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美国新一代航空运输系统简介 胡君 一 美国新一代航空运输系统 ngats 的背景 美国目前的航空运输系统不能满足 21 世纪的发展需要 如果不迅速采取行 动 航空运输的问题将更加严重 并将影响美国的经济发展和在航空领域的国际 领先地位 这是美国若干研究得出的结论 有关报告说 目前只是在奥黑尔这样的一些机场发生了拥挤 还不是全国性 的 美国的一些预测认为 在美国的一些预测认为 在 20 年内 美国的旅客 货物和飞行量将会增长年内 美国的旅客 货物和飞行量将会增长 2 3 倍 倍 faa 预计 到 2020 年时 将有更多的机场发生拥挤 届时 8 个大区和 19 个机场都需要更大的容量 另外还有 23 个机场也有可能需要扩建 如果再考虑 低成本航空公司使用较小型飞机 大型航空公司增加国内航班 以及轻型喷气飞 机 通用飞机等 天空会非常拥挤 如果不进行改变 美国每年的亏损将达到如果不进行改变 美国每年的亏损将达到 300 亿美元 亿美元 向新一代航空运输系统的转变是一个巨大的改变 是根本性的 按 照目前的基础设施和结构是无法承受的 因此 faa 和国会提出了向新一代航空 运输系统转变这个挑战 并建议国家和私有部门进行史无前例的合作 来转变美 国的航空运输系统 这个转变包括新技术的开发和应用 也包括组织结构和运作 形式的变化 二 立法 世纪航空再授权法案 颁布于2003年12月 确定运输部部长在联邦航空局 内成立新一代航空运输系统 ngats 联合计划与发展办公室 jpdo 任务是 为ngats制定和实施综合计划 同时监督和协调相关研究和技术开发计划和项目 以及项目和计划的优先顺序 jpdo由faa和国家航空航天局 nasa 共同领导和 管理 人员来自nasa faa 运输部以及商务部 国防部 国土保安部和白宫科 学技术办公室 法案还确定运输部部长要成立一个高级决策委员会 该委员会由参加jpdo 的各机构领导人组成 运输部部长任主席 高级决策委员会 spc 监督jpdo的 工作并为其提供政策指导 同时为 关于转变国家航空运输系统满足未来需求的 总体目标和战略方针 提出建议 高级决策委员会还肩负为未来航空运输系统确 1 定资源需求和立法的重任 三 联合计划发展办公室 jpdo 按照 vision 100 2003 年在 faa 内设立了联合计划发展办公室 管理与 ngats 有关的事务 负责协调参与此项工作的各机构之间的工作 参与机构有 运输部 dot 商务部 doc 国防部 dod 国土保安部 dhs faa 美国航空航天局 nasa 白宫科学技术办公室 此外 jpdo 还负责公众的咨 询 与航空航天企业协调联邦政府的目标 优先项目安排和计划 并确保私营企 业有利害关系的各方 以及商业和通用航空 员工 航空研究机构以及生产厂家 的参与 jpdo 是由 faa 和 nasa 联合成立的 jpdo 主任受 faa 局长和 faa 空管机构首席运行官领导 按照vision 100 jpdo编制了一系列关于ngats的计划和方案 第一个成果 是2004年12月递交国会的 ngats integrated plan 包括了对可以满足2025 年时潜在的空中交通需求的航空运输系统愿景的陈述 描述了该未来运输系统的 需求和性能特点 以及一个高层 多机构参与的路线图和该未来系统的运行概念 vision 100还要求每年要编写ngats年度进展报告 同时要对 ngats integrated plan 的改动加以说明 同预算一并上交 jpdo 于 2004 年完成了机构组建 提出了八项战略 包含了 ngats 的总目 标和阶段性目标 同时相应成立了八个综合工作组 ipt 分别针对每个战略开 展工作 联合战略可以保持各伙伴机构采取一致的行动举措 核心步骤和资源 以实现总体构架 除了联合制定实现 ngats 的战略外 各伙伴机构都在某一战 略上负有牵头责任 四 ngats 目标 航空运输系统是一个全球性的复杂系统 关系到公众和若干 国有和私有 利益关系方 这个系统包括有 国家防御 国土保安 空中交通管理 商业和通 用航空经营者和机场 涉及到旅客 货物和军事飞行以及休闲飞行 ngats 将 把用于国家防御与民用飞行的能力整合在一起 为民用 军事使用者提供服务 使航空旅行更加有效率和效益 更加安全 2 ngats 涉及的范围见图示 ngats 的总目标是 显著提高航空运输的能力 效率 安全和保安水平 并以此促进国家的经济发展 ngats 目标目标 保持美国在全球航空领域的领导地位保持美国在全球航空领域的领导地位 提高容量提高容量 保持航空领域领导者地位 降低航空运输成本 为旅客和货主提供量身定制的服务 鼓励使用为美国产品和服务所制定的 基于成效的 全球一致的标准 满足未来需求增长和运行多样性需要 缩短运输时间 增加预见能力 把天气等因素的影响降至最低 保证航空安全保证航空安全 保护环境保护环境 保持航空运输是最安全运输方式纪录 提高美国航空运输系统的安全水平 增强世界航空运输系统的安全性 降低噪声 排放物和航油消耗量 使航空环境影响与航空业的其它社会 责任相称 保证国防安全保证国防安全 国家安全保卫国家安全保卫 保证国防安全的同时 使其对民用活 动的影响最低 