Veilig landen door de tunnel

Met vreemde bochten op een landingsbaan aanvliegen of scherp dalen is mogelijk voor wie het tunnel-in-the sky-systeem gebruikt. Een virtuele tunnel in de lucht, waarmee de overlast door vliegtuigen kan worden verminderd....

DE MIST is opgetrokken, maar de lucht hangt nog laag boven vliegveld Zestienhoven als de PH-LAB de startbaan op draait. Binnen kijkt de boordwerktuigkundige nog eenmaal het vliegtuig rond en meldt dan aan de piloten dat de 'cabin ready' is. De zeven passagiers zitten klaar, ingesnoerd met een extra veiligheidsgordel en met een paar kotszakjes onder handbereik. Het vliegtuig stijgt op en Rotterdam vervaagt onder de vuilgrijze wolkensluier.

De PH-LAB, een Cessna Citation, is het onderzoekstoestel van de Technische Universiteit Delft en het Nationaal Lucht-en Ruimtevaartlaboratorium. De vlucht vandaag, 3 december, is bedoeld om het principe van de tunnel-in-the-sky te demonstreren, een techniek waarmee ingewikkelde landingsmanoeuvres kunnen worden uitgevoerd, ook als het zicht slecht is. Het systeem kan de capaciteit van luchthavens vergroten terwijl het veiligheidsrisico's en geluidsoverlast beperkt.

Daartoe hangt in de cockpit een ongebruikelijk computerschermpje, waarop een versimpelde voorstelling te zien is van het uitzicht vanuit het vliegtuig. De grond op het scherm is bruin, de lucht blauw, er zijn geen gebouwen of rivieren getekend. Het beeld ziet er eenvoudiger uit dan dat van een goedkope vluchtnabootser op de pc thuis. Wel is er een extra element toegevoegd: een tunnel in de lucht. 'Vliegen wordt hiermee makkelijker dan het ooit was', zegt prof. dr. ir. Bob Mulder, die in Delft aan de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek onderzoek naar dergelijke 'tunneldisplays' leidt.

'Kijk kijk, daar is hij. Mooi hè', roept Mulder, als de tunnel op het scherm opdoemt. Een hoekige, doorzichtige slurf, die op hoge poten in het landschap staat. Buiten is op dat moment juist de Van Brienenoordbrug door de wolken te zien: daar ligt het baken ROT, het startpunt voor veel aanvliegroutes voor vliegveld Zestienhoven.

Maar de piloot kijkt voornamelijk naar zijn scherm. De tunnel bestaat uit een aaneenschakeling van rechthoeken, die de piloot naar de landingsbaan toe leiden zonder dat hij op de werkelijke omgeving of op de andere instrumenten hoeft te letten. De eerste rechthoek, de mond van de tunnel, is 250 meter breed: daarna vernauwen de segmenten zich als een fuik tot 50 meter. De piloot moet er simpelweg voor zorgen dat het vliegtuig binnen de op hem afstormende rechthoeken blijft.

Het tunneldisplay vervangt in feite twee conventionele instrumenten: de kunstmatige horizon, waarop de piloot de stand van het toestel ten opzichte van de horizon kan aflezen, en een soort kaart waarop te zien is boven welke plek op aarde het vliegtuig zich bevindt. 'Het lezen en combineren van gegevens op verschillende displays is lastig', aldus onderzoeker dr. ir. Max Mulder eerder die ochtend tijdens een briefing in Delft. 'Het vergt dus veel concentratie van de piloot om met de gebruikelijke instrumenten een gecompliceerde manoeuvre uit te voeren.'

Met een bewegend referentiekader zoals het tunneldisplay, is de waarneming van de piloot direct gekoppeld aan zijn eigen bewegingen. 'Je ziet hoe je beweegt, en je bestuurt wat je ziet', volgens Mulder (geen familie van de hoogleraar).

In zijn onderzoek probeert hij de werking van tunneldisplays theoretisch te onderbouwen. Met behulp van testen in een vluchtsimulator en proefvluchten als die van 3 december, wordt gemeten hoe de afmetingen van de tunnel de nauwkeurigheid van de besturing beïnvloeden en wat dat betekent voor de druk op de piloten. De onderzoeker Mulder vliegt zelf overigens niet meer mee met de proefvluchten. 'Ik heb te veel kotszakjes nodig.'

De Citation is inmiddels door de tunnel naar de landingsbaan gevlogen en na een doorstart begonnen met een tweede rondje. Doordat de aanvliegroute driedimensionaal op een scherm staat, wordt de situation awareness bevorderd, is de gedachte. De piloot houdt aandacht over om veel gecompliceerdere aanvliegroutes te vliegen dan met traditionele instrumenten.

