26 kwietnia 2015

Zależność operacyjnych ograniczeń przestrzeni powietrznej i optymalizacji operacji lotniczych

W niniejszym materiale zaprezentowano wybrane podstawowe zagadnienia problematyki wpływu ograniczeń przestrzeni powietrznej na planowanie tras przelotów w lotnictwie komunikacyjnym. Pokazano to na przykładzie niemożności ustalenia „idealnie prostych” tras przelotów ze względu na ograniczenia w infrastrukturze (radiolatarnie) oraz na zajętość części przestrzeni przez armię. O ile pierwszy czynnik można wyeliminować wprowadzając nowe technologie, o tyle drugi z nich wymaga pewnego kompromisu, gdyż funkcjonowanie sił zbrojnych jest konieczne.

Ludziom niezaznajomionym z tajnikami transportu lotniczego wydaje się często, iż samolot lata z reguły najkrótszą drogą po prostej od punktu A do B. Tymczasem takie loty w praktyce zdarzają się rzadko. Przestrzeń powietrzna nie jest pusta, ale składa się na nią wiele różnych elementów, które muszą wypracować wspólny mianownik dla wszystkich użytkowników. W efekcie rzeczywista trasa przelotu często wychodzi o wiele dłuższa, niż prosta linia poprowadzona z miejsca startu do lądowania. Obecnie w opracowaniu są rozwiązania mające optymalizować trasy przelotu i maksymalnie zbliżać je do kształtu linii, jednak do spełnienia tych życzeń jest jeszcze daleko. Jako przykład podano na ilustracji trasę lotu IFR z Koszyc do Rzeszowa. Widać jak bardzo jej przebieg różni się od linii prostej łączącej te miasta. Konieczność planowania tak „łamanych” tras powoduje zwiększenie zużycia paliwa oraz zmniejszenie możliwego do pobrania ładunku. Wprawdzie w trakcie lotu kontrola ruchu lotniczego niekiedy zezwala na skrócenie trasy i lot niemal po prostej do celu, jednak formalnie samolot musi zabrać na lot tyle paliwa, ile wymaga trasa oficjalnie wpisana w plan lotu (włącznie z rezerwami wymaganymi przez przepisy).



Czynników wpływających na taki stan rzeczy jest kilka. W niniejszym opracowaniu postaram się odnieść do wybranych z nich. Niniejsze opracowanie zasadniczo dotyczy jedynie lotów IFR w drogach lotniczych. Pominięto tu praktycznie tematykę lotów VFR.

Rys. 1. Przykładowa trasa przelotu drogami IFR między Koszycami, a Rzeszowem. Źródło: opracowanie własne

Niektóre czynniki wiążą się z niewystarczającą infrastrukturą (relatywnie mała ilość pomocy radionawigacyjnych w Polsce), a niektóre z konieczności pogodzenia pracy lotnictwa cywilnego z armią i terenami ograniczonymi dla ruchu lotniczego. Podstawowym problemem w Polsce jest zbyt rzadka sieć dróg lotniczych względem potrzeb nieregularnego ruchu lotniczego (usługi typu „powietrzna taksówka”, ruch biznesowy itp.). Na pierwszy rzut oka mapa naszego kraju z zaznaczonymi drogami lotniczymi wygląda na zapełnioną. W praktyce jednak sieć ta często jest niewystarczająca do optymalnego planowania lotów. Jest to spowodowane zbyt małą liczbą radiolatarni VOR, które determinują początek lub koniec danej drogi lotniczej. Stosunkowo rzadka sieć dróg lotniczych powoduje, że lot IFR formalnie musi być zaplanowany ze znacznym nadłożeniem drogi względem najkrótszej odległości (ortodromy/loksodromy), między lotniskiem startu i lądowania.



Powstaje tu jednak ważne pytanie – inwestować w nowe radiolatarnie VOR, czy poczekać na rozwój nawigacji satelitarnej? Rozwiązaniem problemu mogą się z czasem okazać systemy satelitarne wspomagane przez naziemne stacje korygujące[1]. Już dziś dzięki nawigacji obszarowej RNAV i towarzyszący jej fikcyjnym (niefizycznym) punktom ustalanym w pamięci komputera można zaprogramować niemal dowolną trasę także w miejscach o bardzo ubogiej lub żadnej infrastrukturze naziemnej. Biorąc pod uwagę obecny rozwój techniki bardziej trafne wydaje się rozwiązanie drugie, tym bardziej, że istniejące już radiolatarnie można dostosować do roli stacji korygujących dla nawigacji satelitarnej (GNSS / GPS, Galileo itp.).