协调国家之间对于威胁的反应 确保全球民用空域的可进入性 减少各种威胁 能根据需求变化提供有效的保安 保安战略能够适应威胁 成本平衡和 隐私保护要求 确保旅客和货主对系统保安的信心 3 五 ngats 的能力 目标要通过在旅客运输 货物运输 通用航空 空管运行 机场运行中使用 新的程序和技术来实现 在 2005 年的 ngats 愿景 中 确立了 ngats 需要 建立的 8 个方面的能力为 网络信息访问能力 网络信息访问能力 network enabled information access 通过建立网 络信息访问能力 使每个用户得到实时的有关信息 把恰当的信息在恰当的时 间送给恰当的人 支持所有条件下的决策 这种强大的访问能力 对决策的发送 提高决策速度 效率和质量等非常重要 在这个网络中 飞机是一个移动的 点 接收其他飞机和地面的信息 同时也把自己的数据传输给网络 供其他用户使用 数据类型包括 飞行计划信息 飞行员 旅客和货物数据 飞机数据 监视信息 环境信息 气象数据等 信息形式可能是记录 数据库 飞行员执照或飞机维修 记录 语音通信 或图像 用户需要按照信息共享标准来开发自己的数据共享 能力 有关标准涉及到了数据拥有关系 例如访问 义务和决策权力 标准也需 要通过合作和共享来制定 基于性能的服务能力 基于性能的服务能力 performance based services 基于性能的服务是 ngats 最根本的转变 飞机在 ngats 环境下 其受益程度由飞机本身的能力 和性能决定 而不是机型和所执行的任务 ngats 将给高性能飞机更大的灵活 性 确保它们准时到达目的地 现用系统的构建是 二元进入式 的 或准许进入 或不准许进入 一个 水平服务 先到者先服务 和刚性的规章结构 所有设备同等对待 与之相反 基于性能的服务将建立服务 层次 使高性能飞机充分发挥能力 所以说 一 切都看用户的需要 基于性能的服务还有另一个好处 就是节省政府的资金 鼓励私营企业进行 创新 服务提供者对各种性能飞机的服务做出明确的保证 可以使用户根据自己 的需要进行适当投资来装备飞机 同样 有明确的性能定义和服务水平保证 并 在全球执行一致的标准 也可以产生自由竞争的市场机会 决策的气象信息支持能力 决策的气象信息支持能力 weather assimilated into decision making 在因天气原因造成延误的航班中 有60 是可以避免的 这60 每年使航空公司 4 货运公司以及其他企业损失约40亿美元 尽管ngats不能够改变天气 但是却 可以把天气的影响降到最低 在现在的系统中 提供给决策者的气象数据和预报常常是不一致的 因为只 提供当地的气象信息 所以决策通常质量不高 在ngats的网络中心能力下 将为决策者提供一个通用的气象图 数万个全球实时气象观测站 部署在地面和 卫星上 将被整合在一个分布式虚拟的国家气象信息中心 发布更准确的天气预 报 并可以自动升级 飞行员可以根据自己飞机的能力选择航线飞行 与现在的系统不同 ngats的气象信息分发将不强调文本或图形 而是强调 原始气象信息 以避免人为的解释 计算机决策系统将为用户提供更多的空域 多层次 适应性的保安能力 多层次 适应性的保安能力 layered adaptive security 在航空保安 不断升级的形势下 快速高效地把旅客和货物运送到目的地 是目前的一大挑战 ngats 的解决方案是 建立分工合作的保安层次 各层次保安之间无缝隙地连 接 并能适应各种变化 运输部长米内塔在 2005 年 6 月的 2025 机场会议 上说 分层次 适应性 保安概念完全不同于现在的保安系统 它既可以增强保安能力 又节省资源 ngats 的保安将是透明的 每一个进入运输机场 直升机场或其他途径进入的 人都会被检查 因为有了网络信息访问能力和基于性能的服务 对旅客和货物的风险评估在 每个航班飞行之前就开始了 人在机场 或者在做与机场和飞机相关工作的过程 中就被进行了快速的相应检查 可以大大地减少机场的警戒和机上干预 随着技术的成熟 扫描检查将更少打扰性和透明化 凡是接触到飞机的人和 货物都将被扫描检查 进行威胁评估 并能根据发现进行处置 保安将分层进行 分为早期检查和适应性干预 飞机和机场将被设计得更能 抵抗进攻和事故 广域精密导航能力 广域精密导航能力 broad area precision navigation 精密卫星导航 和对必要信息的互联网式访问能力 可以使飞行员在没有塔台 雷达 或仪表着 陆系统 ils 条件下 在机场精密着陆 这种新能力可以使数以千计的小型机 场向新一代超轻型喷气飞机开放 以缓解繁忙机场的压力 使以前没有航空服务 的机场开通航班 增加国家空域系统的容量 ngats包含有所有飞行运行 包 5 括未来的相当于 可视飞行规则 飞行 用户可以自由选择空域 尽量发挥飞机 的能力 除了最恶劣的天气条件外 广域精密导航可以提供所有条件下的导航服务 目前美国拥有的5000个地基导航设施组成了其国家导航基础能力 未来将用广域 的导航服务取代这些只为当地提供导航的服务模式 仪表着陆可以在任何一个机 场进行 jpdo和伙伴机构正在寻求各种方式为各种性能水平的飞机提供广域精密着 陆服务 也包括新一代gps卫星 和全球导航卫星系统 gnss 基于飞机航迹的运行基于飞机航迹的运行 