Andre Biestmann An- und Abflugverfahren Sicherheit, Kapazität und Umwelt Andre Biestmann DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
1 Einleitung Sehr geehrte Damen und Herren! Heute Abend möchte ich Ihnen anhand meines Vortrages erläutern, wie die DFS Deutsche Flugsicherung GmbH mit Sitz im hessischen Langen An- und Abflugverfahren konstruiert und abwägt. Diese Planung bzw. Konstruktion von Verfahren ist Bestandteil der Ausgestaltung der luftseitigen Infrastruktur für den Luftraum in Deutschland. Die DFS als Nachfolgeorganisation der BFS (Bundesanstalt für Flugsicherung) hat seit ihrer Gründung im Jahre 1993 die Aufgabe, die Flüge im deutschen Luftraum sicher, geordnet und flüssig abzuwickeln. Zur Sicherstellung dieser Aufgabe ist es unter anderem notwendig, dass die Luftraumarchitektur als solide Basis für die Fluglotsen und Piloten zur Verfügung steht. Die für den konstruktiven Anteil in der DFS zuständige Fachabteilung stellt mit ihren Design-Prozessen sowohl die Flugverfahren für die An- und Abflüge zur Verfügung, als auch die Überflugstrecken, die für die Flüge über die Bundesrepublik Deutschland hinweg notwendig sind. 2 Luftraumarchitektur Die Luftraumarchitektur stellt das Grundgerüst für den Luftraum dar. Abb. 1: Luftraumarchitektur 1
Die Basis sind Abflug-, Einflug- und Anflugverfahren. Diese Verfahren bilden die Schnittstelle zwischen dem Flughafen (Start- und Landebahn) sowie den Flugverkehrsstrecken. Um diese Verfahren herum werden Lufträume eingerichtet. Die Klassifizierung der Lufträume erfolgt auf Basis der ICAO (International Civil Aviation Organization). Welcher Luftraum wie benutzt wird, erfolgt im Rahmen des Luftraum-Managements (Flexible Use of Airspace). Für die Durchführung der Flugverkehrskontrolle sitzen die Fluglotsen im Grundsatz zu zweit vor den Bildschirmen mit den Radardaten und bearbeiten einen Kontrollsektor in der Streckenkontrolle oder sie kontrollieren vom Tower aus die Luftfahrzeuge am Flughafen. Der Kontrollsektor ist jeweils die kleinste Einheit in einem Zuständigkeitsbereich der DFS. Die Lotsen-Sektoren grenzen unmittelbar aneinander, so dass jeder Flug nach Instrumentenflugregeln nahtlos von der Startbahn nach dem Abflug bis zur Landung von Fluglotsen überwacht wird. Die Fluglotsen wiederum arbeiten im Luftraum nach international vorgegebenen Regeln (ATC- Procedures), die auf Basis von ICAO erstellt werden. 3 Umfeldanalyse Da dieser Vortrag von An- und Abflugverfahren handelt, ist auch Bestandteil meines Vortrages, inwieweit die Analyse der Flughafen-Infrastruktur vor dem eigentlichen Design der Verfahren notwendig ist. Bevor ein neues Verfahren etabliert wird, erfolgt eine Umfeldanalyse, wie das direkte Flughafen-Umfeld aussieht: Wie sieht die Zuständigkeit der Fluglotsen bei den Start und Landungsfreigaben aus und wie erfolgt die Roll-Verkehrsführung an den Flughäfen? Im zweiten Schritt erfolgt die Analyse des Layouts der Pisten und des Betriebskonzeptes. Hier gibt es unterschiedlichste Systeme: 2
