Warum die Flugsicherung im Zeitalter der KI immer noch den menschlichen Touch braucht

Nach stundenlangem Routinebetrieb erhält ein Fluglotse einen Funkruf von einem Kleinflugzeug, dessen Cockpitanzeigen nicht bestätigen können, dass das Fahrwerk des Flugzeugs zur Landung ausgefahren ist.

Der Lotse sorgt dafür, dass der Pilot tief am Turm vorbeifliegt, damit er das Fahrwerk des Flugzeugs visuell überprüfen kann. Alles scheint gut. „Es sieht so aus, als ob Ihre Ausrüstung ausgefallen ist“, sagt der Fluglotse dem Piloten.

Der Fluglotse ruft die Löschfahrzeuge des Flughafens auf, für alle Fälle einsatzbereit zu sein, und das Flugzeug kehrt zurück, um sicher zu landen. Szenarien wie dieses spielen sich regelmäßig ab.

Im Flugsicherungssystem muss alles höchste Sicherheitsstandards erfüllen, aber nicht alles läuft nach Plan.

Vergleichen Sie dies mit der immer noch Science-Fiction-Vision zukünftiger „Piloten“ mit künstlicher Intelligenz, die autonome Flugzeuge fliegen, komplett mit einem autonomen Flugsicherungssystem, das Flugzeuge so einfach handhabt wie Router, die Datenpakete im Internet transportieren.

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und habe eine vom Kongress in Auftrag gegebene Studie der National Academies über die Besetzung von Fluglotsen geleitet.

Forscher arbeiten kontinuierlich an neuen Technologien, die Elemente des Flugsicherungssystems automatisieren. Die Technologie kann jedoch nur die Funktionen ausführen, die während ihres Entwurfs geplant sind, und daher keine Standardverfahren ändern.

Wie das obige Szenario zeigt, dürfte der Mensch noch lange ein notwendiger zentraler Bestandteil der Flugsicherung bleiben.

Was Fluglotsen tun

In den grundlegenden Leitlinien der Federal Aviation Administration zur Verantwortung von Fluglotsen heißt es: „Der Hauptzweck des Flugverkehrskontrollsystems besteht darin, eine Kollision von Flugzeugen zu verhindern.“

Fluglotsen haben außerdem die Aufgabe, für „einen sicheren, geordneten und zügigen Ablauf des Flugverkehrs“ und andere sicherheitsfördernde Dienste zu sorgen, beispielsweise indem sie Piloten dabei helfen, Berge und anderes gefährliches Gelände sowie gefährliches Wetter so weit wie möglich zu meiden.

Die Aufgaben von Fluglotsen sind unterschiedlich. Tower-Controller sorgen für die lokale Steuerung, die Flugzeuge zum Starten und Landen freigibt und dafür sorgt, dass sie sicher voneinander entfernt sind.

Sie sorgen auch für die Bodenkontrolle, leiten Flugzeuge zum Rollen und informieren die Piloten am Tag vor dem Flug über Flugpläne und mögliche Sicherheitsbedenken.

Die Fluglotsen werden durch einige Displays unterstützt, schauen aber meist von den Türmen aus nach draußen und sprechen über Funk mit den Piloten.

Auf größeren Flughäfen mit Fluglotsen der FAA zeigen Bodenüberwachungsdisplays den Fluglotsen die Flugzeuge und andere Fahrzeuge am Boden des Flugplatzes.

Anflug- und Streckenlotsen hingegen sitzen vor großen Displays in dunklen und ruhigen Räumen. Sie kommunizieren mit Piloten über Funk.

Ihre Displays zeigen Flugzeugstandorte auf einer Kartenansicht mit wichtigen Merkmalen der Luftraumgrenzen und -routen.

Die 21 Streckenkontrollzentren in den USA regeln den Verkehr zwischen und über Flughäfen und fliegen daher typischerweise mit höheren Geschwindigkeiten und Höhen.

Fluglotsen in Anflugkontrolleinrichtungen überführen abfliegende Flugzeuge nach dem Start aus der örtlichen Kontrolle und in den Streckenluftraum.

Auf ähnliche Weise nehmen sie ankommende Flugzeuge aus dem Luftraum auf dem Weg auf, richten sie auf den Landeanflug aus und übergeben sie an die Fluglotsen des Towers. Ein Controller an jedem Display verwaltet den gesamten Datenverkehr innerhalb eines Sektors.

Die Größe der Sektoren kann von einigen wenigen Kubikmeilen, bei denen der Schwerpunkt auf der Reihenfolge der Landung von Flugzeugen auf einem verkehrsreichen Flughafen liegt, bis zu Streckenabschnitten mit einer Größe von mehr als 30.000 Kubikmeilen (125.045 Kubikkilometern) variieren, in denen nur wenige Flugzeuge fliegen.

Wenn in einem Sektor viel los ist, könnte ein zweiter und sogar dritter Controller helfen, oder der Sektor könnte in zwei Teile geteilt werden, wobei ein anderes Display- und Controller-Team den zweiten verwaltet.

Wie Technologie helfen kann

Fluglotsen haben einen stressigen Job und sind Ermüdung und Informationsüberflutung ausgesetzt.

Die Besorgnis der Öffentlichkeit über eine wachsende Zahl von Engpässen hat die veraltete Technologie und den Personalmangel ins Rampenlicht gerückt, der dazu geführt hat, dass Fluglotsen obligatorische Überstunden leisten müssen.

Neue Technologien können helfen, diese Probleme zu lindern. Das Flugsicherungssystem integriert neue Technologien auf verschiedene Weise.

Die NextGen-Lufttransportsysteminitiative der FAA stellt den Fluglotsen mehr – und genauere – Informationen zur Verfügung.

Die Displays der Fluglotsen zeigten ursprünglich nur die Radarverfolgung. Sie können jetzt alle bekannten Daten zu jedem Flug innerhalb des Modernisierungssystems für die Streckenautomatisierung nutzen.

Dieses System integriert Radar, automatische Positionsberichte von Flugzeugen über automatisch abhängige Überwachungssendungen, Wetterberichte, Flugpläne und Flugverläufe.

Systeme helfen dabei, Fluglotsen auf potenzielle Konflikte zwischen Flugzeugen oder Flugzeugen aufmerksam zu machen, die sich zu nahe an hochgelegenen Flächen oder Bauwerken befinden, und geben den Fluglotsen Vorschläge, wie sie die Flugzeuge in einen reibungslosen Verkehrsfluss einordnen können.

In seiner Aussage vor dem US-Senat am 9. November 2023 über die Flughafensicherheit sagte Timothy Arel, Chief Operating Officer der FAA, dass die Regierung mehrere Flugsicherungssysteme entwickelt oder verbessert.

Forscher nutzen maschinelles Lernen, um Aspekte des Flugverkehrs und der Flugsicherung zu analysieren und vorherzusagen, einschließlich des Flugverkehrsflusses zwischen Städten und des Verhaltens von Fluglotsen.

Wie Technologie die Dinge komplizieren kann

Neue Technologien können auch tiefgreifende Veränderungen in der Flugsicherung in Form neuer Flugzeugtypen bewirken.

Aktuelle Vorschriften beschränken beispielsweise unbemannte Flugzeuge meist auf den Flug in einer Höhe von weniger als 400 Fuß (122 Meter) über dem Boden und abseits von Flughäfen.

Hierbei handelt es sich um Drohnen, die von Ersthelfern, Nachrichtenorganisationen, Vermessern, Lieferdiensten und Hobbyisten eingesetzt werden.

Einige aufstrebende Unternehmen für unbemannte Flugzeuge schlagen jedoch vor, im kontrollierten Luftraum zu fliegen. Einige planen, ihre Flugzeuge auf regulären Flugrouten fliegen zu lassen und normal über Sprachfunk mit den Fluglotsen zu interagieren.

Dazu gehören Reliable Robotics und Xwing, die unabhängig voneinander an der Automatisierung der Cessna Caravan, einem kleinen Frachtflugzeug, arbeiten.

Andere zielen auf neue Geschäftsmodelle wie Advanced Air Mobility, das Konzept kleiner, hochautomatisierter Elektroflugzeuge – zum Beispiel elektrische Flugtaxis.

Dies würde völlig unterschiedliche Routen und Verfahren für die Abwicklung des Flugverkehrs erfordern.

Erwarte das Unerwartete

Der Arbeitsalltag eines Fluglotsen kann durch ein Flugzeug gestört werden, das eine besondere Handhabung erfordert. Dies kann von einem Notfall bis zur vorrangigen Abfertigung von medizinischen Flügen oder Air Force One reichen.

Den Fluglotsen wird die Verantwortung und die Flexibilität übertragen, die Art und Weise, wie sie ihren Luftraum verwalten, anzupassen. Die Anforderungen an die vorderste Front der Flugsicherung passen kaum zu den Fähigkeiten der KI.

Die Menschen gehen davon aus, dass der Flugverkehr weiterhin das sicherste, komplexeste und hochtechnologischste System aller Zeiten sein wird.

Dieser Standard wird dadurch erreicht, dass Verfahren eingehalten werden, wenn dies praktisch möglich ist, was KI leisten kann, und indem sie sich anpasst und ein gutes Urteilsvermögen anwendet, wann immer etwas Ungeplantes passiert oder eine neue Operation durchgeführt wird – eine bemerkenswerte Schwäche der heutigen KI.

Tatsächlich ist der Beitrag der Fluglotsen zur Sicherheit am größten, wenn die Bedingungen am schlimmsten sind – wenn die Fluglotsen herausfinden, wie sie mit Flugzeugen bei schwerwiegenden Problemen, Flughafenkrisen oder großflächigen Luftraumsperrungen aufgrund von Sicherheitsbedenken oder Infrastrukturausfällen umgehen sollen.

Außerdem fliegen Fluglotsen das Flugzeug nicht. Sie kommunizieren und interagieren mit anderen, um das Flugzeug zu steuern, und daher besteht ihre Aufgabe grundsätzlich darin, als Teil eines Teams zu dienen – eine weitere bemerkenswerte Schwäche der KI.

Als Ingenieur und Designer freue ich mich am meisten über das Potenzial der KI, die großen Datenaufzeichnungen vergangener Flugverkehrsabläufe zu analysieren.

Zum Beispiel effizientere Flugrouten. Als Pilot bin ich jedoch froh, die ruhige Stimme eines Fluglotsen im Funk zu hören, die mir hilft, schnell und sicher zu landen, falls ich ein Problem habe.

Empfehlungen der Redaktion:

• KI-Deepfakes feiern mit Bidens Robocall ihr politisches Debüt
• Datenschutz ist, wie Elternschaft, eine kollektive Anstrengung
• Das Überleben von ChatGPT steht in der Klage der New York Times auf dem Spiel
• ChatGPT und andere Sprach-KIs sind genauso irrational wie wir

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde von Amy Pritchett, Professorin für Luft- und Raumfahrttechnik, Penn State, verfasst und von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.