aircraft trajectory based operations tbo 为 了满足预计的未来2 3倍的需求增长 目前的飞行计划和空中交通管制必须向一 个这样的系统转变 1 根据飞机的飞行航迹对运行进行管理 2 调整空域 结构 以更好地满足用户和保安 防御需要 3 依靠飞行航迹分析和间隔保证 的自动化系统 ngats将使用4维 4d 航迹 包括地面运行在内的 从开始到 结束的 基于时间的路径 作为飞行计划和系统运行的基础 整个设计必须要同 时满足系统效率和保安 安全和环境要求 这个能力是建立在上述的网络信息访 问 基于性能的服务 决策的气象支持 广域精密导航能力之上的 计划的飞行航迹在系统中是互相交换的 系统自动对航迹进行不间断分析 再结合气象信息和预测 使飞行计划不断更新 以保证飞机的安全间隔 空域的 结构是动态地分配和布局的 以满足飞行的需要和安全及环境需要 另外 还将 把现在的各种空域管理和隔离机制合并成一个管理机制 为用户提供最大的可用 空域 并满足国家保安所要求的空域限制 相当于可视飞行能力 相当于可视飞行能力 equivalent visual operations 通过探测设备和 卫星 系统将把精密导航和其他重要信息直接发送给驾驶舱 飞行员和管制员在 第一时间看到的是同一幅图像 管制员开始行使职责 这个能力的优点是 能够 为飞机提供不需要视觉参照物的导航和在不可见条件 例如低云层或雾 下保持 安全距离所需要的必要信息 在不危及安全的条件下增加空域容量 这种能力可 以使所有机型的飞机都能从ngats技术 例如自动相关监视 播报 ads b 和 共享情景识别信息 以及自由飞行等中受益 这个能力建立在一定的网络信息访问能力 某种程度基于性能的服务能力 6 一定的广域精密导航能力和适应性 分层次保安能力之上 希望这个能力在10 年内进入使用 高密度飞行能力 高密度飞行能力 super density operations 成功实现ngats的关键 是机场的起降能力和空侧 飞行区 能力 人和货物进出处理能力 上述能力 的实现 将保证最繁忙机场在高峰期间的效率 机场滑行道和跑道的布局要能够保证机场地面大量运输的需要 在飞机达到 了 智能化 能力 监视和导航能力得到提高后 起降间隔标准也将降低 间隔 标准的降低将使飞机能够在机场终端以比现在更小的间隔大密度起降 要研发尾 涡探测和防止尾涡影响的设备 机场陆侧 包括安检系统 的空间将根据旅客和 货物流量要求进行设计 开发新程序 提高飞机在机场地面的运行效率 减少空间和间隔要求 更好 地管理进出繁忙机场的飞机流量 使最繁忙机场得到最好的利用 同样 在保证 安全和保安条件下 使旅客和货物进出候机楼的效率也得到提高 下图是ngats综合能力与信息网络中心基础结构之间的关系 六 ngats 特点 ngats 具有以下五大特点 以用户为中心以用户为中心 用户可以直接进入按它们的需要所设计的数据系统 进行准 7 确和快速决策 通过无缝隙地向用户发送数据 以及适当的政策和市场机制 降 低政府对实时运行的直接控制程度 签派员 飞行计划人员 管制员和流量管理 人员将集中于 end end 的战略流量管理上 尽量减少对单次飞行的干预 全系统的转变 全系统的转变 转变系统不光是指技术上的转变 也包括对那些过时和不能 满足用户需要的组织机构 程序 战略和业务方式上的转变 在陈旧的条例 政 策和业务模式上嫁接新技术是很难成活的 机构的领导者必须要使自己的专业人员接受新政策 标准 程序和技术 鼓 励公众接受新的和即将引进的重要技术是政府和行业的责任 地方政府 私营机 构和企业 学术团体都要加入到这个转变中来 由于航空运输是全球性的 因此 也要鼓励国际航空团体的加入 前摄性的安全风险管理前摄性的安全风险管理 安全是确保系统持续发展和满足运输增长需求的关 键 ngats 将通过前摄性地发现和预测风险 在风险发生之前进行预防 其关 键是信息共享 ngats 将建立新的文化 鼓励共享安全信息 所设立的安全目 标和检测方法将促进所有改进安全的举措和行动 以及研发 r d 的进行 ngats 的各个方面都将体现安全设计和决策保证 全球融合一致全球融合一致 建立现代化系统能够促进整个行业的发展 但新系统的建立 并不是要在旧系统和技术上拼凑 那样会增加额外的成本 要通过理解备忘录和联合工作组等形式与世界各地区以及国际民航组织进 行合作 建立全球合作和协作的框架 寻求机会建立统一的空中交通管理系统 制定一致的实施新技术的时间表 基于性能的服务和基于风险的安全管理方法是 保证建立协调一致系统的关键 这个系统将允许对飞机的性能和地区服务上有差 别 要鼓励其他地区接受美国的技术和标准 全球协调一致并不只局限于空中交 通管理 它也适用于环境 安全和保安等各个方面 环境友好 环境友好 飞机和机场是目前主要的环境影响因素 自 1995 年丹佛机场以 后 美国没有再新建过一家大型机场 即使只增加跑道也会招致地方的反对 为了保证将来的发展 必须要解决环境问题 因此在 ngats 中 不能把环 境问题与其他目标隔离开 要综合考虑 ngats 要能够从伙伴机构拥有的新技 术开发和良好的政府 私营部门关系中受益 例如 nasa 已经设计研发了低阻 力 低排放 低噪声 省油的飞机和发动机 jpdo 里的环境 ipt 已经在在进行 8 