eine Startpiste und eine Landepiste (z.b. Erfurt) zwei Startpisten und zwei Landepisten (z.b. München) drei Startpisten und drei Landepisten (z.b. Köln/Bonn) vier Pisten: Zwei Start- und Landepisten, eine exklusive Startpiste (nur in eine Richtung), eine exklusive Landepiste (z.b. Frankfurt) Abb. 2: unterschiedliche Flughafenstrukturen 4 Design von Flugverfahren Bis zur Festsetzung von Flugverfahren durch das Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung (BAF) ist eine große Anzahl von Einzelschritten erforderlich. Als erstes erfolgt durch die DFS das Design von Flugverfahren bzw. die inhaltliche Ausgestaltung der Verfahren. Hier wird nicht von "Planung" gesprochen, um eine eindeutige Abgrenzung zum Planungsrecht bei Infrastrukturprojekten darzustellen. Das Design von Flugverfahren erfolgt innerhalb der DFS auf Basis der ICAO Grundlagen (u. a. ICAO 3
Document 8168). Danach erfolgt eine Abwägung anhand von verschiedenen Kriterien: Sicherheit Kapazität Fluglärm Flugweglänge. Das Vorgehen bei Luftraumprojekten ist innerhalb der DFS standardisiert. Nicht jede kleine Änderung, aber größere Änderungen an einem Flughafensystem erfolgen mit einem Standardprozess: 1. Entwurf von Verfahren 2. Simulation der Verfahren 3. Design der Verfahren 4. Beratung der Verfahren in der Fluglärmkommission 5. Festsetzung der Verfahren durch das Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung (BAF) 6. Inbetriebnahme der Verfahren 7. Operative Betriebsdurchführung 8. Datensammlung (mind. 6 Monate) / Analyse der Optimierungspotenziale / Evaluierung 9. Aufbereitung der Optimierungspotenziale (Schritte 1. bis 8.), Beratung der Verfahren in der Fluglärmkommission. Anhand des folgenden Schaubildes können nun die verschiedenen beteiligten Behörden bzw. Prozessschritte bzw. die Fluglärmkommission dargestellt werden: 4
Abb. 3: Prozessablauf bei der Festlegung von Flugverfahren 5 Abflugverfahren an einem Beispiel Nun möchte ich Ihnen anhand eines Beispiels die Entwicklung bis hin zur Evaluierung von Flugverfahren erläutern: Die DFS beginnt immer mit einem Design-Auftrag, da Verfahrensentwicklung kein Selbstzweck ist. Der Design-Auftrag für das Beispiel bei einem Abflugverfahren lautet: Entwicklung einer neuen Abflugstrecke vom heutigen Pistensystem in FRA (Südumfliegung) zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Landebahn-Nordwest in FRA im Oktober 2011. Die Konstruktion des Verfahrens erfolgt nach ICAO. Maßgeblich ist hier das ICAO Doc 8168 (Volume II: Construction of Visual and Instrument Flight Procedures). Spezielle Anforderungen an Airworthiness, OPS- Approval, Verfahren, Safety ergeben sich aus weiteren Dokumenten (EA- SA AMCs, ) und Kundenanforderungen, wobei hier der Kunde der Luftraumnutzer ist und nicht der Flughafen. 5
Die Konstruktion des Verfahrens durch die zuständige Verfahren- Abteilung in der DFS erfolgt auch auf Basis der im Planfeststellungsbeschluss antizipierten Streckenführung für das Verfahren. Der Verfahrensdesigner muss jetzt entscheiden, welche Navigationssensoren für die Navigation auf dem Abflugverfahren eingesetzt werden. Um einen Abwägungsprozess durchführen zu können, sind mehrere Alternativen zu konstruieren, die je nach Lage der zur Verfügung stehenden Navigationsarten bzw. Anlagen konstruiert werden. Im Zusammenhang mit der Alternativenbetrachtung hat die DFS bei der Südumfliegung sechs Alternativen ausgearbeitet. Diese sechs Alternativen wurden im Rahmen des Konsultationsprozesses nach LuftVG 32b der Fluglärmkommission zur Beratung vorgelegt. Im Rahmen dieser Beratung hat die Fluglärmkommission sechs weitere Alternativen der DFS zur Berechnung und Abwägung vorgeschlagen. Im Rahmen der Beratung durch die Fluglärmkommission wurde dann jede Alternative beurteilt und zwar anhand der eingangs genannten Kriterien: Sicherheit Kapazität Fluglärm Flugweglänge. Nach Beratung durch die Fluglärmkommission wurde eine 13. Alternative erarbeitet. Bei der Bewertung der Alternativen wird auch die Anzahl der Lärmbetroffenen (in Tsd.) aufgeführt. Hier erfolgt unter dem Aspekt Fluglärm die Darstellung der geplanten Flugverfahren in Bezug auf die Bevölkerungsdichte. Hierbei werden die unterhalb einer Flugroute bzw. eines Flugverfahrens liegenden Bevölkerungsanteile ermittelt. Die Ermittlung der Zahlen der Betroffenen erfolgt auf Basis eines Rasters von (125m x 125m). Hierbei wird das Ergebnis der Besiedlungsdichte als erste grobe Wertung eines Verfahrens herangezogen, jedoch nicht die endgültige Betrachtung im Sinne der Belastung mit Werten von Dezibel-Angaben. Die vereinfachte Darstellung mit der Besiedlungsdichte erfolgt deshalb, um 6
erkennen zu können, ob der auf topografischen Karten dargestellte Bereich für Besiedlung auch durch Personen bevölkert ist oder ob sich dort reine Industriegebiete befinden. Nachdem nun die Variante Nr. 13 ausgearbeitet wurde, hat die DFS alle Varianten bzw. Alternativen aufbereitet in einem Abwägungsdokument dargestellt und das Ergebnis der Abwägung (inkl. Alternative 13) zur Umsetzung bzw. Festlegung beim BAF beantragt. Das BAF hat dann das Verfahren in Kraft gesetzt. Die Veröffentlichung der technischen Ausführung des Verfahrens erfolgt dann durch die DFS im Luftfahrt-Handbuch Deutschland. Gleichzeitig veranlasst das BAF als Verordnungsgeber, das Verfahren im Bundesanzeiger zu veröffentlichen. Hier ist das Verfahren als Änderungsverordnung (ÄV) zur 212. DVO zur LuftVO veröffentlicht. Die Inkraftsetzung des Verfahrens erfolgte zum 20.10.2011. Die Nutzung des Verfahrens erfolgte am 21.10.2011 mit der Inbetriebnahme der Landebahn Nordwest. Nach Inbetriebnahme des Verfahrens begann die Zeit der Evaluierung: Wie wird nun diese Südumfliegung im täglichen Betrieb genutzt? Mindestens in den ersten sechs Monaten nach Inbetriebnahme werden die Flugspuren ausgewertet: Abb. 4: Evaluierung eines Abflugverfahrens 7
Die beigefügten Grafiken zeigen die Flugspuren am Tag 30.11.2011. Nachdem nun zu erkennen war, dass eine relativ große Streuung im Bereich der Südumfliegung vorhanden ist, hat die DFS eine interne Anweisung an die Fluglotsen herausgegeben, um eine größere Bündelung zu erreichen. Seit dem 01.12.2011 wird das Verfahren gebündelt genutzt bzw. geflogen. Erkennbar ist dieses auf der Darstellung für den 01.12.2011. Erreicht wird die Bündelung dadurch, dass die Fluglotsen vom Start des Luftfahrzeuges bis zum Bereich Hochheim keine Freigaben zum Abweichen von der Abflugstrecke an die Piloten vergeben, außer es sprechen Sicherheitsgründe oder Wettergründe für eine Abweichung. 6 Anflugverfahren an einem Beispiel Für die Inbetriebnahme der Landebahn-Nordwest in Frankfurt Main im Oktober 2011 war es notwendig, die luftseitige Anbindung sicherzustellen. Bei der Konstruktion von Anflugverfahren (wie auch bei der Konstruktion der Abflugverfahren) ist das ICAO Doc. 8168 maßgeblich. Die Umfeldanalyse erfolgt mit dem Ziel, zu ermitteln, für welchen Betrieb die Landebahn genutzt wird. Die Nutzungsarten von Landebahnen sind sehr unterschiedlich: Abb. 5: Kapazität bei Anflugverfahren Für das Beispiel in meinem Vortrag ist nun ein Thema aus dem aktiven Schallschutz Frankfurt Main gewählt worden. Hierbei geht es um die 8
