Was er leistet und was er nicht kann.

 

Wenn man mit Leuten über irgendetwas zum Thema Fliegen redet kommt früher oder später der Autopilot ins Gespräch. Das heisst dann etwa so: "Die Piloten können ja nach dem Start den Autopiloten einschalten und haben dann Zeit für ein Nickerchen."

Ich habe das schon so oft gehört, dass ich mal auf eine für aviatische Laien verständliche Art erläutern möchte, wieso der Autopilot die Aufgaben des Piloten nicht ersetzen kann sondern lediglich ein mehr oder weniger stupider Gehilfe ist, der einfach gewisse Aufgaben übernimmt, um die Crew zu entlasten.

Um das zu verstehen muss man sich mal vor Augen halten, was alles abläuft wenn ein Flugzeug beispielsweise von Zürich nach London fliegen möchte, bevor wir den Autopiloten näher betrachten können.

Zunächst muss man wissen, dass es zwei Arten von Flügen gibt. Zum einen der Sichtflug (VFR - Visual Flight Rules) wo der Pilot mehr oder weniger allein verantwortlich ist, dass der Flug sicher abläuft und es keine Kollisionen mit anderen Luftfahrzeugen gibt. Er ist auch allein verantwortlich, den Zielflugplatz zu finden und sicher dort zu landen. Sowas ist beispielsweise mit einer Cessna von Birrfeld nach Lausanne möglich, sofern das Wetter einen solchen Flug zulässt.

Mindestens 98 Prozent aller kommerziellen Flüge operieren aber auf die andere Flugart. Sie werden nach Instrumentenflugregeln (IFR - Instrument Flight Rules) durchgeführt, egal ob das Wetter schön ist oder nicht. Eine Ausnahme ist vielleicht dann gegeben, wenn ein Swiss Flieger mal eine Showeinlage am Lauberhorn darbietet.

Ein Instrumentenflug beginnt mit einer minutiösen Vorbereitung und Planung. Welche Route fliegen wir? Wieviel Treibstoff wird benötigt? Was, wenn wettermässig oder durch andere Umstände eine Landung am Zielflughafen nicht möglich ist? Wie sehen die Windverhältnisse in der Höhe aus? Haben wir Gegenwind und brauchen demzufolge mehr Flugzeit und Treibstoff? Welches Wetter herrscht wann wo? Gibt es bestimmte Restriktionen, z.B. ein temporäres Überflugsverbot? Diese aufwändige Ausarbeitung der Planungsfaktoren muss die Flight Crew nicht selber machen, dafür haben die Airlines sogenannte Dispatcher, der all die Fakten zusammenträgt und der Flight Crew aushändigt.

Ein Instumentenflug ist zudem immer ein kontrollierter Flug. Oft fliegt man ja in Wolken und hat null Sicht, könnte also andere Flugzeuge nicht erkennen um eine Kollision zu verhindern. Man ist ja auf den Luftstrassen nicht alleine, es sind ja Hunderte von Flugzeugen gleichzeitig unterwegs. Damit das dennoch sicher abläuft ist die ATC (Air Traffic Control) - also die Flugsicherung - verantwortlich für jede Bewegung. Und weil sie verantwortlich ist, hat sie auch das Sagen. Ohne Bewilligung durch die Flugsicherung kann der Pilot nicht mal vom Gate wegrollen oder gar die Triebwerke starten.

Die ATC - das Argusauge für jeden Flug

 

Der ATC Controller hat stets den Überblick

Die Aufgaben der Flugsicherung ist die Gewährleistung einer sicheren Durchführung von Flügen, die Kompetenz reicht vom Gate am Abflughafen bis zum Andocken am Zielflughafen. Und weil sie die Autorität ist, muss man auch für alles und jedes eine Bewilligung vom zuständigen Controller haben. Das Zauberwort ist

die Clearance (die Freigabe)

Damit die Flugsicherung überhaupt weiss, was ein ein Pilot mit seinem Flugzeug beabsichtigt, muss mindestens 30 Minuten vor dem Start ein Flugplan eingereicht werden. Dieser ist weltweit nach ICAO (International Civil Aviation Organization) Normen geregelt und ist weltweit mehr oder weniger identisch, sieht man von den USA ab, die ein eigenes Format haben. Alle beteiligten Instanzen werden aufgrund dieses Flugplans nun über die Eckdaten des Fluges informiert. Die Schweizerische Flugsicherung, die französische, die britische und alle Lotsen in London. Jeder weiss, wann der LX 115 bei ihm auftaucht und was er will.

Nach der ersten Cockpit Vorbereitung wie Sicherstellung der Stromversorgung, Einschalten der wichtigsten Geräte ist einer der ersten Schritte das Einholen der grundsätzlichen Bewilligung des Fluges durch die ATC. Diese kann so lauten:

SWISS ONE ONE FIVE - YOU ARE CLEARED TO LONDON HEATHROW VEBIT THREE WISKEY DEPARTURE INITIAL 5000 SQUAWK 4454.