国家空域系统实施 cda 连续下降进近 程序的工作 七 ngats 路线图 为了实现 ngats 愿景 jpdo 制定了一个实现以上 8 个能力的路线图 展现 了路径 时间表和重要转换安排 例如建立全球信息系统访问能力的第一步是制 定 信息数据共享标准 计划在 2008 年之前 在国家范围执行 基于时间的测评系统 用来管制交 通流量 通过空 地航迹自动管理系统有效和安全地管理交通流量 更灵活地满 足用户需求 最终到 2025 年时 这个系统将发展为基于飞机航线的运行系统 按照 ads b 计划 2007 2012 年期间 统一协作监视 uniform cooperative surveillance 将进入实用 接着在 2012 2016 年期间 在网络信息进入能力建成 起来的条件下 更强大的监视网络 surveillance network 将建立起来 不只是 空管服务提供者 机场 旅客和货运保安机构以及国家防御都将从网络信息系统 中受益 更高效率和安全的交通流量管理和飞行运行管理 以及地面和空中情景 识别系统的共享 当这个系统开始工作时 美国政府将开始退役资源敏感和成本 较大的地基导航设备 9 10 这期间 将关注 icao 的 全球导航规划 中的 cns atm 系统和运行概念 防止出现任何分歧和不协调 保证全球一致的导航系统 下图是较详细的实现 ngats 转变要进行的近期实施计划 以及投资机会 11 ngats 的初期实施计划的初期实施计划 ngats 的准备阶段 2006 07 财年 第 1 阶段 从 2008 财年开始 第 2 阶段 从 2010 财年开始 方针 为 ngats 网络信息 访问设计网络基础结构 制 定标准 faa 国防部和国土保安部 之间可进行网络信息访问 以 加强国家保安 faa 商务部和航空用户之 间可进行网络信息访问 以减 少运营人成本 国家空域系统的卫星导航 规则 卫星导航是国内区域导航 的主要手段 12 方针 定义 ngats 服务标 准 方针 定义开发新的 rnp 航路的程序 rnp 航路能为拥挤机场跑 道和拥挤进近航路增加容量 有环保效应的 rnp 航路 通过数据链通信的 4 维航 迹飞行可提高效率 rnp 航路能为所有拥挤机 场跑道和所有离港 进近航路 增加容量 方针 开始使用国家空域 系统的 ads b 规则 在大型终端区 ads b 的 协作监视可提高安全和保安 水平 有 ads b 提供协作监视的 航路将提高效率 cdti 使得飞机在终端区自 动保持间隔 减少了飞机进近 时的间隔过大问题 增加了到 港飞机数量 爆炸跟踪探测扫描技术可 提高保安水平 较好的终端区预测能改进 跑道布局规划和管理 减少终 端区延误 在全国范围内实施基于时 间的测定可增加容量 把空中气象传感器整合到 网络信息访问能力中 可提高 安全水平 增加容量 航路 4 维航迹管理可增加 容量 通过 neo 分配大量的特殊 用途空域和临时飞行限制 对 它们进行动态管理 可增加容 量 rnp 所需导航性能 neo 网络信息访问能力 4d 4 维 x y 高度 时间 ads b 自动相关监视 广 播 cdti 交通信息的驾驶舱显 示 从这个实施计划可以发现 网络信息访问能力 网络信息访问能力 neo 是最基础的能力 在 初期是高度优先的内容 目前这方面的工作主要集中于网络基础结构的设计 制 定和发布关于信息和安全数据共享的标准 在第一阶段 将设计出基础结构和程 序 并在 faa 国防部和国土保安部之间共享信息 在第二阶段 将增加商务 部和航空用户 例如航空公司运行中心 扩大信息网络 气象信息也将在这个 阶段增加进去 卫星导航 卫星导航 satnav 也是一个关键技术 关系到减小飞机间隔标准 扩大空 域容量和保证飞行安全 一旦就绪 将成为美国国内空域主要的导航手段 并可 以使 faa 在最后阶段逐步退役地基导航设备 要求的导航性能 要求的导航性能 rnp 也是初期阶段的一项重要的内容 rnp 航路有望代 替现用程序 一些机场已经在进行 rnp 航路的选定工作 但是实现 rnp 效率优 13 势的第一步工作是界定 服务水平 一旦 rnp 航路开发完成引入使用 将在第 一阶段在拥挤机场跑道和一些拥挤进近航路使用 rnp 航路 在第二阶段将扩大 rnp 能力 在所有拥挤终端和所有拥挤的起飞着陆终端使用 rnp 航路 自动相关监视自动相关监视 播报 播报 ads b 也是第一批新系统之一 作为网络中心空中交通 管理的一个关键内容 它是用于确认临近飞机位置 向飞行员发送信息 减小飞 机之间间隔唯一的方法 近期主要是用于安全和保安 一旦该技术进入使用 在 第一阶段将提高监视的准确性 第二阶段将用于机载设备 初期阶段研究内容 见下表 该表列出的主要是第一和第二阶段的研究内 容 第一和第二阶段的研究是第三阶段和以后研究的基础 对初期阶段的研究主 要是提高目前的能力 支持有关政策的制定 远期研究将是进一步确定运行概念 在一些学科上进行相关基础性研究 14 能力 阶段 1 和 2 2008 2013 财政年 研究内容 网络信息访问 空 地 地 空自动导航 空中信息网络 基于性能的服务 要求的全系统性能 rtsp 安全 飞机和运行能力各功能的服务水平 与 rtsp 的水平一致 飞机噪声和排放物 分层次 适应性保安 旅客和货物扫描检查 适应性的保安层次 