Flugzeuge an diesem Netzwerk teilnehmen und die verwendeten Standards untereinander kompatibel sind. Das Prinzip findet Umsetzung in den Technologien FLARM und ADS-B/TIS-B, welche untereinander jedoch nicht kompatibel sind.

FLARM (FLight alARM) wurde von einer Schweizer Firma speziell für die Ansprüche des Segelfluges (leichte Bauweise, Batteriebetrieb) entwickelt und ist in dieser Kategorie Luftfahrtzeuge auch führend, aktuell sind ca. 35.000 Flugzeuge damit ausgerüstet. Zur Kollisionsvermeidung mit schnellerem Verkehr ist FLARM wegen der geringen Reichweite von 1,5 km bis maximal fünr km nicht geeignet. Zudem ist die Ausrüstung freiwillig und auf einzelne Kategorien von Luftfahrzeugen beschränkt.

Pflicht ab 2020 – nicht überall für Alle

ADS-B (Automatic Dependant Surveillanc – Broadcast) ist ein offener und frei lesbarer Standard, auf dessen Basis viele Firmen Kollisionswarngeräte anbieten. Er wird durch den sog. TIS-B (Traffic Information Service – Broadcast) ergänzt, bei dem mit ADS-B ausgerüstete Flugzeuge durch das Radar der Flugsicherung erkennt und deren Daten an andere Flugzeuge übertragen werden. Der Pilot bekommt dadurch ein Verkehrslagebild, das dem des Radarlotsen am Boden entspricht. Kollisionswarnungen können mit TIS-B-Übertragungen auch dann generiert werden, wenn ein Flugzeug nicht mit ADS-B ausgerüstet ist.

In den USA müssen alle Flugzeuge ab 2020 mit ADS-B ausgerüstet sein und ihre Positionsdaten übermitteln. In der EU gilt eine solche Pflicht zwar auch ab 2020, jedoch nur für Flugzeuge schwerer als 5,7t oder schneller als 250kt. Nahezu sämtlicher Sichtflugverkehr sowie alle Flugzeugtypen der oben aufgezählten Zwischenfälle sind von dieser Ausrüstungspflicht folglich nicht betroffen.

Problematik unbemannter Fluggeräte

Einen immer wichtigeren Aspekt bei der Kollisionsvermeidung stellen unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) dar. Mit der Zahl der UAV wächst die Verkehrsdichte im Luftraum und damit die Gefahr eventueller Kollisionen. 2016 wurden in Deutschland etwa 400.000 UAV verkauft, 2017 weitere 600.000. Im Jahr 2020 wird ein UAV-Aufkommen von mehr als einer Million erwartet. Während noch im Jahr 2015 nur 14 Konflikte zwischen UAV und dem regulären Flugverkehr gemeldet wurden stieg die Zahl der Konflikte auf 88 im Jahr 2017.

Daher fordert die Deutsche Flugsicherung (DFS) wie auch viele Airlines eine rechtzeitige Einführung von verbindlichen Technologien zur Ortung unbemannter Luftfahrzeuge, um den Luftraum auch in Zukunft sicher nutzen zu können. Es bedarf also auch hier der Berücksichtigung und Integration von Technologien zur Kollisionsvermeidung. Sowohl FLARM als auch ADS-B sind für UAV geeignet und bereits spezielle Produkte verfügbar. Entsprechenden Regularien und harmonisierte Technologien mit gesamtheitlichem Ansatz werden jedoch noch nicht durchgesetzt.

Große Organisationen wie iAOPA, EBAA, ECOGAS, ERAC und GAMA forderten bereits eine international harmonisierte Lösung für Kollisionswarnsysteme unter Nutzung bestehender Technologien wie FLARM, ADS-B und TIS-B mit einem für die Luftfahrt in Europa gesamtheitlichen regulatorischen Ansatz. Insbesondere sollten bei so einer Lösung kleine Luftfahrzeuge wie bei der Kollision vom 23.01.2018 im Kreis Karlsruhe mit einbezogen werden, da auch sie Teilnehmer am Luftverkehr sind und somit ein Kollisionsrisiko darstellen.

Die Dacher Systems GmbH macht sich seit drei Jahren mit der Entwicklung von sky proTM für eine eben solche Lösung stark. In Kooperation mit der Firma FLARM und durch Eigenentwicklungen und Forschung vor Allem im Rahmen der Kommunikation setzt man sich dort intensiv für eine weltweit funktionierende, umfassende Lösung zur effektiven Kollisionsvermeidung ein.

Dabei ist eine Integrative Lösung im Gesamtsystem Luftfahrt sowie in bestehenden Avionik- und Informationsstrukturen essenziell. International homogenisierte Standards und Regularien gelten dort als dringend erforderlich, um eine gesamtheitliche Lösungen zu ermöglichen. An den Standorten Berlin, Düsseldorf, Zürich und Kronstadt werden internationale Konzerne aus dem Bereich Luftfahrt betreut. Sowohl Inhaber und Geschäftsführer Tiberius Dacher als auch der Manager der Abteilung Aviation Solutions Marwin D. Knoblauch sind selbst begeisterte Privatpiloten.

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