Zu deutsch: Swiss 115 - Sie sind freigegeben nach London Heathrow, Abflugroute VEBIT3W, freigegebene Höhe 5'000 Fuss, Radarcode 4454.

In aller Regel wird man bis zum Zielflughafen freigegeben, es kann aber sein, dass London Control noch keine Freigabe erteilen will, dann ist die Freigabe nur bis irgendwo in Frankreich wo man dann vielleicht auf die weitere Clearance warten muss. Das kommt aber selten vor. VEBIT ist ein Navigationsfixpunkt in der Nähe von Aarau, bis 5'000 Fuss (ca. 1'500 Meter) darf man steigen, für höher brauchts eine neue Freigabe. Der Radarcode 4454 wird beim Fluglotsen decodiert und er sieht dann auf dem Schirm LX115 5 210 (Kurs, Höhe, Geschwindigkeit) und kann die Maschine zweifelsfrei identifizieren.

Radarschirm der Flugsicherung

Sodele, das wäre ja schon mal ein wesentlicher Schritt. Man darf grundsätzlich nach London fliegen.

Aber von nun an hat uns die Flugsicherung in fester Hand. Es braucht nun

eine Freigabe für das Zurückschieben und starten der Triebwerke durch ZURICH GROUND
eine Freigabe zum Rollen zur Piste 28 durch ZURICH APRON
eine Freigabe zum Start von ZURICH TOWER
eine Freigabe zur Fortführung des Steigfluges durch ZURICH DEPARTURE
eine Freigabe zum Steigen auf die Reiseflughöhe, oder eine Zwischenhöhe durch SWISS RADAR.

So nun sehen wir klar, dass ein Autopilot all das nicht verarbeiten könnte. Fliegen findet zu 90 Prozent im Gehirn des Piloten statt, bisschen an den Rudern und Hebeln fummeln ist eigentlich Nebensache. Und lediglich diese Nebensachen kann der Autopilot dem Piloten teilweise abnehmen. Im wesentlichen kann der Autopilot

- einen definierten Steuerkurs halten
- eine Änderung des Steuerkurses durchführen. sprich eine Kurve auf einen neuen Kurs einleiten
- auf eine bestimmte Höhe fliegen und diese anschliessend halten
- auf eine neue Höhe steigen oder sinken unter Einhaltung einer definierten Vertikalgeschwindigkeit und bei Erreichen diese halten
- eine bestimmte Geschwindigkeit halten (ähnlich wie der Tempomat beim Auto)
- unter bestimmten Voraussetzungen das Flugzeug automatisch landen

That's it. Alles andere braucht den Piloten. Auch in Zukunft. Nun kommt in der Regel der Einwand: "Aber es gibt doch selbstfahrende Autos. Bestimmt gibt es in zwanzig Jahren Flugzeuge ohne Piloten."

Autos und Flugzeuge sind grundverschieden.

Ein Auto bewegt sich zweidimensional. Die Route kann per GPS erkannt und ausgeführt werden. Anderer Verkehr kann durch Sensoren erkannt werden und Signalisationen können durch Kameras und vom Computer erkannt werden. Eine minimale Sicht auf die Verkehrslage ist praktisch immer gegeben. Ein Computer kann ein Auto mindestens so gut operieren wie ein Mensch. Ausnahmen bestätigen die Regel aber da sich die Anzahl der Toten bei einem Unfall in Grenzen hält kann man das Risiko offenbar in Kauf nehmen.

Ein Flugzeug bewegt sich dreidimensional, das heisst auf unterschiedlichen, vorbestimmten Höhen. Mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Eine Sicht auf andere Verkehrsteilnehmer ist in der Regel kaum gegeben, andere Flugzeuge werden nur marginal erkannt. Wenn es kracht ist die Anzahl der ausgelöschten Menschenleben in den Hunderten, dieses Risiko wird nicht eingegangen. Verantwortlich für die Sicherheit ist die Flugsicherung, die Anweisungen dieser Instanz kann kein Autopilot interpretieren. Natürlich wäre es möglich, diese Anweisungen digital an das Flugzeug zu übermitteln aber dann wäre der Pilot einfach am Boden und wäre immer noch zuständig, dass der Flug sicher abläuft.


Wie funktioniert ein Autopilot?

 

Wie bereits erläutert ist dieses Gerät ein nicht wirklich intelligentes Teil und ist lediglich ein Bindeglied zwischen den Überlegungen des Piloten und den Rudern und Triebwerksleistungshebeln des Flugzeuges.

Beispiel: Die Flugsicherung verlangt vom Piloten resp. bewilligt ihm, dass er auf Flugfläche 340 steigt (34'000 Fuss). Dieser quittiert die Instruktion, schraubt am Autopiloten diese Höhe rein, definitert die gewünschte Vertikalgeschwindigkeit, beispielsweise 1'500 Fuss/Minute, und drückt LEVEL CHANGE, worauf der Autopilot die Flugzeugnase anhebt und zu steigen beginnt, bis das Flugzeug auf 34'000 Fuss angelangt ist. Dort wird der Autopilot die Nase absenken und anschliessend die Höhe halten.

Instrumentenpanel einer Boeing 737

(Bild anklicken!)

Hier befindet sich der Autopilot auf dem Instrumentenbrett am Beispiel einer Boeing 737. Er ist orange umrandet.

Bedienelemente des Autopiloten

(Bild anklicken!)

Die einzelnen Bedienungselemente:
- COURSE SELECT (KURS AUF EINEN NAVIGATIONSFIX)
- AUTOTHROTTLE ARMED (TEMPOMAT AKTIVIERT)
- SPEED SELECT (WAHL DER SOLL GESCHWINDIGKEIT, in Knoten oder Mach)
- VERTICAL NAV (DIE ANWEISUNGEN DES FLUG MANAGMENT COMPUTERS FÜR DIE VERTIKALE BEWEGUNG SOLLEN AKTIVIERT WERDEN. Erläuterungen des FMC weiter unten.)
- HEADING SELECT (WAHL DES SOLL STEUERKURSES)
- LATERAL NAVIGATION (DIE ANWEISUNGEN DES FLUG MANAGMENT COMPUTERS FÜR DIE HORIZONTALEN - BEWEGUNGEN SOLLEN AKTIVIERT WERDEN.)
- ALTITUDE SELECT (WAHL DER SOLL HÖHE)
- VERTICAL SPEED (VERTIKAL GESCHWINDIGKEIT NACH OBEN ODER UNTEN IN FUSS/MINUTE)
- ON 7 OFF (EIN / AUS)
- FLIGHT DIRECTOR ON / OFF (Flight Director siehe unten)
- SPEED (GESCHWINDIGKEIT HALTEN)
- LEVEL CHANGE (ÄNDERUNG DER FLUGHÖHE)
- HEADING SELECT (SOLL STEUERKURS)
- APPROACH (AUTOMATISCHEN ENDANFLUG BEGINNEN)
- ALTITUDE HOLD (HALTEN DER AKTUELLEN HÖHE)
- SET VERTICAL SPEED (AKTIVIEREN DER VERTIKALGESCHWINDIGKEIT)
- VERTICAL SPEED (DREHEN AM RAD FÜR STEIGEN ODER SINKEN)

Alle diese Bedienungselemente benötigt der Pilot um den Autopiloten zu befehligen. Immer im Auge behalten, der Autopilot ist nur ausführend, er kann keine Entscheidungen treffen.

FMC - Flight Managment Computer

 

Der Flugsteuerungs Computer ist ein weiters Hilfsmittel für die Crew den geplanten Flug zu steuern. In diesen wird vor dem Start die gesamte Route eingegeben. Jeder einzelne Navigationsfix hat eine Zeile auf dem Display. Daneben wird die geplante Reiseflughöhe eingegeben sowie verschiedene Leistungsparamer des Flugzeugs welche das FMC zur Berechnung von Höhen und Geschwindigkeit benötigt. Zum Beispiel wird der Computer berechnen, bei welcher Startgeschwindigkeit das Flugzeug abheben kann.

Der Flight Management Computer FMC

Der Flugsteuerungs Computer verfügt über eine Datenbank, die alle Flughäfen, alle Navigationsfixes, alle Frequenzen derselben, alle verfügbaren Pistendaten usw. enthält. Diese Datenbank wird monatlich updated und alle Piloten dieser Welt fliegen mit den gleichen Informationen.

Der FMC übermittelt nun ebenfalls Daten an den Autopiloten. So wird ihm beispielsweise mitgeteilt, wo der nächste Fix ist und wie weit es dorthin ist. Drückt der Pilot nun den Knopf "Lateral Navigation" am Autopiloten wird dieser automatisch diesen Fix anfliegen. So wird die ganze Route von Zürich bis London automatisiert abgeflogen.

Was tut denn der Pilot, während der Autopilot so vieles selbständig ausführt?

- Er überwacht, ob der Autopilot das tut, was er soll
- Er überwacht den Funkverkehr und quittiert Anweisungen der ATC
- Er programmiert auf diese Anweisungen hin Autopilot und evtl. den FMC
- Er kontrolliert laufend, ob der Flug nach Plan verläuft
  - entspricht der bisherige Treibstoffverbrauch den Berechnungen?
  - ist die Ankunftszeit im Bereich der Planung?
- er ist sich ständig darüber im Klaren, was im Fall einer plötzlichen Notlage geschehen muss
- Laufende Kontrolle aller relevanten Systeme
  - Triebwerke
  - Instrumente
  - Klimaanlage / Druckkabine
  - Hydraulik
  - Elektrische Systeme
- Ständige Beobachtung der Wetterlage. Wird dieses plötzlich wesentlich schlechter als die Vorhersage?


Fazit: Alles laufende Arbeiten, die eminent wichtig sind und die kein Autopilot je übernehmen könnte.