准确的人和货物 id 改进威胁监测 飞机和设施安检 决策的气象信息支持 能生成通用输出格式的气象模型 气象信息系统开发和初步使用 广域精密导航 一次和备份导航要求 15 基于航迹的飞机运行 空域动态结构布局的方法和工具包 能预测是否与用户的飞行计划 最终决断 框架 4d 航迹管理 相矛盾的 评估系统 人与自动化系统之间的角色划分 服务提供者和用户 运行人之间的功能分配 基于设备的航迹分析和飞机间隔保证 降低环境影响的程序 方法 相当于可视的运行 对 ads b 空 空飞机间隔分离进行数据分析 大密度运行 密集 最佳的跑道飞机间隔标准 平行 相对 交叉 单 多跑道研究 尾涡预测 八 核心技术 总的说来 新技术和程序是用来实施运行概念的 有些新技术和程序 即使 可能最终没被选定支持运行概念 也是很有价值的 新技术和程序的开发研究在 运行概念已被定义和评估之后也还要继续进行 美国国家研究委员会总结的这些 技术和过程有 应用于自动化系统的自动控制技术 决策支持技术 用于通信 显示 形势评估和未来情况预报的信息系统 支持分布式 协作式决策的技术 以及能提高人与自动化系统之间协作 和互动能力的技术 能缓解和减少噪音和排放物对当地 区域和全球影响的技术和方法 能预测或直接测量到尾涡的数据 持续时间和位置的方法和技术 这有 助于实现在不危及安全的情况下减小分离间隔标准的目标 研究在未来运行概念下执行运行任务的人需要什么信息来识别情景 研究支持情形识别 判断 决策和计划的探测 计算和显示技术 相 关的技术可能还包括用于新 atm 功能的人造视觉 驾驶员座舱和管制员 显示系统 用于预测未来情况的时间仿真和计算功能 以及预警系统 要对这些方法和技术的潜力进行调查研究 以便 在不危机安全的情况 下降低分离标准 使得人在系统中的角色得到改变 系统工程方法 主要是 能够分析像航空运输系统这样复杂系统的方法 适合管理这些系统的设计 测试和实施的方法 能提供同步的和透明的通信 导航和监视功能的航空电子技术 能提高 16 成本效率的 安全可靠的 atm 在不危机安全的情况下能为降低分离标 准做出贡献的技术 委员会认为 大力支持对核心技术和程序的研究 对于综合计划取得成效 是非常关键的 ngats 将建立在这些核心技术和程序基础之上 nasa 局长要 支持继续核心技术和程序的研究 高级政策委员会和 jpdo 要提倡继续核心技术 和程序的研究 这些核心技术和程序也要包括开发 ngats 所必需的自动化和人 的要素 自动化系统与人自动化系统与人 广泛的研究 包括基础研究 概念验证测试 模拟和仿真 对于最大化利用 自动化技术的优势来说是很必要的 要加强对增加自动化系统能力的研究 了解 怎样和什么时候自动化系统能被有效利用以及要利用自动化系统避免什么情况 发生 自动控制要被设计到系统中去 使系统具有高可靠性 降低因系统的某一 组成部分发生故障带来的危害 例如安全和保安 人的要素必须融合到运行概念中 也要在开始工作时就融 合到相应的综合产品工作组中 这样能确保 比如说 安排给飞行员 管制员和 其他系统操作者的工作是合理的和合适的 能确保人力与自动化系统的接口能被 很好地设计和执行 还能确保提高情形意识能力的努力的成功 但是系统设计者 必须不被为该系统的操作者提供更多自动化功能和更多的信息所诱惑 更多的自 动化并不意味着更高的安全性和可靠性 更多的信息并不一定有利于提高情形意 识能力和运行决策能力 研究与技术的层次研究与技术的层次 报告中所提到的一些研究和技术领域 由于这些研究和技术都比较成熟 很 快就能开始产品开发 在另外一些领域 为了达到一定的知识水平和技术能力 还要进行一些必要的基础研究 在计划研究的每个领域里 要找出现有的技术水 平和 ngats 所希望的技术水平之间的差距 要制定一个计划来缩小这个差距 在有些领域里 这是一个很大的难题 因为基础研究项目还不成熟 不足以发展 新技术 而一些产业管理者却已经准备做高水平研究和产品开发了 技术从研究 性的部门 比如 nasa 过渡到运行性部门 比如 faa 的过程中也存在这个 问题 综合产品工作组应该制定一个过渡计划 对每个可能遇到这类问题的部门 都用明确的标准定义技术准备就绪状态 17 机场改进机场改进 综合计划里把机场的转变战略命名为 提高机场的运行能力以满足未来需 求 这个标题包括了目标 使机场满足未来需求 和方法 发展基础设施 如综 合计划所述 相关机场基础设施综合产品工作组要致力于基础设施改进和机场扩 建 机场容量提升是通过程序改变的方式 例如 1 与飞机位置和速度 坏天 气 航空运输系统状态有关的精确信息的及时发布 2 飞机和地面设施对这些 信息的有效利用 而由于要考虑冗余度 这些计划似乎使现有机场容量提升的能 力大打折扣 建立新机场和新跑道 尤其是平行跑道之间分离标准的现有程序限 制不允许增加新跑道 是非常昂贵的 也是非常耗时的 在很多地区 没有供机 场扩建和建立新机场的土地 环境问题也是限制机场基础设施扩建的一个因素 因此能极大提高现有机场跑道容量的方法是很有用的 能见度低时在紧挨的平行 跑道上利用基于性能区域导航指挥独立飞行运行能力和很多飞机上的飞行管理 能力都有可能带来很大效益 35 个繁忙机场中有 18 个机场的容量已经饱和或者是在未来 15 年内达到容 量极限 为了使机场满足未来需求所做努力的一个方面就是对机场做具体分析 