Seit 2015 beantwortet Flugkapitän Nikolaus Braun in der airliners.de-Serie "Antworten aus dem Cockpit" Leserfragen zu Themen rund um Luftfahrttechnik und Flugbetrieb. Die beliebtesten Folgen aktualisieren wir derzeit und veröffentlichen sie neu. Wenn Sie auch eine Frage haben, schreiben Sie an [email protected]
Kann jedes Flugzeug mit einem ILS-Anflug automatisch landen?
Christian K.
Im ersten Teil dieser Serie stand der Autopilot im Fokus. Zusammen mit anderen Systemen wie dem automatischen Schubregler kann er das Flugzeug fliegen - warum sollte er nicht auch landen können?
In der Tat braucht es im Wesentlichen nur zwei Dinge, um ein Flugzeug automatisch landen zu lassen: Ein Anflugsystem, welches das Flugzeug ausreichend präzise bis genau auf die Landebahn führt und einen Autopiloten, der diesem Anflugsystem folgen kann und der die eigentliche Landung - also alles unterhalb von etwa 15 Metern über der Landebahn bis zum vollständigen Aufsetzen - beherrscht.
Das Anflugsystem, das derzeit die Genauigkeit erzielt, um präzise zu Landen, ist das Instrumentenlandesystem - abgekürzt ILS. Das ILS hat gegenüber anderen Anflugarten den entscheidenden Vorteil, dass es nicht nur eine Führung auf dem Landekurs ausgibt, sondern auch auf dem Gleitweg.
Die grundlegende Funktionsweise ist dabei recht simpel. Über exakt ausgerichtete Antennen werden zwei Signale erzeugt, die jeweils einen Dauerton enthalten. Im Empfänger wird lediglich das Lautstärkernverhältnis der Töne ausgewertet und daraus das Signal gewonnen, wo sich das Flugzeug in Bezug auf den Landekurs/Gleitweg befindet. Es gibt damit drei Bereiche: Auf dem Kurs, links vom Landekurs und rechts vom Kurs. Dieses Video veranschaulicht das sehr gut:
Diese Technik ist seit der ersten Hälfte des vergangenen Jahrhunderts in Gebrauch und wird mittlerweile weltweit genutzt. Operationell ist sie bis heute die Technik der Wahl, auch wenn der Aufwand für den Aufbau und Betrieb für die Flughäfen nicht unerheblich ist. Sie wird daher nur dort installiert, wo das Risiko von schlechter Sicht und niedrigen Wolken bei gleichzeitigem hohen Verkehrsaufkommen gegeben ist.
Ein einfaches ILS der Kategorie eins erlaubt Anflüge bis zu einer Wolkenuntergrenze von 60 Metern/200 Fuß und einer Sichtweite von 550 Metern. Für alle Werte darunter sind die Kategorien zwei und drei gedacht, die Schlechtwetteranflüge ermöglichen. Diese Anflüge können teilweise noch von Hand gelandet werden, ab einer Wolkenuntergrenze von 30 Metern/100 Fuß und einer Sichtweite von 300 Metern ist meist jedoch nur noch eine automatische Landung möglich.
Ausfallsicherheit an Bord und am Boden
Möchte ein Flughafen Schlechtwetteranflüge ermöglichen, müssen umfangreiche Maßnahmen ergriffen werden. Im Kern geht es schlichtweg darum, dass das ILS-Signal ununterbrochen und ungestört den anfliegenden Flugzeugen zur Verfügung steht. Dafür müssen zum Beispiel Ersatzsendeanlagen bereit stehen, die in Sekunden bei einem Ausfall übernehmen können, und Notstromversorgungen.
Eine hohe Signalqualität muss gegeben sein und am Boden müssen große Flächen rund um die Landebahn von jeglichem Verkehr freigehalten werden, damit das Signal nicht gestört wird. Diese Einschränkungen auf Flughafenseite bedeuten, dass ein ILS nur im Bedarfsfall für automatische Landungen eingestellt wird, da mit den Einschränkungen fast immer Verzögerungen im Betriebsablauf einhergehen.
