乘坐商業(yè)客機(jī)飛行時(shí)，您會(huì)感覺(jué)自己置身于世界之巔，比任何飛機(jī)都飛得更高。但很快就會(huì)有越來(lái)越多的飛機(jī)飛得更高，NASA 正在研究管理預(yù)期空中交通的方法。
從研究氣球到軍用飛機(jī)，這些飛行器在海平面以上 60,000 英尺處運(yùn)行——大約是巡航高度商用客機(jī)的兩倍。
在美國(guó)被指定為“E 級(jí)上層”空域，60,000 英尺以上的天空沒(méi)有嚴(yán)格的空中交通管制規(guī)則，因?yàn)槟壳敖^大多數(shù)飛機(jī)都無(wú)法爬升到這個(gè)空間邊緣高度。
空中交通管理人員需要隔離的車(chē)輛并不多。
然而， 這種情況在不久的將來(lái)可能會(huì)改變。隨著商業(yè) 超音速旅行的興起，以及更多高空飛行器的計(jì)劃，能夠達(dá)到這個(gè)高度的飛機(jī)數(shù)量很快就會(huì)需要特定的道路規(guī)則。
進(jìn)入 NASA Aeronautics 的最新努力之一：Upper Class E Traffic Management，或 ETM?？罩薪煌ü芾?- 探索 項(xiàng)目中的這項(xiàng)活動(dòng) 正在研究如何創(chuàng)建一個(gè)空中交通管理系統(tǒng)，以滿足上層 E 空域的需求。
作為 NASA、FAA 和行業(yè)合作伙伴之間的合作，ETM 還將研究如何修改和實(shí)施為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)交通管理 (UTM)開(kāi)發(fā)的已成功驗(yàn)證的概念， 以適應(yīng)上層 E 的獨(dú)特天空景觀。
在 最近結(jié)束的 UTM 項(xiàng)目中，美國(guó)宇航局的研究人員開(kāi)發(fā)并試驗(yàn)了 一種新的空域管理系統(tǒng)， 在該系統(tǒng)中，多方協(xié)同工作來(lái)計(jì)劃和組織越來(lái)越多的無(wú)人無(wú)人機(jī)低空飛行——防止與其他飛機(jī)操作發(fā)生沖突。
現(xiàn)在，這些相同的概念正在研究用于上層 E 空域。
誰(shuí)（或什么）去那里？
在美國(guó)，F(xiàn)AA 將空域分為六類(lèi)——A、B、C、D、E 或 G——A 類(lèi)擁有最多的規(guī)則和空中交通管制 (ATC) 監(jiān)控，G 類(lèi)最少。
例如，緊鄰主要機(jī)場(chǎng)樞紐的將是 A 類(lèi)空域。A類(lèi)空域周?chē)荁類(lèi)區(qū)域，依此類(lèi)推。市政或地區(qū)機(jī)場(chǎng)可能只有 C 類(lèi)或 D 類(lèi)指定。
遠(yuǎn)離仍受控制的機(jī)場(chǎng)的農(nóng)村地區(qū)將是 E 類(lèi)。G 類(lèi)指定低于 1,200 英尺或 700 英尺的空域，這些空域不受其他主動(dòng)控制，并依賴(lài)飛行員遵守既定規(guī)則以保持彼此安全隔離。
由于 60,000 英尺以上的活動(dòng)相對(duì)稀少，美國(guó)聯(lián)邦航空局將空域視為 E 級(jí)——附加前綴“上”以區(qū)別于更靠近地面的 E 級(jí)空域。
一些將越來(lái)越多地占據(jù) E 類(lèi)空域的飛機(jī)是緩慢移動(dòng)的飛行器，它們可能對(duì)也在 60,000 英尺以上的稀薄空氣中運(yùn)行的更大、更快的飛機(jī)構(gòu)成障礙。
高空氣球是一種緩慢移動(dòng)的交通工具。這些無(wú)動(dòng)力氣球旨在漂浮在 E 級(jí)上層空域，以執(zhí)行諸如在災(zāi)難期間提供通信和研究大氣層等任務(wù)。由于它們沒(méi)有動(dòng)力，這些氣球隨著時(shí)間的推移隨風(fēng)飄揚(yáng)。