分析妨碍机场容量提升的原因 分析将被用于研究寻找解决的方法 解决方法应 该是通用的 或者是适用于某个特定机场的 对于每个机场来说 后者要比前者 的费用高 但是两种方法都要考虑 一般来说 最有效的方法可能是包括飞机和 atm 技术 程序以及与 rnp rnav 能力有关的标准的综合方法 飞机噪音 废弃物的排放和水质飞机噪音 废弃物的排放和水质 尽管需求在变化 但是航空运输系统必须继续满足相关的环境要求 这些环 境要求包括飞机噪音 发动机排放物对地区和全球的影响 以及对水质的影响 为满足更高的需求所做的努力应该包括制定一个战略 这个战略要权衡考虑改进 技术 运行程序以及与航空运输系统环境性能有关的政策 为了使这些都改进 要做到 1 制定一个能更好反映技术 运行程序和政策作用的度量标准 2 改 进能方便对相互依赖性和替换使用性进行评估的工具 环境战略也应该考虑到世 界性 因为商业飞机的市场是世界性的 购买者希望飞机与全球航空运输系统兼 容 为改进飞机环境性能的研究可能仍然主要由国内外飞机和发动机制造商 研究 所 政府部门 比如 nasa 和国防部 来完成 制定环境战略时应该认识到飞 18 机和发动机制造商主要考虑的以下四个因素 安全和可靠性 法规和规章标准 包括噪音标准和废弃物排放标准 燃油消耗方面的经济压力 噪音 维修等 顾客需求和服务 评估委员会收到了一份 5 页长的计划概要 这个计划是环境保护综合产品工 作组正在制定的 计划的期限是 2007 财政年到 2011 财政年 这份概要 附录中 的 g 描述了一个经过充分思考的 合适的 与上面指导意见一致的战略 尽管 概要只是初步的 但是它包括了一个推进其向前发展的 令人可信的方法 综合 计划以后的版本要把这些都包括进去 而且 还对环境保护综合产品工作组采取 的过程给予了肯定 过程从定义最初目标 关键的不确定因素和风险 包括 ngats 结构中的不确定性 项目优先级和计划中其他主题开始 环境保护综合 产品工作组采用的过程和其计划的结构可以被其他综合产品工作组所借鉴 全球化融合全球化融合 ngats 的世界融合要求在每个运行概念和综合产品工作组发展中都考虑融 合这个问题 积极主动的去最大化使用现有技术和程序 包括外国的技术 甚至 是需要美国航空运输系统审定的技术 都有可能通过降低成本和缩减日程 有些 研究国外已经完成了的可以借鉴过来 以及提高融合性 美国航空运输系统可以 采用其他国家已经使用的技术和程序 来促进新容量的发展 如果其他国家组织 的标准成为世界标准 那么与其他国家的合作失败将降低美国飞机和 atm 技术 的国际竞争力 世界融合是要优先考虑的 如果没有其他联邦部门 包括 faa 和 nasa 的参与 没有行政部门和美国国会的支持 那么这一任务是很难被象 jpdo 这样的组织完成的 九 技术上目前已取得的进展 前面已经说过 美国新一代航空运输系统是在 2003 年正式立法开始进行的 到现在 技术上的进展主要为以下几个方面 开始进行协作监视开始进行协作监视 cooperative surveillance ads b 方面的工作 方面的工作 ngats 19 的网络信息访问能力的关键内容之一是对民用飞机进行的协作监视模式 持续发 送飞机的位置 飞行路线计划 以及其他信息 这些信息加上用于跟踪非协作监 视目标的探测数据 形成综合联邦监视系统 faa 将用 2007 财政年度的政府预 算支持 ads b 近期将建立与 ads b 一致的交通监视基础体系结构 远期 约 在 2015 年 将依赖于 ads b 运行 开始进行网络信息 开始进行网络信息 network enabled information 共享方面的工作 共享方面的工作 ngats 的重点是网络中心信息系统的建设 目前的情况是 国防部已经在信息技术和网 络通信研究 信息访问上进行了大量投入 单是全球信息网格 gig 就花费了 大量资源 涉及面很广 faa 国土保安部和商务部也都表示要开发网络中心信 息基础结构 现在要做的是协调这些工作 尤其是数据的互用性和网络 网络界 面的兼容 国防部现在正在做的两件事情 使国防部和国土保安部的保密网络一 致起来 开发网络中心服务系统 将是 ngats 网络中心基础结构的样版 使用这两个样板 jpdo 将进行以下协调工作 1 faa 过渡期网络中心信 息基础结构开发 2 国土保安部整合它大量的非保密网络 3 整合气象信息 网络 2006 年 6 月 faa 开始进行 swim 全系统信息管理 验证计划 从 nas 国家空域系统 开始 同步进行气象方面的研究 并要加快研发速度同步进行气象方面的研究 并要加快研发速度 目前有关气象方面的研究在 四个部门展开 它们是 faa nasa doc 商务部 dod 国防部 每家 都有各自的研究任务 要使这些研究保持同步 朝着一个共同的气象能力建设目 标开展工作 最重要的是 气象研究工作要加速 以便在 2012 年 或更早 第 一个实现 ngats 关于气象的目标 新一代系统通过升级现用气象信息管理标准 政策 和数据访问 发布权限 为用户提供一个整合的气象决策系统平台 提高要求的全系统性能 提高要求的全系统性能 rtsp 服务水平 服务水平 新一代系统的 8 个能力之一是 提供基于性能的服务 风险分析 安全 保安和环境等 