De nouveaux systèmes CNS/ATM un enjeu de taille

Dans cette évo­lu­tion, le trans­port aérien joue un rôle cap­i­tal, et sa pro­gres­sion régulière résiste à toutes les crises : env­i­ron 5 % d’aug­men­ta­tion du traf­ic pas­sager chaque année pour l’Eu­rope, et de l’or­dre de 10 % pour la région Asie-Paci­fique. Pour l’Eu­rope, cela se traduit par un dou­ble­ment de capac­ité sur quinze ans, et pour l’Asie, c’est plutôt un dou­ble­ment sur huit ans ; ceci représente un énorme défi en par­ti­c­uli­er pour la zone à haute den­sité, délim­itée par Lon­dres — Ams­ter­dam — Franc­fort — Paris, qui va pro­gres­sive­ment s’é­ten­dre vers le sud.

C’est un défi en ter­mes de capac­ité et per­for­mances, de sûreté de fonc­tion­nement des sys­tèmes et de sécu­rité des vols et, égale­ment, en ter­mes de com­péti­tion et de coûts pour les com­pag­nies aéri­ennes et pour les passagers.

À cela, il faut ajouter la sen­si­bil­ité du pub­lic aux prob­lèmes de l’en­vi­ron­nement, et donc la dif­fi­culté d’ex­ten­sion ou de créa­tion d’aéro­ports en Europe, même si les niveaux de pol­lu­tion et de bruit des avions ont été con­sid­érable­ment réduits depuis quinze ans.

C’est dans ce con­texte exigeant qu’Airsys ATM, l’un des trois lead­ers mon­di­aux du domaine, pré­pare une nou­velle généra­tion de sys­tèmes CNS/ATM, c’est-à-dire de sys­tèmes de com­mu­ni­ca­tion, nav­i­ga­tion, sur­veil­lance et leur exploita­tion à tra­vers les sys­tèmes ATM de ges­tion du traf­ic aérien.

Une nouvelle génération ! Pourquoi ?

Une nou­velle généra­tion de sys­tèmes, qui s’ap­puient sur de nou­veaux con­cepts… pourquoi ?

Eh bien, tout sim­ple­ment parce que la généra­tion actuelle ne per­me­t­tra pas de répon­dre à la demande de dou­ble­ment de capac­ité et aux nou­veaux besoins des com­pag­nies de trans­port aérien.

Tout en con­ser­vant la même sécu­rité des vols, il va fal­loir réduire la dis­tance de sépa­ra­tion des avions en vol, sor­tir des routes aéri­ennes tra­di­tion­nelles définies par les balis­es de radion­av­i­ga­tion, mul­ti­pli­er les couloirs aériens, suiv­re les avions avec plus de pré­ci­sion, les iden­ti­fi­er en toute cer­ti­tude, plan­i­fi­er les vols en faisant abstrac­tion des secteurs de con­trôle et des fron­tières des États, donc des sys­tèmes nationaux, prévoir et résoudre les con­flits de tra­jec­toires bien plus tôt qu’au­jour­d’hui, per­me­t­tre des change­ments de routes faciles, et pren­dre les déci­sions en col­lab­o­ra­tion avec les dif­férents acteurs : con­trôleurs, pilotes, com­pag­nies aéri­ennes, autorités aéroportuaires…

Bref, il s’ag­it d’une évo­lu­tion majeure, dont l’en­jeu est la véri­ta­ble con­quête et la maîtrise de l’e­space aérien, depuis l’aéro­port et son envi­ron­nement immé­di­at, jusqu’à l’e­space ” en route “, qui mène aux aéro­ports plus lointains.

De nouvelles technologies en vue

Dans ce con­texte exigeant, des solu­tions sont envis­age­ables grâce aux pro­grès des télé­com­mu­ni­ca­tions, des tech­niques satel­li­taires et de la puis­sance infor­ma­tique qui peut se dif­fuser dans tous les sys­tèmes et équipements, et leur insuf­fler tou­jours plus de puis­sance et ” d’intelligence “.

