Tunnel brengt piloot van het rechte pad

Vliegtuigen moeten nu nog in file landen, maar daar komt misschien verandering in. Er worden proeven gedaan met een systeem waarbij de vliegtuigen in de aanvliegroute kunnen weven, waardoor ze minder overbodige kilometers maken....

DE AANLEG van tunnels kan overlast van auto- en treinverkeer beperken; daarover is iedereen het wel eens. Dat een tunnel ook een mogelijkheid zou kunnen zijn om het aanvliegen van vliegtuigen op een landingsbaan soepeler te laten verlopen, met minder overlast voor de omwonenden, ligt niet zo voor de hand.

Zo niet voor ir E. Theunissen, werkzaam aan de faculteit elektrotechniek van de Technische Universiteit (TU) Delft. Hij experimenteert sinds 1991 in de vluchtsimulator van de TU met een Tunnel-in-the-sky-navigatiedisplay dat de piloot op een beeldscherm in de cockpit een denkbeeldige tunnel presenteert. Zolang de piloot maar door die tunnel blijft vliegen, komt hij uiteindelijk op het goede punt voor de landingsbaan uit om het toestel veilig aan de grond te kunnen zetten. Eind vorig jaar was het systeem rijp voor een eerste echte testvlucht.

Een piloot die een luchthaven nadert, vliegt onder de huidige omstandigheden aan op een Outer Marker, een radiobaken dat zich zes tot elf kilometer in het verlengde van de landingsbaan bevindt. Van daaruit wordt de landing in een rechte lijn ingezet. Wanneer het op een luchthaven spitsuur is, leiden deze rechte Instrument-Landing-System-paden (ILS) vaak tot filevorming in de lucht. In de lucht cirkelende vliegtuigen kosten geld en belasten het milieu. De drukte in het luchtruim zal naar verwachting de komende jaren verder toenemen.

Ontwikkelingen van de laatste tien jaar op het gebied van radioplaatsbepaling voor vliegtuigen hebben nieuwe systemen zoals het Global Positioning System (GPS) en het Microwave Landing System (MLS) opgeleverd. Door gebruik te maken van signalen van meerdere satellieten of grondstations geven deze systemen de piloot nauwkweuriger informatie over de positie van het vliegtuig. Dat maakt meer naderingswegen mogelijk dan het nu gebruikelijke rechte pad.

'De piloot kan met die nieuwe systemen in een bocht op de landingsbaan aanvliegen, maar moet dat nu nog wel doen op basis van een- of tweedimensionale informatie', legt Theunissen uit. 'Hoewel een cockpit er tegenwoordig heel anders uitziet dan twintig jaar geleden, is er aan de aangeboden basisinformatie eigenlijk niet zoveel veranderd: links bevindt zich een metertje dat de snelheid aangeeft, rechts zit de hoogtemeter en in het midden geeft een instrument de stand van het vliegtuig aan.'

Uit die informatie, plus de informatie die wordt geleverd door het radioplaatsbepalingssysteem, moet de piloot zelf zien te distilleren hoe hij moet vliegen om op het juiste punt voor de landingsbaan uit te komen.

'Bij het recht aanvliegen op de landingsbaan gaat dat nog wel', zegt Theunissen. 'Maar wanneer de aanvliegroute gekromd is, moet de piloot te veel gaan zitten rekenen om de juiste koers te bepalen. Hij moet dan tegelijkertijd dalen en een bocht maken, en zich een ruimtelijke voorstelling maken van de positie waarin het vliegtuig zich bevindt. De piloot wordt dan, zeker bij slecht weer, mentaal te zwaar belast. Dat is niet bevorderlijk voor de veiligheid.'

Het Tunnel-in-the-sky-systeem neemt de vlieger juist op dat punt een hoop werk uit handen. Op basis van de in het toestel binnenkomende informatie van GPS of MLS berekent een krachtige computer in real time de te volgen route. Daarbij wordt rekening gehouden met de mogelijkheden van het vliegtuig, bochten die eventueel voor de passagiers te scherp zouden zijn en gebieden waar niet overheen mag worden gevlogen. De te volgen route wordt vervolgens als een rechthoekige tunnel op een beeldscherm in de cockpit gepresenteerd. De piloot hoeft dan alleen nog maar door die tunnel te vliegen. Aan het einde van de tunnel bevindt zich, ook op het scherm, de landingsbaan.

'We hebben met opzet ook de conventionele informatie, zoals die nu in vliegtuigen wordt gepresenteerd, in het display opgenomen: de meters voor snelheid, hoogte en stand van het vliegtuig bevinden zich nog steeds op de vertrouwde plaats. Zo is gepoogd de overgang naar deze ongebruikelijke wijze van aanvliegen voor piloten wat kleiner te maken', aldus Theunissen.