是基于性能和基于设备 手段的基础 全面提高机载设备的 rtsp 对实现这个能力是很重要的 要求的导航性能 rnp 要求的通信性能 rcp 和要求的监视性能 rsp 中的各项工作正在进行 但是在作为它们整合体的 rtsp 上的进展却不大 理解 和界定性能框架 相应的性能级别和服务水平 是实现新一代系统重要的一步 20 因此 faa 将加速和整合定义阶段的工作 nasa 和 dod 也将参与进来 开始基于飞机航迹运行的研究开始基于飞机航迹运行的研究 目前联邦出资的研究主要集中在 静态 航 线结构和空域区域的模型中所使用的自动化工具上 为了实现 ngats 基于飞 机行迹的运行 能力 联邦出资的研究要转向以下多个关键问题 1 人与自动 系统之间的功能分配 提交自动间隔分离保证系统的框架 2 不同 atm 系统 运行条件下的飞机运行人和空中交通管制服务者之间的功能分配 3 开发用于 建立空域 或改变空域结构 的工具包和运行概念 4 为全飞行时间过程的 atm 系统水平从 战略计划 到 间隔管理 也包括飞机地面运行航迹 的飞 机航迹计划界定一个综合框架 ngats 技术验证计划已经陆续开始 例如 nasa 在 2005 年 6 月开始进行 小飞机运输系统 sats 的验证计划 这个计划的主要内容是利用小型飞机 运输来减缓大型机场的压力 服务于小社区 2005 年底 成功进行了第一次 网 络信息运行 验证试验 2006 年 8 月 sensis 公司在俄亥俄州三家机场开展了 ngats 通信 导航和监视试验计划 这是 ngats 运行概念的一个内容 将用 几年时间完成 十 组织形式 igats 计划的机构设置分两条路线 1 组织结构 负责各机构之间的组织 管理和协调 2 技术结构 负责各系统的技术计划 设计和建立 组织结构设置见下图 21 高级政策委员会 高级政策委员会 senior polity committee spc 提出高层指导意见 解 决重大政策问题 确认所需要的资源 运输部长继续任主席 委员会委员有 商 务部副部长 国土保安部副部长 空军秘书长 nasa 局长 faa 局长 以及 总统科学顾问 spc 自成立以来开过三次会议 分别是 2004 年 10 月 2005 年 6 月和 2005 年 11 月 这是 2005 年年终的数字 执行咨询委员会 执行咨询委员会 executive advisory committee faa 局长在研究和工程 科学发展咨询委员会 redac 帮助下 设立了一个高级别的执行咨询委员会 以便对 ngats 的实施过程进行定期 深入的检查 这个委员会由具有航空研究 和运作 大型系统开发和采购 以及在重要系统转变方面有直接和丰富经验的人 士组成 jpdo 理事会 理事会 jpdo board jpdo 理事会受 spc 领导 由参与 ngats 行动的五个联邦机构的高级执行人员组成 每个成员都要向自己的 spc 委员报 22 告 保持与其他机构的协调一致 积极为 jpdo 提供建议 综合产品工作组 综合产品工作组 integrated product teams 2004 年底成立了八个综合产 品工作组 ipt 针对自己的 ngats 战略开展工作 这些工作组由来自政府和 私营机构的技术人员组成 它们与利益关系各方密切合作 以便了解各方面的需 要 取得他们的支持 这些 ipt 的组建和领导责任属于各个参与 ngats 参的政府机构 jpdo 的责 任是批准 ipt 制定的战略 并把其纳入 ngats 综合计划 每个 ipt 的领导 机构和任务为 1 nasa 建立一个反应灵活的空管系统 2 faa 建设满足未来需求的机场基础设施 3 faa 制定环境保护措施 保证航空运输的持续增长 4 faa 协调全球的设备和运行 5 faa 建立一个综合的前摄性安全管理手段 6 dhs 建立一个有效的 不影响到人权保护的保安系统 7 dod 建立满足用户需要的共享情景知晓系统 8 dod noaa 国家海洋和大气管理署 开发全系统能力 降低天气 的影响 总体综合产品工作组 总体综合产品工作组 master integrated product team 总体综合组 mipt 成立于 2005 年初 jpdo 的技术工作交 mipt 处理 mipt 由 jpdo 副 主任领导 负责在八个 ipt 制定自己战略规划过程中为这些主任们 他们也是 mipt 的成员 提供技术指导 保证每个 ipt 制定的文化和计划目标协调一致 也使这些 ipt 进行合作和协作 在这样的合作环境下 由 mipt 汇集八个 ipt 的 工作 完成新一代系统综合计划 综合计划完成后 其战略由 jpdo 转变成为以下技术部门的工作 这些部 门是 网络基础结构 网络设计与整合 评估与分析 项目管理 十一 利益关系方参与 vision 100 提出了新的合作机制 要求 jpdo 在履行职责时 吸收联邦政 府和私营企业或机构利益关系方参加 以便得到他们的支持 联邦利益关系方来 23 自伙伴机构 通过参加高级政策委员会 jpdo 理事会和 ipt 参与进来 为了吸 取私营企业 州政府和地方政府 以及学术界的经验和知识 最大范围地听取所 有利益关系方的意见 jpdo 于 2005 年成立了 ngats 学会 ngats institute ngats 