Le con­cept qui s’im­pose, c’est le mail­lage infor­ma­tique entre le sol et le bord, c’est-à-dire entre les avions, les cen­tres de con­trôle du traf­ic, les aéro­ports et les cen­tres d’opéra­tion des com­pag­nies aéri­ennes, sans oubli­er les hommes (pilotes et con­trôleurs), qui restent et res­teront pour longtemps des mail­lons décisifs dans la boucle de sur­veil­lance, de plan­i­fi­ca­tion et de con­trôle du traf­ic aérien.

Trois axes de progrès

Dans ce con­texte, des pro­grès sig­ni­fi­cat­ifs sont en vue, dans cha­cun des domaines : C, N, S et ATM et nous y tra­vail­lons dans un cadre non seule­ment européen, mais aus­si mon­di­al, car l’idée de dévelop­per un FANS (Future Air Nav­i­ga­tion Sys­tem) a été adop­tée par l’Or­gan­i­sa­tion de l’avi­a­tion civile inter­na­tionale (OACI) dès 1983. Cepen­dant, sa mise en place se fait sur une base régionale, en par­tant de sit­u­a­tions et d’in­fra­struc­tures dif­férentes mais avec les mêmes types d’avions, pou­vant vol­er partout dans le monde et devant s’in­té­gr­er dans des chaînes CNS/ATM sim­i­laires et interopérables. En Europe, la Con­férence européenne de l’Avi­a­tion civile (36 pays) a lancé, dès 1990, le pro­gramme EATCHIP d’har­mon­i­sa­tion des sys­tèmes, qui ver­ra son achève­ment en l’an 2000 ; le pro­gramme EATMS, basé sur les nou­veaux con­cepts, pren­dra ensuite le relais jusqu’à l’hori­zon 2015.

Toute l’Eu­rope y tra­vaille, sous la coor­di­na­tion d’Eu­ro­con­trol et avec le sup­port de la Com­mis­sion européenne, en par­ti­c­uli­er pour les pro­grammes-cadres de recherche et développe­ment et aus­si grâce aux pro­grammes de sou­tien au développe­ment de réseaux transeu­ropéens (TEN).

Une meilleure surveillance

Pour la sur­veil­lance con­ti­nen­tale, le radar pri­maire reste l’outil néces­saire dans la zone d’ap­proche des aéro­ports et notre nou­velle généra­tion de radars, le STAR 2000, béné­fi­cie des pro­grès tech­nologiques en matière de traite­ment de sig­nal. Cepen­dant, le pro­grès le plus sig­ni­fi­catif est lié au développe­ment du radar sec­ondaire mode S et le pre­mier pro­gramme pré-opéra­tionnel (POEMS) a été lancé par Euro­con­trol avec le sup­port de l’Alle­magne, la Bel­gique, la France, la Hol­lande et le Royaume-Uni.

Le Mode S (Sélec­tif) autorise une iden­ti­fi­ca­tion unique de chaque aéronef par un code par­ti­c­uli­er (plus de 16 mil­lions d’adress­es disponibles), il per­met de retrans­met­tre au sol les don­nées de vol des avions grâce à la Sur­veil­lance enrichie, et il assure la com­mu­ni­ca­tion entre sol et bord par liai­son de don­nées des mes­sages gérés automa­tique­ment. Il per­met la mise en réseau des inter­ro­ga­teurs au sol assur­ant ain­si une opti­mi­sa­tion du suivi du vol de l’avion.

Le Mode S présente une con­ti­nu­ité de ser­vice avec les sys­tèmes actuels et offre ain­si des élé­ments uniques de sécu­rité et d’amélio­ra­tion de la ges­tion du traf­ic aérien.