Implementierung eines segmentierten Anflugverfahrens (technischer Begriff: Segmented RNAV (GPS) Approach FRA) weit vor der Inbetriebnahme der Landebahn Nordwest. Die Nutzung ist aufgrund der sehr hohen Anforderungen an die Abstände zwischen zwei Luftfahrzeugen für dieses Verfahren derzeit nur zwischen 23 und 5 Uhr vorgesehen. Abb. 6: Kapazität bei Anflugverfahren FRA Zwischen 5 und 23 Uhr ist die kapazitätsseitige Anforderung an die Verfahren zu hoch für das segmentierte Verfahren. Hier werden die abhängigen oder parallel unabhängigen Verfahren genutzt. Wie beim Abflugverfahren ist auch hier ein Designauftrag notwendig: Das Ziel zur Einführung des segmentierten Anflugverfahrens ist die Lärmentlastung der Bereiche Offenbach und Mainz. Das Verfahren wurde im Rahmen des "Forums Flughafen und Region" (FFR) grundsätzlich entwickelt und eine Beratung des Verfahrens in der Fluglärmkommission erfolgte durch das Einbringen der DFS. Das segmentierte Anflugverfahren wurde nun so konstruiert, dass ein "kontinuierlicher Sinkflug" möglich ist. Die nachfolgende Grafik, die nicht maßstabsgerecht ist, stellt den kontinuierlichen Sinkflug, bis zu einem Abstand von ca. 8 km vor der Landung möglich, dar. Ab diesem Punkt bis zur Landung hin ist es dann per Definition von ICAO kein kontinuierlicher Sinkflug mehr, sondern der übliche Endanflug. 9
Abb. 7: Kontinuierlicher Sinkflug (CDA) Das segmentierte Anflugverfahren wurde vor der offiziellen Implementierung (10.02.2012) u. a. in einem Airbus A340-Simulator abgeflogen. Zusätzlich erfolgten vorab einige Testanflüge im realen Betrieb. Direkt nach der Inkraftsetzung des Verfahrens begann die Evaluierung. Die Grafik zeigt, wie im Unterschied zum Betrieb tagsüber (Verfahren für die hohe Kapazitätsanforderung) am späten Abend das segmentierte Verfahren geflogen wird. Die Auswertung zur Nutzung des Verfahrens hat ergeben, dass nur ca. 55 % der anfliegenden Luftfahrzeugführer dieses Verfahren nutzen. Woran liegt das? Für dieses Verfahren ist die Ausrüstung des Luftfahrzeugs mit Flächennavigation unter Nutzung des Sensors "GPS" erforderlich. DFS-seitig wird geschätzt, dass der Ausrüstungsgrad der Luftfahrzeuge für diese Sensorik bei ca. 80 % liegt. Da dieses Verfahren kein Präzisions-Anflugverfahren ist, sondern ein Nichtpräzisions-Anflugverfahren, weisen die Piloten immer wieder darauf hin, dass sie gerne ein Präzisions- 10
Anflugverfahren (mit Vertikalführung) nutzen. Da das segmentierte Verfahren nicht zwingend in der Nutzung vorgeschrieben ist, kann der Luftfahrzeugführer auch zwischen einem Präzisions-Anflugverfahren und einem Nichtpräzisions-Anflugverfahren wählen. Hieraus ergibt sich dann die doch recht geringe Nutzung des neuen Verfahrens mit ca. 55 %. Abb. 8: Evaluierung eines Anflugverfahrens 11