学会在政府和利益关系方之间架起了沟通的纽带 学会作的第一件事情是帮助 jpdo 组建了 ipt 为 ipt 输送了来自利益关系 方的高水平专业工作人员 截至到 2005 年 12 月 共输送代表 66 家行业和私营 机构的 140 多名工作人员到 ipt 工作 学会帮助 jpdo 对私营机构的科学技术及 研发能力进行评估 包括一些 ngats 概念验证的技术的评估 吸收利害关系方参与的另一个办法是 通过 ngats 学会 把 jpdo 的一些 研究工作承包出去 例如 学会计划按 jpdo 要求对一些有潜力的 对 ngats 比较重要的新技术进行研究 以缩小选择范围 现在 jpdo 已经把第一批研究题 目送到了学会 其中包括卫星导航备用技术 学会还负责监督对用于 ngats 的私营机构资源的挑选 到目前 除了关心 和发表意见外 私营机构作为重要的伙伴 也加入到政府的 ngats 研发过程中 来 这在以前是从来没有过的 这样做 可以把所有利益关系方组成为一个整体 一起向 ngats 转变 同时也履行了政府办事透明的原则 在实施阶段和 ngats 后期研究中也将吸引私营机构参与 学会的日常工作由执行主任管理 执行主任直接向 jpdo 主任报告 执行主 任在工作上与 jpdo 领导层和每个 ipt 的主任保持密切联系 执行主任也对行业 管理理事会 imc 负责 imc 在功能上相当于学会的行业董事会 参加 imc 的行业组织包括 北美国际机场协会 航空航天业协会 航线飞行 员协会 飞机拥有者和飞行员协会 航空运输协会 空中交通管制协会 embry riddle 航空大学 通用航空制造者协会 国际直升机协会 全国各州航空 馆员协会 国家公务航空协会 国家公务旅行协会 地区航空公司协会 航空无 线电技术委员会 十二 资金 向 ngats 转变最大的困难不是技术上的 而是如何筹集资金 9 月 27 日 美国众议院航空分组委员会举行听证会 对 faa 的 ngats 预算报告进行听证 由 24 于对 ngats 的成本还没有一个综合的估测 faa 的一个咨询委员会提出了一个 初步的成本估计 估计认为 要保证目前的系统继续升级和运行 同时向 ngats 转变 在未来的 20 年中 每年 faa 要得到比 2006 财政年的拨款多出 10 亿美元 的资金 由于联合计划发展办公室 jpdo 还没有完成其体系结构设计 该体系 结构对可靠成本估算是很重要的 因此咨询委员会的成本估计只是初步的 faa 目前的资金是从信托基金和美国财政总基金中拨款的 信托基金是基 于 1970 年的 机场和航路税收法案 建立的 有些利益关系方支持使用现有的 航空收税系统 他们认为这种筹资方式在为 faa 提供资金支持上是很成功的 其 管理费用很低 而且分配税务负担的方式也很合理 而另外一些人 包括 faa 在内 认为这种收税的方式没有很好的将使用者由于其使用国家空域系统 nas 而造成的成本和其所付的费用很好的联系起来 而且这种方式的另外一个问题就 是使用者所付的费用是否足够 是否公平 是否有效率 其他备选方式为 faa 包括新一代航空运输系统 筹资 都有争议 备选 方式主要有六种选择 其中两种是对现有收税筹资方式的修改 分别是 增加现 有的航空燃油税和增加旅客航段税 另外四种是直接向国家空域系统 nas 的 使用者征收费用 分别是征收重量 路程费 weight distance fees 征收航班 航段费 flight segment fees 征收许可证费 certification fees 征收航 路费 en route fees 从现有的筹资方式转为任何一种备选筹资方式都会带来 管理和转变的问题 采用与工作量相关的税或者费的组合筹资方式可能会很好解 决筹资的足够 公平和效率的问题 然而 采用多种备选方式筹资的管理费用要 高于采用某一种备选方式筹资的管理费用 faa 说 其他一些国家空中导航服务 的提供者 比如说欧盟的空中导航服务提供者 能在不增加额外管理费用的情况 下对从使用者直接收取的费用进行管理 允许 faa 采取债券方式 debt financing 对资产项目 比如说转换到新 一代航空运输系统过程中的设备更新 进行筹资有好处也有不利之处 有些投资 者认为债券方式是很好的 因为这种方式能为 faa 提供稳定的资金来源 同时也 把成本分散到了整个项目生命周期中 债券方式筹资引起了很大关注 一方面债 券筹资方式带来了预算上的问题 如果国会允许 faa 借款 向私人借款的话相关 的借款成本要比直接向国库 the treasury 借款的成本高 另一方面 由于联 25 邦政府长期资本结构不均衡 借款成本 监管和抵押未来资源都显得尤为重要 十三 欧洲 saser 简介 一 欧洲 sesaer 介绍 据预测 2025 年时欧洲的运输量将增加一至二倍 而 atm 能力需要增加 二倍 但是 20 年来欧洲在 atm 上没有大的改进 为了保证未来欧洲航空运输 的持续发展 欧委会正在推进新一代空中交通计划 以协调和现代化欧洲的空中 交通管理 这就是单一欧洲天空空中交通管理研究计划 sesar the single european sky atm research programme sesar 以前称作 sesame 正式宣布于 2005 年 11 月 17 日 是单一欧洲 天空的技术实施