Innovative Future Air Transport System

1. Demain Aujourd'hui ? Innovative Future Air Transport System

2. Que pense l’opinion publique du transport aérien automatisé ? • conférences dans des lycées d'Ile de France : « les voyageurs de 2040 » • conférence à l'Onera : « les spécialistes aéronautiques » • conférence-débat d’aujourd’hui : « le large public »

3. Le transport aérien aujourd’hui Des compagnies aériennes • 230 d’entre-elles sont regroupées au sein de l’IATA (International Air Transport Association ) • Lignes régulières • Charter • Low cost

4. Le transport aérien aujourd’hui Des avions • Court courrier : CRJ et ATR • Moyen courrier : A320 • Long courrier : B777, A380

5. Le transport aérien aujourd’hui Des avions • Certification et entretien

6. Le transport aérien aujourd’hui Des « PNC » et des « PNT » • Personnel Navigant Commercial • Steward et hôtesse • Chef de cabine • Personnel Navigant Technique • Copilote • Commandant de bord

7. Le transport aérien aujourd’hui Des « PNC » et des « PNT » • Une sélection initiale • Une éducation • Un entraînement

8. Le transport aérien aujourd’hui Un système de contrôle aérien et des contrôleurs • L’aéroport • « ATIS », « sol » et « tour » • L’approche • En route

9. Le transport aérien aujourd’hui Un système de contrôle aérien et des contrôleurs • Plan de vol, « slot » et « strip » • Radar de guidage et de surveillance au sol

10. Le transport aérien aujourd’hui Notions de : “Séparation” “Anti-collision”

11. Le transport aérien aujourd’hui Un système de contrôle aérien et des contrôleurs • A bord des avions : • Transpondeurs • TCAS (Traffic collision avoidance system)

12. Le transport aérien aujourd’hui Le bilan • Impact environnemental de l’aviation de transport important • Trajectoires pas vraiment optimisées • Longues attentes sur les taxiways • Circuit d’attente en vol • Saturation de l’espace aérien probable à court terme • Croissance du trafic aérien • Limitation de l’humain dans le traitement des vols • Sécurité et sûreté perfectibles • Défaillances techniques • Défaillances humaines • Terrorisme

13. Accidents par cause primaire Boeing - 2005 Accidents avec destruction de l’avion – Flotte de jets commerciaux 1996 à 2005

14. Accidents par cause primaire 27 août 2006 49 morts, 1 survivant

15. Mais les pilotes ont aussi sauvé des avions ! Dommages sur radôme avec perte d’informations anémométriques (vitesse, incidence) : • capacité de réaction à l’imprévu • savoir-faire pilote

16. l’aviation militaire, Plus de pilotes, et permettant d’intégrer facilement les drones partageant l’espace aérien avec l’aviation générale, ni de contrôleurs, remplacés par des opérateurs sol Une réflexion sur un concept de système de transport aérien révolutionnaire

17. Le projet IFATS

18. DLR, Allemagne • DSNA, France • CIRA, Italie • ONERA - France En quelques mots… • Consortium multinational : • IFATS est un STREP du 6ème PCRD financé par la Commission Européenne : • Début : juillet 2004, fin : juin 2007 • EADS, France • IAI, Israël • Thales, France • Alenia, Italie • Erdyn, France • Université de Patras, Grèce • Technion, Israel Institute of Technology

19. Méthodologie du projet IFATS

20. Deux constats… • Nous ne pouvons pas savoir ce que sera le système de transport aérien à long terme avant d’avoir étudié les solutions potentielles • Les solutions fondées sur une évolution “lisse” du système actuel ne peuvent être valides que pour le court terme

21. L’adoption d’une méthode de travail : • Étudier une solution “révolutionnaire” tirant le meilleur parti de l’automatisation et des capacités humaines • Évaluer sa faisabilité (technique, sociale, légale…) • Analyser ses avantages et inconvénients • Conclure sur des évolutions possibles/acceptables du STA

22. “Notions clés” d’IFATS

23. IFATS – l’organisation de base Acteurs du segment air Acteurs du segment sol

24. Des “tubes 4D” dans un espace aérien en 4D Les contrats 4D sont définis pour éviter que 2 avions se retrouvent au même endroit au même moment, par des ajustements de vitesse et/ou de trajectoire contrats 4D

25. Bulles de sécurité et de liberté Ces contrats 4D sont générés pour que la séparation entre les avions soit toujours respectée Free Flight Vol totalement contraint

26. Définition du concept IFATS

27. Histoire d’un vol • Génération des contrats 4D • Au niveau mondial, basée sur les demandes des compagnies aériennes, sur la capacité de l’espace aérien et des aéroports • Génération de trajectoires sans conflit  contrats 4D • Départ • Le contrat 4D est mis à jour juste avant le vol (pendant l’embarquement des passagers) • Un “slot” de départ est assigné lorsque l’avion est prêt • L’avion se rend automatiquement sur la piste et décolle sans attente • La séquence de décollage est optimisée (taille des avions, poids, performances) • En route • L’avion suit son contrat 4D, ou en demande un autre si nécessaire • Arrivée • Atterrissage automatique au plus près de la porte de débarquement

28. Une architecture en réseaux Réseaux locaux Réseau global

29. 4D contracts requests 4D contracts information 4D contracts offers Constraints/capacity 4D contracts information Aeronautical information Constraints/ capacity Le planning stratégique • Il représente le niveau “stratégique” de l’organisation du trafic • Durant une certaine période • Au niveau mondial si possible, au moins continental • Génération des contrats 4D • Les contrats 4D sont mis à jour juste avant les vols

30. Nouveau contrat 4D Demande de mise à jour du contrat 4D Données météo Nouveau contrat 4D Demande de mise à jour du contrat 4D Opérations nominales « tactiques »

31. Gestion des pannes Action humaine Automatique Cas 2: pas de stratégie implémentée Cas 1: stratégie implémentée

32. Gestion des urgences • Temps insuffisant pour une renégociation du contrat au niveau système global • L’avion en détresse utilise l’information à sa disposition sur le trafic local • Il génère et diffuse lui-même une trajectoire sûre (contrat 4D temporaire) pour le court terme Surveillé

33. Segments Air et Sol

34. Le segment sol • Acteurs • Architecture • Stations-sol réparties géographiquement • Passages de main successifs

35. Le segment air L’avion “IFATS”, géré par un « E-FMS » ?

36. Validation de la faisabilité de contrats 4D pérennes :Analyse de l’impact météorologique sur la stabilité des contrats 4D

37. 2000 NM 2100 NM 2860 NM Zone simulée

38. Imprécision de la prévision • Les déviations temporelles augmentent au cours du vol, d’autant plus que les départs ne bénéficient pas de prévision météorologique récente • La possibilité de contrôler la vitesse et la taille des bulles en fonction du trafic diminue l’impact de la météo sur la stabilité des contrats • Le taux de replanification peut être déterminé pour des paramètres du système donnés : taux de rafraîchissement de la prévision météo, variation possible de M, taille de la bulle, durée du vol, etc.

39. Évitement des phénomènes météo imprévus • Perception autonome des phénomènes météorologiques pouvant être rencontrés par l’avion • Orage • Évitement de ces phénomènes • À l’intérieur de la bulle de liberté • En demandant un nouveau contrat 4D

40. Évaluation du comportement des automates par simulation(Cas nominal et pannes)

41. Simulation du décollage

42. Réseaux de communication locaux et globaux Liaisons de données

43. Réseau global : les liaisons air-sol • L’architecture du réseau a été définie et validée par simulation • Un réseau centralisé TDMA lie les stations sol • Les avions sont en liaison simultanée avec plusieurs stations–sol (au moins 3) • La politique de qualité de service est fondée sur des notions de priorité en besoin de liaison • La bande passante nécessaire et les latences ont été évaluées en fonction des besoins en débit

44. Réseaux locaux : les liaisons air-air • L’architecture des réseaux locaux a été définie et validée par simulation : • Réseau distribué STDMA • La politique de qualité de service est fondée sur des notions de priorité fonction de la distance • Si deux avions sont proches les uns des autres, les messages sont envoyés très fréquemment • Les avions distants exploitent la bande passante résiduelle

45. Système de séparation et d’anti-collision autonome(en supplément au TCAS actuel)

46. La fonction « voir et éviter » Concept IFATS : • tout l’espace aérien utilisé est « dans le système » • tous les avions utilisant « régulièrement » cet espace sont coopératifs : ils diffusent leurs contrats 4D. • Les conflits sont résolus au niveau de l’ATSM • néanmoins, des avions non-coopératifs, qui devraient se trouver hors espace IFATS, peuvent s’y trouver (erreur pilote ou ATC)

47. Résolution autonome de conflit Avions IFATS totalement automatisés : autonomes pour gérer la séparation et l’anti-collision • en cas de défaillance de l’ATC • en cas d’urgence (panne du segment sol, perte de la liaison de données, feu à bord…) • en cas d’intrusion d’avions non-coopératifs

48. Analyse de sécurité

49. Résultats et conclusions • La corruption de données est une des causes majeures de l’occurrence de risques d’une sévérité de classe I • Les information doivent circuler librement et être protégées de la corruption ou d’un accès extérieur • Des mesures doivent être prises pour éviter la corruption des données transférées • Le cryptage et la technologie “check-sum” (déjà disponible) peuvent être utilisés • De nombreux risques concernant la perte d’une fonction peuvent être gérés en utilisant des redondances dans les systèmes

50. Résultats et conclusions : segment sol • Points-clés de la sécurité du segment sol : • Sécurité des liaisons de données • Calcul distribué • Redondance des systèmes • Sécurité des bases de données • Éléments clés du segment sol : • Rôle de l’humain et interfaces humain /système • Planning tactique et base de données aéronautique • Objectifs de sécurité pour le segment sol : • I Catastrophique: 10-11 • II Dangereux: 10-9