Tu z kolei nasuwa się kolejny pytanie: Zezwalając na operacje w oparciu o GNSS, władza państwowa ponosi odpowiedzialność za zapewnienie bezpieczeństwa wykonywania takich operacji, niezależnie, czy operacje oparte są na niewspomaganym satelitarnym systemie nawigacyjnym, systemie wspomagania bazującym na awionice statku powietrznego lub czy są to operacje bazujące na systemie wspomagania zapewnianym przez usługodawcę innego państwa[2].



Skoro państwo dopuszczając wykorzystanie satelitarnej pomocy nawigacyjnej ponosi odpowiedzialność, powinno mieć kontrolę nad działaniem systemu. Ale jak sprawować kontrolę nad systemem, którego nie jest się właścicielem? Przykładowo właścicielem systemu GPS jest armia USA – jak więc pogodzić to z powyższym wymogiem? Rozwiązaniem teoretycznie mógłby być system europejski (unijny – np. Galileo), którego właścicielem byłaby Unia Europejska. W ten sposób zarówno techniczna, jak i operacyjno-prawna strona systemu znajdowałaby się w posiadaniu tego samego właściciela. Pewien udział w tym programie miałaby także Polska, tym bardziej, iż nasz kraj coraz bardziej zamierza angażować się w prace Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA (European Space Agency).

Rys. 3. Wojskowe elementy przestrzeni powietrznej w USA i Europie. Źródło: C. Pytlos, Lotnicza mapa…, op. cit.

Zniwelowanie negatywnych efektów czynnika związanego z ubogą infrastrukturą nawigacyjną zdaje się być kwestią czasu i zainwestowania w nowe zdobycze techniki. Istnieje jednak kolejny ważny czynnik, którego istnienie jest konieczne, choć w różnych państwach poradzono sobie z jego ograniczeniami na różne sposoby. Chodzi o zajmowanie pokaźnej części przestrzeni powietrznej przez siły zbrojne. Normalne państwo nie może funkcjonować bez armii, a ta by była skuteczna, musi ćwiczyć i być aktywna – to nie ulega wątpliwości. Chodzi o to, by jej aktywność w możliwie minimalnym stopniu wpływała na zakłócanie cywilnego ruchu lotniczego. Jako przykład dobrego rozwiązania tego problemu można podać USA, gdzie mimo bardzo zaawansowanej aktywności lotnictwa wojskowego, cywilny ruch lotniczy tego prawie nie odczuwa.



Michał Pełka, sekretarz Związku Zawodowego Kontrolerów Ruchu Lotniczego, uważa, że jednym z głównych czynników wpływających na efektywność kosztową amerykańskiej przestrzeni powietrznej jest niemalże całkowite wyprostowanie tras lotniczych w tym kraju.



Kontrolerzy przyznają, że jest to możliwe dzięki ujednoliconej koordynacji, jednak podobne rozwiązania zakładane w modelu (europejskiego – J.M.) Single European Sky są trudne do zrealizowania. W przypadku Wspólnoty Europejskiej zastosowanie takiej jednolitości przestrzeni będzie niemożliwe, ponieważ każde z państw członkowskich utrzymuje i będzie utrzymywać swoje narodowe siły zbrojne (a nie unijne/federalne jak w USA – przyp J.M.). - Chodzi o to, że w wielu częściach Europy (w tym Polsce) już teraz trasy lotnicze są maksymalnie wyprostowane (w maksymalnie możliwy sposób względem wydzielonych stref przestrzeni powietrznej – J.M.), jednak na ich drodze stają zamknięte strefy wojskowe w poszczególnych krajach - mówi Michał Pełka[3].



Odpowiedź na rozwiązanie tego problemu z pewnością przyniesie dopiero przyszłość. Stan ten szybko się nie zmieni.