Pour les zones à faible den­sité de traf­ic, zones océaniques ou zones déser­tiques, la solu­tion FANS qui s’im­pose, c’est l’u­til­i­sa­tion de la Sur­veil­lance dépen­dante automa­tique (ADS), qui per­met de com­mu­ni­quer automa­tique­ment au sol la posi­tion de l’avion (issue de la cen­trale iner­tielle ou cal­culée par satel­lites GPS) mais aus­si son plan de vol et des don­nées spé­ci­fiques locales, cap­tées par l’avion, telles que les don­nées météorologiques. Ceci, évidem­ment, sup­pose un moyen de com­mu­ni­ca­tion qui peut être, par exem­ple, le satel­lite ou les tech­niques radio VHF.

Une révolution dans la navigation

Vil­nius, Litu­anie, radar pri­maire d’ap­proche TA 10 MTD avec radar sec­ondaire RMS 970 © AIRSYS ATM

Pour la nav­i­ga­tion, c’est évidem­ment l’avène­ment du satel­lite qui ouvre le plus de per­spec­tives de change­ments. Les Sys­tèmes GNSS de nav­i­ga­tion par satel­lite (Glob­al nav­i­ga­tion satel­lite sys­tem) s’ap­puient sur des con­stel­la­tions de satel­lites lancés pour des appli­ca­tions mil­i­taires ; ce sont les GPS améri­cains et GLONASS russ­es, des con­stel­la­tions de 24 satel­lites, qui gravi­tent autour de la Terre et per­me­t­tent à chaque instant de se repér­er par tri­an­gu­la­tion. Ces sys­tèmes ont d’abord été lancés à des fins mil­i­taires, pour servir aux posi­tion­nements relat­ifs des unités mil­i­taires en opération.

Ils ne répon­dent pas for­cé­ment aux exi­gences de la nav­i­ga­tion aéri­enne en ter­mes de pré­ci­sion, de cou­ver­ture de ser­vice et d’in­tégrité, et néces­si­tent donc des com­plé­ments util­isant notam­ment des sta­tions de cor­rec­tions dif­féren­tielles au sol, des moyens de com­mu­ni­ca­tion et des équipements de bord. Ces com­plé­ments en cours d’é­tude s’ap­pel­lent WAAS aux États-Unis, MSAS au Japon et EGNOS en Europe. Ce sont des sys­tèmes à l’échelle d’un con­ti­nent qui cou­vrent la plu­part des besoins de nav­i­ga­tion, à l’ex­cep­tion de l’ap­proche de grande pré­ci­sion. Dans ce cas, des com­plé­ments locaux (LADGPS) s’avèrent néces­saires pour sat­is­faire les exi­gences d’ap­proche de pré­ci­sion des caté­gories II ou III.

EGNOS (Euro­pean Geo­sta­tion­ary Over­lay Ser­vice), le pro­jet européen, a été lancé par l’A­gence spa­tiale européenne en 1994 ; il s’ap­puie sur les deux sys­tèmes GPS et GLONASS, d’une part pour amélior­er les per­for­mances glob­ales et, d’autre part, pour réduire le fac­teur de dépen­dance par rap­port à un seul système.

De plus, EGNOS s’ap­puie sur deux satel­lites géo­sta­tion­naires de com­mu­ni­ca­tions INMARSAT III, qui cou­vrent l’ensem­ble de l’Eu­rope et ses approches. Ces satel­lites, équipés de transpon­deurs, vont relay­er des sig­naux de mesure de dis­tances, de cor­rec­tions dif­féren­tielles et d’in­tégrité vers les util­isa­teurs équipés de récep­teurs EGNOS, ces util­isa­teurs pour­ront être du domaine aérien, mar­itime ou terrestre.

Le déploiement d’EG­NOS est prévu par étape avec notam­ment, en l’an 2000, la four­ni­ture d’une pre­mière grande capac­ité opéra­tionnelle (AOC).

Dans sa ver­sion finale (FOC), EGNOS fourni­ra des per­for­mances de nav­i­ga­tion com­plète, allant jusqu’à 350 pieds de pré­ci­sion en approche et assur­ant un niveau ” CAT 1 ” pour l’at­ter­ris­sage des avions.