高空長(zhǎng)航時(shí) (HALE) 飛機(jī)將成為上 E 類(lèi)空域的另一個(gè)緩慢移動(dòng)的乘員。這些有動(dòng)力的無(wú)人駕駛車(chē)輛目前正在設(shè)計(jì)和測(cè)試，以執(zhí)行諸如在偏遠(yuǎn)地區(qū)提供通信等任務(wù)。它們將在不同地點(diǎn)上空飛行，一次可以在空中停留數(shù)周或數(shù)月。
最后， 超音速飛機(jī) 使用 E 類(lèi)上層空域來(lái)實(shí)現(xiàn)高速和燃燒更少的燃料。目前，幾乎所有這些飛行都是軍事飛行，但商業(yè)超音速旅行將在未來(lái)幾年回歸。此外，亞軌道太空飛行正在興起，并且也在其部分旅程中使用該空域。
這也是ETM研究的核心原因之一。盡管總體上比高空氣球或 HALE 飛機(jī)更靈活，但這些超音速飛行器不可能在短時(shí)間內(nèi)做出明顯的轉(zhuǎn)彎，以避免其他飛行器以它們?cè)?E 級(jí)高空域達(dá)到的極端速度和高度。
正如我們社區(qū) 正上方的空域擁有 從直升機(jī)到商用客機(jī)的所有東西一樣，E 級(jí)上層空域很快將包含大量執(zhí)行不同任務(wù)的車(chē)輛。問(wèn)題變成：如何以最簡(jiǎn)單、最有效的方式管理這個(gè)空域？
道路規(guī)則
解決方案可能來(lái)自 ETM 研究人員使用 NASA 在 UTM 項(xiàng)目期間開(kāi)發(fā)的面向服務(wù)的合作空域系統(tǒng)的概念進(jìn)行調(diào)查。
在當(dāng)前的國(guó)家空域系統(tǒng)中，空中交通管理人員從雷達(dá)、飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)和飛行員那里收集信息，以確定每架飛機(jī)的速度、位置和高度。
航空公司使用該信息來(lái)確定有效的飛行路徑，美國(guó)聯(lián)邦航空局通過(guò)向這些飛機(jī)提供要遵循的具體指示來(lái)安全地保持飛機(jī)間隔。
在 合作的面向服務(wù)的空域系統(tǒng) 就像一個(gè)ETM然而研究，每輛車(chē)的運(yùn)營(yíng)商-即運(yùn)營(yíng)商是否在地面上或在駕駛艙-將負(fù)責(zé)通過(guò)互聯(lián)數(shù)字共享與其他運(yùn)營(yíng)商這一重要信息飛行前和飛行中的 ETM 架構(gòu)。
因此，在飛行計(jì)劃階段，其他運(yùn)營(yíng)商可以考慮像無(wú)動(dòng)力氣球和長(zhǎng)時(shí)間 HALE 飛機(jī)這樣的車(chē)輛——早在潛在的分離問(wèn)題出現(xiàn)之前。
當(dāng)兩輛車(chē)之間確實(shí)發(fā)生沖突時(shí)，無(wú)論是在飛行前計(jì)劃期間還是在飛行期間 - 運(yùn)營(yíng)商將遵循 FAA 制定的道路規(guī)則，根據(jù)來(lái)自 FAA 的數(shù)據(jù)，其他空域數(shù)據(jù)服務(wù)自行解決問(wèn)題提供商或其他運(yùn)營(yíng)商本身，而無(wú)需空中交通管理人員的實(shí)時(shí)輸入。
盡管如此，交通管理人員仍將參與 ETM 系統(tǒng)。每架飛機(jī)的飛行員在往返于 E 類(lèi)上層空域的過(guò)程中都將像往常一樣與 ATC 保持聯(lián)系——并且 ATC 始終可以應(yīng)要求提供給在 E 類(lèi)上層空域飛行的人。
“結(jié)果是每個(gè)人都知道發(fā)生了什么，分離問(wèn)題在它們成為問(wèn)題之前就得到了解決，并建立了一個(gè)安全和協(xié)調(diào)的空域，”美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心負(fù)責(zé)這項(xiàng) ETM 研究的 NASA 經(jīng)理 Jaewoo Jung 博士說(shuō)。中心在加利福尼亞。
生活中的一天
根據(jù)當(dāng)前的概念，以下是協(xié)調(diào)空域的工作方式：
一架商用超音速客機(jī)的飛行員在起飛前制定飛往目的地的飛行計(jì)劃，確定可能的最佳路線。就像其他飛機(jī)一樣，他們根據(jù) ATC 的信息和許可計(jì)劃往返 60,000 英尺的航程。
然而，對(duì)于旅程的上層 E 航段，飛行員使用來(lái)自 ETM 互連系統(tǒng)的信息來(lái)制定他們的飛行計(jì)劃，依賴(lài)于希望在飛行期間在該空域中操作的每個(gè)人合作提供的信息。
提前掃描空域，他們觀察到在前往目的地的直接路徑上，一架 HALE 飛機(jī)將在 65,000 英尺高空盤(pán)旋以進(jìn)行天氣研究，而一個(gè)雜散的通信氣球已從其他地方慢慢飄入該地區(qū)。
根據(jù)其他運(yùn)營(yíng)商共享的信息，飛行員制定了一個(gè)飛行計(jì)劃，將他們的超音速?lài)姎馐斤w機(jī)安全地置于 HALE 下方，并在不給飛機(jī)壓力的情況下輕輕地繞過(guò)氣球。
他們的飛行計(jì)劃已提交給 FAA 的交通管理人員，并在 ETM 系統(tǒng)中共享，供所有運(yùn)營(yíng)商查看。他們起飛并爬升到 E 級(jí)巡航高度。
不久之后，在該國(guó)的另一邊，一架軍用飛機(jī)的飛行員正計(jì)劃向相反方向飛行。飛行員經(jīng)歷了相同的過(guò)程——不僅注意到 HALE 飛機(jī)和氣球，而且注意到朝他們方向飛來(lái)的商業(yè)超音速飛行。他們計(jì)劃了一條避開(kāi)空中交通的路線。
第二天，HALE 飛機(jī)的地面操作員通過(guò) ETM 收到通知，通信氣球?qū)⒁韵嗤母叨瓤拷麄兊娘w機(jī)。觀察到?jīng)]有計(jì)劃在 68,000 英尺高空通過(guò)的車(chē)輛，他們指示他們的研究飛機(jī)上升并避開(kāi)氣球。
然而，這個(gè)例子取決于 NASA 和行業(yè)將向 FAA 推薦的具體規(guī)則，以供可能的實(shí)施和最終執(zhí)行。榮格說(shuō)：“在進(jìn)行這些優(yōu)先考慮時(shí)，特定任務(wù)的限制將是一個(gè)因素。”
攜手合作
NASA 和 FAA 研究人員之間的合作會(huì)議正在確定制定程序和法規(guī)的需求和目標(biāo)，為未來(lái)的 E 類(lèi)空域用戶(hù)提供最佳解決方案。
“我們最近與 FAA 建立了一個(gè)研究過(guò)渡團(tuán)隊(duì)，幫助這些機(jī)構(gòu)共同努力將 ETM 提升到一個(gè)新的水平，”Jung 說(shuō)。“我們一直在定期會(huì)面，并開(kāi)始與潛在的行業(yè)合作伙伴進(jìn)行對(duì)話。”
正在考慮的另一個(gè)范圍是全球級(jí)別的可擴(kuò)展性。
作為 FAA 要求的一部分，必須將任何從美國(guó)領(lǐng)土發(fā)射的高空飛機(jī)通知其空中交通管理人員。但是，來(lái)自其他國(guó)家/地區(qū)的車(chē)輛不受相同要求的約束。
“有時(shí)，從其他國(guó)家和大陸發(fā)射的研究氣球會(huì)在幾周內(nèi)飄過(guò)整個(gè)陸地和海洋。考慮到全球規(guī)模，”榮格說(shuō)。
盡管 FAA 只監(jiān)管美國(guó)上空的天空，并且任何初始 ETM 系統(tǒng)都只會(huì)為美國(guó)空域創(chuàng)建，但理想的 ETM 模型可以擴(kuò)展到更大的系統(tǒng)——即全球空域——并且仍然可以實(shí)際無(wú)縫地運(yùn)行。
但首先，研究人員正在將研究和知識(shí)轉(zhuǎn)移到 ETM 的最佳實(shí)踐范圍。UTM 的許多協(xié)作原則都被用于 ETM 的應(yīng)用。
“在基礎(chǔ)層面，UTM 和 ETM 的工作方式類(lèi)似——確保即使在意圖層面，沖突也能得到解決，”Jung 說(shuō)。
作為空中交通管理 -空域運(yùn)營(yíng)和安全計(jì)劃中的探索項(xiàng)目的 一部分，ETM 和 UTM 都設(shè)想和試驗(yàn)新的概念和研究，以組織明天的天空。
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