Die hohen Anforderungen, die sich für den Flughafen ergeben, setzen sich im Flugzeug fort. Prinzipiell kann ein Autopilot - wenn er dafür ausgelegt ist - das Flugzeug alleine landen. Aber so einfach ist es nicht. Da der Mensch in diesem Falle den Autopiloten nur begrenzt kontrollieren kann, da er nichts sieht, muss im System intern die Kontrolle stattfinden. Die Annahme ist dabei, dass zu jeder Zeit ein Fehler auftreten kann. Der Systemaufbau muss daher so robust sein, dass er Fehler abdecken kann.
Für einen einfacheren Anflug nach Kategorie zwei, bei dem also die Landebahn(-beleuchtung) in spätestens 100 Fuß (30 Metern) Höhe in Sicht kommt, reicht ein sogenanntes "fail-passive" System aus: Im Falle eines Ausfalls kommt es zu keiner Abweichung vom Flugpfad, das heißt der Pilot kann das Flugzeug ohne große Steuerkommandos einfach übernehmen und entscheiden, ob er die Landung fortsetzt oder durchstartet. Für einen solchen Anflug reicht zum Beispiel ein einzelner Autopilot aus, der vom Piloten überwacht wird.
Landungen komplett ohne Außensicht sind prinzipiell möglich
Komplex wird die Angelegenheit, wenn die ILS Kategorie drei ins Spiel kommt. Prinzipiell sind hier Landungen komplett ohne Außensicht denkbar, die aber daran scheitern, dass das Flugzeug nach der Landung mangels Sicht die Landebahn nicht verlassen kann. Insofern beschränkt man sich hier auf eine Entscheidungshöhe von null und mindestens 75 Metern Sichtweite. Die Entscheidungshöhe "0" bedeutet dabei, dass die Piloten die Landebahn oder deren Beleuchtung erst nach der Landung sehen, wenn sich das Cockpit abgesenkt hat. Auch dazu ein Video:
Für derlei Bedingungen wird technisch ein "fail operational"-System gebraucht: Ein solches System ist auch nach einem Fehler noch in der Lage, die Landung automatisch auszuführen. In der Praxis werden hierbei meist mehrere Autopiloten miteinander gekoppelt: Beide (oder alle drei) Autopiloten berechnen unabhängig Steuersignale für das Flugzeug, die miteinander verglichen werden - die Autopiloten kontrollieren sich gegenseitig. Fällt ein Autopilot durch einen Fehler aus, kann der oder die verbleibenden das Flugzeug als "fail passive"-System noch landen.
Die Aufgabe der Crew besteht bei einem solchen Anflug darin, die Flugführung an sich und die Systeme hochkonzentriert zu überwachen. Für jede Phase eines solchen Anflugs gibt es vorgeschriebene Systemmeldungen, die überprüft werden müssen. Ebenso gibt es eine Vielzahl an Entscheidungshöhen, an denen sich zum Beispiel der Umgang mit Fehlern ändert. Während manche Fehler weiter draußen zu einem Durchstarten führen würden, würde derselbe Fehler in geringer Höhe eventuell zu einer Landung führen - oder vom System gar nicht mehr gemeldet und erst nach der Landung angezeigt.
Da echte Anflüge nach Kategorie drei Wetterbedingungen in der Realität selten beziehungsweise jahreszeitlich begrenzt sind, müssen alle Piloten, die eine solche Zulassung haben, regelmäßig während der behördlichen Überprüfungen im Simulator diese Anflüge mit und ohne Fehler demonstrieren.
Und noch eine Frage zum Autopiloten bekomme ich immer wieder gestellt: Autopilot oder Piloten - wer landet weicher? Ich würde sagen, es kommt drauf an. Der Autopilot ist jedenfalls so eingestellt, dass er den definierten Landepunkt präzise trifft. Er nimmt dabei in Kauf, dass die Landung etwas akzentuierter ist, als es vielleicht ein Pilot anstrebt. Damit ist dann zumindest sichergestellt, dass alle automatischen Systeme den Bodenkontakt ganz sicher mitbekommen.