© AIRSYS ATM

L’élément décisif : le maillage

Dans le domaine des com­mu­ni­ca­tions et de leurs appli­ca­tions aéro­nau­tiques, c’est là que se situe un élé­ment clé pour la mise en place des nou­veaux con­cepts : cette approche est indis­pens­able parce que, aujour­d’hui, trop d’échanges sont réal­isés à la voix ce qui induit une grande perte de temps dans la coor­di­na­tion, y com­pris pour des tâch­es de rou­tine, qui peu­vent par­faite­ment être pris­es en compte par l’in­for­ma­tique. Par ailleurs, l’au­toma­ti­sa­tion des échanges entre les cal­cu­la­teurs de bord de l’avion et les dif­férents com­posants au sol doit per­me­t­tre l’amélio­ra­tion de la nav­i­ga­tion, une plus grande sou­p­lesse dans la plan­i­fi­ca­tion et la ges­tion des vols, une meilleure con­nais­sance mutuelle de la sit­u­a­tion aéri­enne et des inten­tions d’évo­lu­tion. C’est donc la base néces­saire pour une meilleure occu­pa­tion de l’e­space aérien et égale­ment pour la ratio­nal­i­sa­tion du coût des opérations.

Le sys­tème futur, ” l’Aero­nau­ti­cal Telecom­mu­ni­ca­tion Net­work ” (ATN), est basé sur une infra­struc­ture adap­tée aux besoins spé­ci­fiques de l’aéro­nau­tique en ter­mes de per­for­mances, qual­ité de ser­vices et intégrité néces­saires à la sécu­rité des activ­ités aériennes.

Le réseau ” sol-sol ” est con­sti­tué d’un réseau AFTN/CIDIN (Aero­nau­ti­cal Fixed Telecom­mu­ni­ca­tion Network/ Com­mon ICAO Data Inter­change Net­work), de réseaux spé­ci­fiques des com­pag­nies aéri­ennes et de réseaux privés.

Le réseau air-sol s’ap­puie sur dif­férents types de sous-réseaux pos­si­bles, à savoir, les radios VHF et HF, les satel­lites de com­mu­ni­ca­tions et le radar Mode S. La par­tie aéro­portée com­prend essen­tielle­ment les unités de ges­tion des com­mu­ni­ca­tions (CMU) et les bus de trans­fert de ces don­nées. L’in­ter­con­nex­ion avec le monde extérieur des com­mu­ni­ca­tions s’ef­fectuera à tra­vers des passerelles spécifiques.

Le tra­vail de recherche et développe­ment de l’ATN a com­mencé dès 1990 en Europe et des essais et expéri­men­ta­tions ont été lancés avec l’aide de la Com­mis­sion européenne, d’Eu­ro­con­trol et de quelques admin­is­tra­tions-pilotes. On peut citer notam­ment les pro­jets ” Tri­al ATN Routers ” (TAR) et ” Tri­als End Sys­tem ” (TES), PETAL, PHARE, ADS Europe et EOLIA pour des expéri­men­ta­tions aéroportées.

Un réseau-pro­to­type est actuelle­ment en cours de déploiement en Europe à tra­vers le pro­jet ” Pro-ATN ” et ses dif­férents sites de val­i­da­tion à Ban­nemouth (GB), Lan­gen (Alle­magne), Ams­ter­dam, Toulouse et Paris.

Le pro­jet EOLIA, qui traite essen­tielle­ment des appli­ca­tions aéro­nau­tiques, sera cou­plé à Pro-ATN et don­nera lieu notam­ment à de nom­breuses démon­stra­tions en 1999, à l’oc­ca­sion du Salon aéro­nau­tique du Bour­get. La réal­i­sa­tion du réseau ATN est donc bien avancée et elle donne lieu à de nom­breuses coopéra­tions transatlantiques.

La déci­sion de déploiement reste à pren­dre mais la plu­part des élé­ments néces­saires au puz­zle sont désor­mais en place.

L’exploitation au sol… ou à bord ?

Fort d’une infra­struc­ture CNS puis­sam­ment ren­for­cée, le monde de l’aéro­nau­tique est désor­mais en mesure d’amélior­er rad­i­cale­ment l’ex­ploita­tion avec, en par­ti­c­uli­er, l’ob­jec­tif de dou­bler la capac­ité, de réduire le risque d’ac­ci­dents et de réduire bien sûr les coûts. L’ensem­ble de ce tra­vail reste forte­ment organ­isé autour des con­trôleurs, des pilotes, des opéra­teurs des com­pag­nies aéri­ennes et des aéroports.

Par con­séquent, l’in­ter­face homme-machine reste un élé­ment-clé des per­for­mances et de la sécu­rité des vols.

Un tra­vail impor­tant est actuelle­ment en cours de développe­ment et de val­i­da­tion pour l’aide aux con­trôleurs ; il s’ag­it de sys­tèmes de pré­dic­tion et de négo­ci­a­tion de tra­jec­toires, de pré­dic­tion et d’aide à la réso­lu­tion de con­flits, de sys­tèmes d’aide à la déci­sion pour les con­trôleurs, de tri et de présen­ta­tion des infor­ma­tions pertinentes.

De plus, un gros tra­vail est en pré­pa­ra­tion pour la réal­i­sa­tion de nou­veaux sys­tèmes de traite­ment des plans de vol. Il s’ag­it notam­ment de rénover les archi­tec­tures pour pré­par­er les nom­breuses évo­lu­tions prévis­i­bles dans les vingt années à venir. Il s’ag­it aus­si d’or­gan­is­er le tra­vail de plan­i­fi­ca­tion, non plus au niveau d’un ou deux secteurs de con­trôle, mais plutôt au niveau de l’Eu­rope, ceci devant per­me­t­tre de ratio­nalis­er les opéra­tions de trans­fert de respon­s­abil­ité et de lim­iter les con­flits en les antic­i­pant au maximum.

Par ailleurs, on peut imag­in­er, dans un avenir plus loin­tain, un cer­tain trans­fert de respon­s­abil­ité dans la réso­lu­tion des con­flits et le choix des tra­jec­toires, vers l’avion. Ceci sera tech­nique­ment pos­si­ble grâce à l’ATN, mais à con­di­tion de ne pas devoir rajouter un siège de con­trôleur auprès du pilote !…

Une volonté pour un résultat global

Voici quelques grandes lignes d’ac­tion pour un indus­triel comme Airsys ATM, qui s’ef­force de fédér­er les éner­gies de l’in­dus­trie européenne et relève le défi de la com­péti­tion mon­di­ale, essen­tielle­ment représen­tée par deux grands indus­triels américains.

Ceci nous oblige à inve­stir et à nous impli­quer dans la plu­part des axes de recherch­es, car ce que nos clients atten­dent de plus en plus, c’est un ser­vice clé en main pour l’ensem­ble de la chaîne CNS-ATM, un ser­vice où les hommes et les machines ont trou­vé leurs places dans la boucle et où ils col­la­borent har­monieuse­ment et effi­cace­ment, et per­me­t­tent ain­si d’at­tein­dre les per­for­mances glob­ales attendues.

Les solu­tions sont en vue, mais des déci­sions per­ti­nentes sont à pren­dre rapi­de­ment et elles exi­gent les out­ils de déci­sion col­lec­tive que sont les plate­formes de val­i­da­tion et de démon­stra­tion pré-opéra­tionnelle. Ces out­ils se met­tent en place progressivement.

Ain­si, avec la volon­té des hommes, un new deal est pos­si­ble pour le développe­ment du trans­port aérien.

C’est une con­di­tion néces­saire pour un nou­veau pro­grès dans l’his­toire de l’humanité.

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