Zdarzają się sytuacje, gdy elementy przestrzeni powietrznej i ich wpływ na przebieg cywilnej komunikacji lotniczej są narzędziami w grze politycznej. Przykładowo w AIP Arabii Saudyjskiej jest zapis, iż samoloty startujące z terytorium Izraela zasadniczą nie mają prawa wlotu w saudyjski FIR, ani nie mogą być obsługiwane na saudyjskich lotniskach. Jest to polityczna deklaracja władz saudyjskich wobec innych państw arabskich tradycyjnie skłóconych z Izraelem. Teoretycznie do przestrzegania tego zapisu zobowiązane są saudyjskie służby ruchu lotniczego (cywilne i wojskowe). W praktyce jednak zapis ten stanowi dla Saudyjczyków pewien problem – Izrael, bowiem jest dla nich potencjalnym nieoficjalnym sojusznikiem na wypadek, gdyby doszło do ewentualnego konfliktu z Iranem[4]. W takiej sytuacji izraelskie lotnictwo chcąc razić irańskie cele musiałoby przelecieć nad terytorium Arabii Saudyjskiej (co już uczyniło w 1981r. bombardując irackie zakłady nuklearne w Osirak – wtedy saudyjskie służby nie wykryły /lub nie chciały wykryć/ izraelskiej formacji). W przypadku wykrycia ewentualnej izraelskiej formacji kierującej się nad cele w Iranie, Saudyjczycy mieliby problem, gdyż z taktycznego punktu widzenia musieliby złamać własne przepisy i (ponownie?) udać, że nic nie widzą.



Innym przykładem wykorzystania przestrzeni powietrznej do celów politycznych jest niedawne rozszerzenie strefy identyfikacji obrony powietrznej ADIZ przez Chiny Ludowe nad obszar spornych wysp Senkaku (nazwa japońska - Chiny używają nazwy Diaoyu).

Rys. 5. Wschodnia strefa chińskiego ADIZ rozciągnięta na wyspy Senkaku/Diaoyu. Źródło: ChRL znów…, op. cit.

Stało się to pod koniec 2013r. Władze ChRL zrobiły to bez konsultacji z Japonią, ewidentnie w celu prowokacji politycznej. 27 listopada zeszłego roku Agencja Lotnicza Altair podała na swej stronie następującą wiadomość[5]: Decyzja o rozszerzeniu dotychczasowej strefy identyfikacji obrony powietrznej także na Senkaku/Diaoiu została ogłoszona w minioną sobotę. Tego samego dnia myśliwce wojsk lotniczych ChRL wykonały pierwszy lot patrolowy w pobliżu spornych wysp. Pekin zastrzegł sobie również prawo do podjęcia odpowiednich środków przeciwdziałania, jeżeli statki powietrzne państw trzecich, lecące nad Senkaku/Diaoiu, zostaną uznane za potencjalne zagrożenie.



Co naturalne, samozwańcza i mocno prowokacyjna decyzja władz w Pekinie spotkała się z ostrą reakcją ze strony Tokio. Premier kraju, Shinzō Abe, wystosował oficjalne oświadczenie, w którym krytykuje ChRL, a także podkreśla, że tego typu decyzje, podejmowane bez konsultacji z Japonią, mogą doprowadzić do szeregu incydentów zbrojnych, jako że Japończycy nie zrezygnują z prawa do kontroli przestrzeni powietrznej nad Senkaku. Nie tylko zresztą japońskie władze krytykują ChRL. W podobnym tonie, choć nieco łagodniej, wypowiadają się rządzący w takich państwach jak Filipiny, Indonezja, czy Malezja. Nic dziwnego, bowiem wszystkie one toczą własne spory terytorialne z ChRL. Logicznym jest, więc, że decyzja o rozszerzeniu chińskiej strefy identyfikacji obrony powietrznej nad obszar Senkaku/Diaoiu, stanowić będzie swego rodzaju sprawdzian dla mniejszych i zdecydowanie słabszych politycznie i wojskowo państw basenu Morza Południowochińskiego.



W powszechnej ocenie, bowiem, sobotnie oświadczenie władz w Pekinie to nie tylko prowokacja wymierzona w Japonię. To także próba sprawdzenia, na ile ChRL może pozwolić sobie w toczonych sporach terytorialnych, a także na ile państwa trzecie będą w stanie przeciwstawić się działaniom podobnym do opisywanego. Jeżeli próba z Senkaku/Diaoiu powiedzie się, można spodziewać się, że na podobne działania ChRL zdecyduje się również w przypadku spornych archipelagów wysp Spratly i Paracelskich. Z przedstawionego powyżej zagrożenia doskonale zdają sobie sprawę USA. Dlatego też przedstawiciele administracji Baracka Obamy nie ustają w krytyce posunięć ChRL. Nie szczędzą też słów poparcia dla Japonii, każdorazowo zapewniając sojusznika o gotowości stanięcia w jego obronie. Żeby nie pozostawać gołosłownym, Waszyngton zdecydował się na wysłanie nad Senkaku/Diaoiu pary bombowców strategicznych B-52, które w sposób prowokacyjny przeleciały nad spornymi wyspami.