Normaal gesproken landen vliegtuigen namelijk in een rechte lijn. Ze arriveren bij een bepaald punt, zeven tot twaalf kilometer voor de landingsbaan, waarna ze door het Instrument Landing Systeem (ILS) langs een vaste baan met een dalingshoek van drie graden naar beneden worden geleid. De bewoners van een plaats als Zwanenburg kennen het principe: hun huizen liggen recht onder zo'n aanvliegroute.

Met een tunnel-in-the-sky is het mogelijk vliegtuigen via een steiler of bochtiger traject te laten dalen. Op die manier is het eenvoudiger om woonwijken tijdens de landing te ontzien; de geluidsbelasting kan worden geconcentreerd op die plekken waar die de minste overlast veroorzaakt. 'En de tunnel kan elke keer anders zijn', zegt hoogleraar Mulder. 'Afhankelijk van het vliegtuig, of van de omstandigheden. Piloot en luchtverkeersleiding kunnen de meest geschikte tunnel steeds in overleg afspreken.'

Net wanneer hij dat zegt, duikt de Citation uit het wolkendek en stort zich met een daalhoek van vierenhalve graad naar beneden, richting landingsbaan. Een dergelijke aanvliegroute is met de huidige instrumenten nog onmogelijk.

Het principe van de tunnel-in-the-sky stamt al uit de jaren vijftig. De ideeën waren vergelijkbaar met die van nu, maar nog niet te realiseren omdat de computercapaciteit ontoereikend was om de tunnel op een beeldscherm te projecteren. Sinds de jaren negentig lukt dat steeds beter. Al in 1994 vloog de PH-LAB met een voorloper van het tunneldisplay dat nu aan boord is.

Die oerversie was ontwikkeld samen met dr. ir. Erik Theunissen, verbonden aan een onderzoeksgroep van een andere Delftse faculteit: Elektrotechniek. De samenwerking verliep echter steeds stroever en de partners gingen in 1995 uit elkaar.

De groep-Theunissen werkt inmiddels met een aantal Amerikaanse bedrijven en instanties mee aan een onderzoeksprogramma van NASA. Theunissen heeft vorig jaar en de afgelopen zomer in de Verenigde Staten een serie testvluchten uitgevoerd met een Boeing 757 van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie.

'Als je nu nog niet samenwerkt met de industrie, ben je te laat', zegt Theunissen.

Hij beschouwt het onderzoek van de Mulders als een achterhoedegevecht. Max Mulder: 'Maar wij doen wel alles zelf. Theunissen zorgt alleen voor het plaatje.'

Terug dus maar naar Zestienhoven, waar de Citation zojuist een tweede doorstart maakt. Op het moment dat het vliegtuig in werkelijkheid precies boven het midden van de landingsbaan hangt, is op het beeldscherm te zien dat het toestel er ongeveer twintig meter naast zit.

Die fout wordt veroorzaakt door onnauwkeurigheden in het plaatsbepalingsysteem. 'Daarom is de tunnel ook alleen geschikt voor het aanvliegen, en nog niet om daadwerkelijk mee te landen', legt prof. Mulder uit.

Het vliegtuig bepaalt zijn positie namelijk met de satellieten van het GPS-systeem, dat maar tot op veertig meter nauwkeurig is. Bovendien is de positie nogal springerig; wanneer de ene satelliet achter de horizon verdwijnt, schakelt het systeem abrupt een andere satelliet in, waardoor de berekende locatie ineens een meter of vier kan veranderen. Met traagheidsnavigatie kun je die verschillen wel enigszins gladstrijken; doordat alle bewegingen van het vliegtuig gemeten en bij elkaar opgeteld worden, weet het navigatiesysteem waar het vliegtuig ongeveer moet zitten, ten opzichte van de laatste GPS-schatting. Dat verhelpt de springerigheid, maar niet de fundamentele onnauwkeurigheid van GPS.

Dus wil Mulder gaan werken met differentiële GPS; een baken op de grond meet de onnauwkeurigheid van GPS en stuurt een correctie naar boven. Op die manier is een positie tot op enkele decimeters nauwkeurig te bepalen. Het consortium waartoe Theunissen behoort, gebruikt overigens al differentiële GPS.

Maar voor het testen van het tunnelvliegen zelf is die nauwkeurigheid niet noodzakelijk. De PH-LAB vliegt door een tunnel dwars op de landingsbaan, maakt meteen na het passeren een haakse bocht naar rechts, vliegt even parallel aan de baan, maakt een U-bocht naar rechts en doet een touch and go, een doorstart waarbij het landingsgestel de grond even raakt. Een roofvogelachtige aanvliegroute. Ongebruikelijk, maar niet oncomfortabel. De kotszakjes blijven ongebruikt.

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.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden