UAM運行概念2.0版(FAA)(連載四)

4.4 UAM走廊

如前所述,UAM的初始運行預計將利用當前監管框架(如VFR、IFR)中的靈活性來滿足其運行和任務需求。隨著時間的推移,UAM運行的數量預計會增加,運行人希望進行運行的特定區域/地點可能會擴展,航空器能力(如裝備、性能)可能會提高。走廊可以提供響應新水平和新類型服務需求的機會,在不對當前服務水平產生不利影響的情況下充分利用航空器的能力。

UAM走廊的概念設想瞭安全、高效的UAM運行,這些運行在某些情況下可能不需要傳統的空中交通管制服務,對配備瞭適當設備滿足性能要求的航空器來說是可用的,並將在對運行有利的情況下創建和實施。UAM走廊可以通過提高能力(如航空器性能)、UAM走廊結構和UAM程序來幫助支持不斷提高的運行節奏。在UAM交通水平增加的情況下,UAM走廊可能是一種機制,用於區分和保持適用於UAM運行的不同監管框架之間的隔離,即適用於UAM運行的監管框架對當前(例如IFR、VFR)或UTM規章下運轉的那些監管框架。

UAM走廊的設計應與適用的環境考慮因素相稱,並可在運行有利的地區實施。UAM走廊可穿過所有類別的空域。預計UAM走廊可能在具有初始UAM運行所用各類結構(例如VFR航線、IFR)的各種地點和空域類別中同時存在。

在UAM走廊內運行可能會有運行性能和參與要求,例如UAM運行意圖共享、UAM走廊內部防沖突。UAM走廊的性能和參與要求可能因隨UAM走廊的不同而變化。此外,性能要求和UAM走廊定義(如范圍、地點)為大多數UAM非標稱運行提供支持,UAM航空器可以在這裡安全地完成運行。任何滿足UAM走廊性能和參與要求的運行人都可以在UAM走廊內運行或穿越UAM走廊。隨著UAM走廊概念、具體特點、使用和要求的成熟,未參與合作環境(如通用航空)的航空器或運行人穿越UAM走廊仍然是一個待探索領域。隨著對UAM走廊幾何形狀的更好理解,利益相關者可以對UAM走廊穿越點(交叉口)的基本要素進行分析。

UAM走廊定義可供利益相關者進行計劃和運行使用。空中交通管制將參與空中交通管制負責空域的UAM走廊的實施和執行。其他NAS用戶將通過熟悉與飛行計劃或ATC飛行計劃批準或建議相關的空域來瞭解UAM走廊。UAM走廊設計考慮事項應包括:

1.在保持所有運行人權益的同時,將對現有ATS和UTM運行的影響降至最低。

2.公眾利益相關者的需求(例如,當地環境和噪音、安全、安保)。

3.利益相關者應用(例如,客戶需求)。

UAM走廊的可用性(如開放、關閉)將依據ATC的運行設計(如附近機場構型和變更)。UAM走廊的可用性可以通過聯合服務網絡傳達給PSU和UAM運行人。除瞭ATC確定的UAM走廊可用性外,PSU還確定瞭UAM走廊的狀態,以識別UAM走廊內是否有一個或多個UAM運行正在進行中。UAM走廊的使用信息可供FAA或其他利益相關者使用,以建立情景意識。

最初,UAM走廊可能支持點對點的UAM運行。隨著UAM運行的演進,UAM走廊可能會被分段和連接,以便在各點(例如,垂直起降場)之間形成更復雜、高效的可用航線網絡。圖3顯示瞭少量點對點的UAM走廊。

圖3:概念上的多個UAM走廊

4.4.1 UAM走廊入口/出口點(CEP)

一些UAM運行可能完全在合作環境中進行。然而,大多數運行預計將穿越所有這兩種服務環境(即ATS和xTM[UAM])。走廊入口/出口點(CEP)是指航空器從一個環境穿越到另一個環境的空間定義點。

可以在UAM走廊內“建立”CEP,它們被定義為UAM走廊的一部分。一個例子是建立的點在UAM走廊兩端,這些點作為UAM走廊定義和描述的一部分被定義和傳播。它們也可以是“運行定義的”,即這些點是服務環境(即ATS和xTM[UAM])之間邊界上的空間點,在已接受但尚未建立的意圖或軌跡上。

有關CEP使用的具體要求或限制可在適用的COP和監管框架中解決。進入或離開UAM走廊的航空器必須滿足其打算在UAM走廊外部使用空域(例如,B、C、D、E類)的要求。

4.4.2 沖突管理和間隔

NAS中的沖突管理包括空域組織和管理的戰略活動。在某些情況下,當運行有利時,UAM走廊可以在沒有傳統ATC服務的情況下實現UAM運行。UAM走廊內的運行間隔可以通過戰略和戰術防沖突方法的一種分層方式來實現。戰略防沖突設想瞭飛行意圖共享,並合作執行與防沖突相關的COP。在後期階段,依靠V2V數據交換指導航空器間隔執行的能力也可能足夠成熟,以致於可以實際應用。

在UAM走廊內運行時,為瞭實現戰略和戰術防沖突,FAA法規和COP對相關參與者之間的互動方式提供瞭指導。UAM運行人仍然負責安全運行,包括相對於其他航空器、天氣、地形和危險的運行,並避免不安全條件。UAM間隔是通過共享UAM運行意圖、共享意識、戰略飛行意圖防沖突和建立程序規則來實現的。

雖然UAM走廊內的戰略防沖突可能發生在UAM運行意圖計劃期間,但可能仍需要飛行中的協調、共享和戰術防沖突。初步分析表明,計劃階段的戰略防沖突可能不足以支持行業所期望的運行節奏。UAM航空器在共享UAM運行意圖的范圍外運行時,非標稱事件的通知和UAM運行意圖的更新(如適用)將通過聯合服務網絡共享。UAM走廊中的初始間隔可以利用適用的VFR/IFR機制(例如,“看到並避讓”)。如果航空器的科技和能力(如裝備)演進成熟,可以引入間隔最低標準和自動飛行規則(AFR),以提供更高的容量,支持預計的需求增長(即運行節奏)。管理UAM運行的監管框架需要大幅演進,以適應不斷提高的性能和自動化水平。先進科技和更新監管框架的成熟度和貫徹落實與特定UAM走廊的間隔最低標準以及可用吞吐量的變化是耦合在一起的。對DCB能力或舉措的需求將與運行節奏的加快以及航空器性能(如裝備、能力)預期進步的步伐相耦合。

4.4.3 需求與容量平衡(DCB)

當請求到的資源無法支持集合在一起的UAM運行意圖需求時,就可以應用DCB。在某些情況下,過度的需求可能不是由於UAM走廊的容量,而是由於其他因素,如始發地或目的地的擁堵。對用於消除戰術機動的戰略防沖突進行初步分析表明,僅通過戰略計劃和防沖突,UAM運行人所期望的運行節奏不能獲得支持。隨著運行節奏的加快,為考慮不確定性所必需的“緩沖”使得最終需要有戰術防沖突和DCB能力,以便能夠優化效率。

在UAM走廊內,將通過合作流量管理(CFM)服務提供流量管理功能,包括DCB。管理CFM執行的業務規則包含在相關的COP中,這些規則與FAA的權限一致,包括訪問、公平、安全和安保。

4.4.4 UAM走廊的演進

初始UAM運行以低節奏和低復雜性為特點,將使用當前的監管框架下執行。隨著運行節奏和復雜性的增加,當前監管框架中可用的選項(例如,VFR走廊/航路、T型航路)可能能夠應對這個增長。隨著運行的業務量和復雜性不斷增加,實施簡單的UAM走廊可能對空域用戶或ATS服務供應商來說是運行有利的。初始的UAM走廊預計在設計上是“簡單的”(例如,單向UAM走廊或每個方向上隻有一個航道),如圖4所示。隨著UAM走廊的定義越來越明確,AFR很可能會出現,與不斷發展的監管框架保持一致。

圖4:早期UAM走廊概念

隨著UAM的持續增長,UAM的運行需求可能會超過UAM走廊的初始設計能力,此時,通過包括航道在內的額外結構和提高的性能能力(例如,通過導航方面的改進或其他技術,獲得安全地降低UAM走廊內間隔最低標準的能力),可以獲得更高的容量。其他選項包括UAM走廊拓撲結構的變化,以應對特定的挑戰,如圖5和圖6所示的“超車區”(passing zones)。註:滿足UAM走廊性能要求以及周圍空域類別(即ATS環境)性能要求的航空器(和運行人)可以選擇在他們認為運行有利的任何服務環境中運行。

圖5:垂直公共超車區的使用

圖6:橫向超車區的使用

隨著UAM航空器物理性能(如速度)的運行節奏和廣度不斷提高,圖7描繪瞭一個由多個“航道”(track)組成的概念性UAM走廊內部結構。這些航道反映瞭額外的內部結構,這也可能需要提高性能要求,以支持在同一UAM走廊內提高運行節奏。

圖7:具有多條航道的UAM走廊(UAM Corridor)

4.5 UAM環境中的天氣和障礙物

PSU或SDSP通過提供UAM運行特有的天氣、地形和越障數據來支持UAM運行人。在UAM運行意圖計劃階段訪問這些數據,以確保UAM運行的戰略管理和飛行中的更新(視情況而定)。UAM運行人在飛行前和整個飛行過程中監視天氣和風。如果航空器性能不足以在UAM走廊內保持規定的間隔,UAM運行人有責任采取相應的措施以確保間隔得到保持(例如,不起飛、退出UAM走廊、按照相應的空域規則運行)。

4.6 限制信息和建議

UAM運行人負責識別可能影響運行的運行條件或飛行危險。這些信息在飛行前和飛行過程中都要進行收集和評估,以確保飛行能夠安全實施。PSU通過提供信息和咨詢(建議)來支持UAM運行人的這一職責,其中包括但不限於:

  • 其他空中交通情況,包括UAM走廊內和穿越UAM走廊的運行。
  • 天氣和風。
  • 與低高度飛行有關的其他危險(例如,障礙物,如吊車或電力線NOTAM(航行通告,Notice to Air Missions)、鳥類活動、當地限制)。
  • 特別活動空域(SAA)狀態。
  • UAM走廊的可用性。

ATS和聯合服務網絡之間的預計需求和可用容量信息的共享支持適用的流量管理功能(例如,TFM、CFM)。根據適用的程序、COP和法規,一個環境的限制條件可以被共享,以供另一個環境遵守。

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