W praktyce oznacza to, iż chińskie władze oczekują od przelatujących tam samolotów zgłaszania się do ich własnego ATC. Tego samego oczekują władze japońskie. Rząd USA wprawdzie uważa, iż obszar ten nadal należy do strefy japońskiej, jednak razem z FAA zalecił samolotom amerykańskim, by na wszelki wypadek raportowały przelot zarówno do japońskich, jak i chińskich służb ATS, by uniknąć politycznych prowokacji.



Obecnie AIP zarówno Chin Ludowych, jak i Japonii oznacza wspomniane wyspy, jako własne. Do tego w dziale ENR chińskiego AIP widać, że bezpośrednio rejonie tych wysp Chińczycy nie posiadają żadnych dróg lotniczych – prowokacja musi więc dotykać przede wszystkim samolotów japońskich i amerykańskich (a także innych przelatujących w pobliżu).

Rys. 6. Ilustracje z AIP Japonii oraz ChRL – każda pokazuje rejon wysp  Senkaku/Diaoyu jako własny (wyspy pokazane grubą czarna strzałką).Źródło: AIP Japan oraz AIP PRC, 2014
 
Rys. 7. Fragment mapy w dziale ENR z AIP Chin Ludowych – widać brak chińskich dróg lotniczych w rejonie wspomnianych wysp. Źródło: AIP PRC, 2014

Innym przypadkiem może być państwo, gdzie niewątpliwie tylko część poligonów wojskowych i stref niebezpiecznych jest publikowanych na oficjalnych mapach w AIP. Chodzi o Koreę Północną, gdzie cywilny ruch lotniczy poza stosunkowo nielicznymi drogami praktycznie nie istnieje. Prawdopodobnie opublikowano, więc tylko te strefy zakazane i niebezpieczne, które znajdują się w pobliżu tras przelotów samolotów komunikacyjnych. Jest to dla służb KRLD o tyle ułatwione, że w zasadzie jedynym portem lotniczym, gdzie funkcjonuje jakikolwiek wzmożony (choć w porównaniu do państw zachodnich skromny) ruch lotniczy jest stołeczny Pyongyang-Sunan (IATA: FNJ, ICAO: ZKPY).

Rys. 8. Mapa procedury STAR z zaznaczonymi strefami zakazanymi i niebezpiecznymi w rejonie Pyongyang. Źródło: AIP North Korea, 2014
 
Rys. 9. FIR Korei Północnej z zaznaczonymi oficjalnymi strefami zakazanymi i niebezpiecznymi – ich liczba na niniejszej ilustracji wydaje się jednak znacznie zaniżona względem stanu faktycznego. Źródło: AIP North Korea, 2014

Podsumowując, w XXI w. przestrzeń powietrzna ma wielu użytkowników, zarówno cywilnych, jak i wojskowych. Koniecznością jest znalezienie „złotego środka” dla wymogów każdego z nich. Temat ten niewątpliwie wymaga dalszych i na pewno wieloletnich badań. Niniejszy materiał jedynie zasygnalizował podstawowe problemy z tym związane. Oprócz typowych przykładów z Europy czy USA zaprezentowano także dość egzotyczne dla nas ciekawostki dotyczące zastosowania stref przestrzeni powietrznej do celów politycznych w Azji.



Warto dodać, iż niewątpliwie „krokiem milowym” w zakresie optymalizacji przebiegu dróg lotniczych w Europie było wprowadzenie w pierwszych latach XXI w. zasad elastycznego użytkowania przestrzeni powietrznej (FUA - Flexible Use of Airspace). Idea ta przygotowana przez europejską organizację Eurocontrol sprawiła, iż wiele elementów przestrzeni przestało być na stałe przypisanych do jednego użytkownika (zwłaszcza wojskowego) i można je było w odpowiednich warunkach wykorzystać do potrzeb cywilnego transportu lotniczego. W porównaniu do poprzednich rozwiązań, gdy cała lub niemal cała przestrzeń była zasadniczo wojskowa (np. PRL, w pewnym okresie Grecja), było to rozwiązanie rewolucyjne, aczkolwiek w aspekcie stale wzrastającego ruchu lotniczego na obecnym etapie wymaga ono dalszych prac.



Duże nadzieje wiąże się z rozwojem satelitarnych systemów nawigacyjnych, które w połączeniu z udoskonalonymi odmianami dzisiejszych ACAS/TCAS umożliwią „swobodne loty” poza drogami lotniczymi na masową skalę. Systemy takie nie tylko będą potrafiły w pełni samodzielnie dokładnie określać pozycję samolotu bez ciągłego wsparcia ATC w każdym momencie lotu, ale także wykrywać ruch innych statków powietrznych stwarzających potencjalne zagrożenie i w porozumieniu z ich systemami wypracowywać odpowiednie manewry niezakłócające przepływu ruchu lotniczego. Takie systemy w zasadzie są dostępne już dzisiaj, jednak by wprowadzić je masowo do użycia w przestrzeni bez obowiązkowych dróg lotniczych muszą uzyskać jeszcze większą samodzielność i niezawodność. Tematyka ta wiąże się także z niewątpliwym udziałem bezpilotowych statków powietrznych w kontrolowanym ruchu lotniczym. Obecnie udział ten jest śladowy, ale w XXI w. na pewno będzie rósł.

Źródła:
  • AIP Japan 2014
  • AIP North Korea 2014
  • AIP People’s Republic of China (PRC) 2014
  • AIP Polska 2014
  • ChRL znów prowokuje, http://www.altair.com.pl/news/view?news_id=12040&q=senkaku
  • Compa T., Kontrola ruchu lotniczego, wyd. AON, Warszawa 2001
  • Czulda R., Priorytety modernizacyjne państw Zatoki Perskiej, cz. 2, w: „Lotnictwo” nr 3/2014, s. 68
  • Markiewicz T. M., Podstawowe zagadnienia zarządzania ruchem lotniczym, wyd. AON, Warszawa 2010
  • Pytlos C., Lotnicza mapa Europy nie da się porównać z amerykańską, http://forsal.pl/artykuly/774074,lotnicza-mapa-europy-nie-da-sie-porownac-z-amerykanska.html
  • Tomczak-Janowski J., Lotnicze systemy nawigacyjne, http://heading.pata.pl/start.htm

dr Jakub Marszałkiewicz
Wyższa Szkoła Bankowa w Gdańsku


[1] Dokument ICAO 9849 GNSS Manual - Globalny Plan Żeglugi Powietrznej dla Systemów CNS/ATM (Doc. 9750) uznaje globalny satelitarny system nawigacyjny (GNSS) jako kluczowy element systemów łączności, nawigacji i dozorowania w procesie zarządzania ruchem lotniczym (CNS/ATM) i jako fundament, na którym państwa mogą budować usprawnione służby oraz usługi żeglugi powietrznej. Pierwsze zezwolenia na wykorzystywanie GNSS pojawiły się na świecie w 1993 roku. Dotyczyły lotów na trasach krajowych i oceanicznych, w rejonach kontrolowanych lotnisk (TMA) i operacjach nieprecyzyjnego podejścia (NPA - Non Precision Approach). www.dlapilota.pl
4 kwietna 2013 roku w FIR EPWW zostały wdrożone nowe instrumentalne procedury podejścia do lądowania oparte o nawigację satelitarną. W ramach tej implementacji, w AIP Polska zostaną opublikowane nowe procedury NPA RNAV GNSS, dotyczące dziesięciu lotnisk kontrolowanych. Publikacja dwudziestu jeden procedur NPA RNAV GNSS to pierwszy etap projektu, który docelowo ma objąć wszystkie lotniska kontrolowane na wszystkich kierunkach dróg startowych, także tych obecnie nieoprzyrządowanych. Zgodnie z europejskimi strategiami i planami dotyczącymi procedur lotu, zastosowanie sensora GNSS jest podstawą dla zapewnienia nawigacji i wdrażania nowoczesnych technologii w tym zakresie. Istotnym zyskiem wynikającym z operacyjnego wdrożenia procedur GNSS jest możliwość optymalizacji istniejącej struktury naziemnych pomocy radionawigacyjnych. www.pansa.pl
[2] Postulaty zaczerpnięte z materiałów ze strony PAŻP www.pansa.pl



[3] C. Pytlos, Lotnicza mapa Europy nie da się porównać z amerykańską, http://forsal.pl/artykuly/774074,lotnicza-mapa-europy-nie-da-sie-porownac-z-amerykanska.html

[4] R. Czulda, Priorytety modernizacyjne państw Zatoki Perskiej, cz. 2, w: „Lotnictwo” nr 3/2014, s. 68.
[5] ChRL znów prowokuje, http://www.altair.com.pl/news/view?news_id=12040&q=senkaku





Na ten temat przeczytaj także link