Een belangrijke vraag bij de ontwikkeling van dit systeem was hoe de tunnel er op het beeldscherm uit moest komen te zien. Uit proeven bleek dat piloten bij een te smalle tunnel te veel gingen slingeren. Was de tunnel te breed, dan kwam het toestel niet op het goede punt uit om veilig te kunnen landen. Uiteindelijk werd gekozen voor een rechthoekige tunnel, die per type vliegtuig in afmetingen verschilt.

Het systeem kan aan een database worden gekoppeld, zodat relevante informatie, zoals de aanwezigheid van hoge bergen, ook op het beeldscherm zichtbaar wordt. Obstakels die zich boven de vlieghoogte bevinden, krijgen een rode kleur, zodat de piloot in één oogopslag kan zien waar hij in ieder geval niet heen moet vliegen. Daarmee moet volgens Theunissen terughoudend worden omgesprongen: informatie die niet echt relevant is, zal de piloot slechts afleiden, en moet daarom niet in een eventuele database worden opgenomen.

Doordat met Tunnel-in-the-sky meer naderingswegen mogelijk zijn, wordt een soort invoegstrook voor landingsbanen gecreëerd. Een toestel hoeft er pas tweeëneenhalve kilometer voor de landingsbaan recht voor te hangen. 'Daardoor kunnen ze vlotter achter elkaar landen', meent Theunissen. 'Bovendien kan het systeem een route met meer bochten uitstippelen, wat meer mogelijkheden schept om dichtbevolkte gebieden rond het vliegveld te omzeilen.'

Met het principe waarop Tunnel-in-the-sky is gebaseerd, is in 1952, in het kader van het Amerikaanse Army-Navy Instrumentation Program, al geëxperimenteerd. 'De stand van de techniek was toen een beperkende factor', zegt Theunissen. 'Het toestel stond vol met apparatuur en door een gebrek aan rekenkracht en geschikte beeldschermen was het niet mogelijk een driedimensionaal display te ontwikkelen waar piloten mee overweg konden. Inmiddels zijn we veertig jaar verder, en dat schept mogelijkheden.'

Dat valt ook aan de benodigde apparatuur te zien: de computer die nu nodig is voor het gebruik van Tunnel-in-the-sky, heeft de afmetingen van een flink uitgevallen schootcomputer. Toch stelt het systeem behoorlijke eisen aan de apparatuur: de computer moet in staat zijn in real time een driedimensionale weergave te berekenen van de omgeving van het vliegtuig. Voor een vloeiend beeld wordt het scherm dertigmaal per seconde ververst. En dat natuurlijk allemaal in een zo hoog mogelijke resolutie.

Na enkele jaren experimenteren in de vluchtsimulator van de TU, waarvoor steeds ervaren verkeersvliegers werden uitgenodigd om te fungeren als testpiloot, was het systeem in december 1994 rijp voor een eerste echte proefvlucht. Daarvoor werd gebruik gemaakt van de Cessna Citation II, het testvliegtuig van de TU Delft en het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium.

De proeftuin was het vliegveld van Aberdeen, Schotland. Dat vliegveld beschikt over geavanceerde naderingsapparatuur en de vakgroep zou er toch gaan testvliegen voor een ander project. 'We konden het zelf bijna niet geloven, maar alles ging van een leien dakje', glundert Theunissen. Eerst werd het vliegen door de denkbeeldige tunnel getest boven de Noordzee. Daarna werd met succes een aantal gekromde naderingen uitgevoerd op het vliegveld van Aberdeen. In april en mei worden op Schiphol meer testvluchten uitgevoerd, in oktober verwacht Theunissen zijn onderzoek te hebben afgerond.

De belangstelling voor het systeem komt vooralsnog hoofdzakelijk uit de wetenschappelijke wereld. 'Een aantal Amerikaanse universiteiten en ook Nasa hebben belangstelling getoond', aldus Theunissen. 'Voorlopig is het vooral zaak om certificerende instanties op de hoogte te houden.'

Technisch gezien is het volgens Theunissen niet zo'n probleem om snel op Tunnel-in-the-sky over te schakelen. Of verkeersvliegers er snel aan kunnen wennen, valt nog te bezien. Wie het beeldscherm met de tunnel aanschouwt, ontkomt er nauwelijks aan, de vergelijking met computerspelletjes als Flight Simulator te trekken.

Frans Eggermont

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden