Le ciel numérique

Tous les soirs entre 23h30 et 2 h 30, des jets presque sans fenêtre avec des queues brunes distinctives convergent vers Louisville, KY. Un par un, environ 90 avions de la flotte de United Parcel Service atterrissent au centre de distribution de la société flanquant l'aéroport de Louisville, déversent quelque 600 000 colis, rechargent et repartent vers le ciel. Le système est remarquablement efficace et a permis à UPS de rester la neuvième plus grande compagnie aérienne du pays.

Mais avec l'expansion de l'activité de livraison de colis et le ciel de minuit au-dessus de Louisville de plus en plus encombré, UPS se tourne vers une nouvelle technologie pour comprimer les arrivées et les départs. Dans une expérience radicale qui peut donner un aperçu de l'avenir du contrôle du trafic aérien, UPS adopte de nouveaux systèmes satellitaires, dans l'espoir de se sevrer des technologies conventionnelles basées sur le radar. À l'aide des nouveaux outils numériques, les pilotes pourraient jeter un coup d'œil aux écrans du poste de pilotage indiquant leur position précise, les positions des autres avions UPS et une carte de l'aéroport et de ses pistes, un affichage rendu possible grâce à une combinaison de technologie de positionnement par satellite et de liaisons de données numériques entre les avions. Les contrôleurs aériens dirigeraient toujours le spectacle, mais les pilotes gagneraient un outil pour maintenir un espacement plus précis au décollage et à l'atterrissage.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mars 2001

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Si l'expérience UPS fonctionne, déclare Dave Ford, un haut responsable de la Federal Aviation Administration impliqué dans l'initiative de la compagnie aérienne de fret, cela pourrait fournir un modèle pour améliorer la sécurité et l'efficacité du système global de contrôle du trafic aérien du pays. L'un des objectifs est de réduire les incursions et les accidents sur piste. Nous pensons que cette technologie pourrait nous aider dans ces domaines. Et nous pensons qu'il y a un lien important avec l'efficacité, dit-il.

L'efficacité est certainement le moteur d'UPS. Nous pensons que nous pouvons augmenter notre débit avec la même infrastructure aéroportuaire, a déclaré le porte-parole de la société, Ken Shapero. Si nous pouvons amener des avions plus rapidement ou plus rapidement, nous pouvons battre nos concurrents. UPS prédit que la technologie entraînera un saut de capacité de 20 % à Louisville. Une réduction de 20 à 30 secondes entre certains atterrissages et décollages pourrait réduire d'environ une demi-heure l'opération de tri nocturne de l'entreprise, une économie significative lorsque votre entreprise repose sur la livraison des colis à temps. Les chiffres sont si convaincants qu'UPS se prépare à demander l'approbation de la FAA plus tard cette année pour utiliser le système d'espacement d'approche et de départ à Louisville et s'associe à d'autres transporteurs de fret pour pousser à une mise en œuvre encore plus large.

La question est maintenant de savoir si ce qui est bon pour l'industrie du fret est également bon pour ce que les initiés de l'aviation appellent en plaisantant le fret autochargeable - le public voyageur. Ces technologies satellitaires et de liaison de données peuvent-elles aider à éviter les embouteillages aériens ? En théorie, ils pourraient maintenir les aéroports à pleine capacité par temps brumeux, permettre aux avions d'atterrir par paires sur des pistes parallèles rapprochées, permettre des atterrissages aux instruments plus précis et aider les avions à éviter les collisions sur piste. Si cette suite de technologies devient largement disponible, nous, dans le secteur des services [de contrôle du trafic aérien], pourrions en fait prendre de l'avance sur la courbe de la demande, déclare Frank Marchilena, vice-président exécutif du géant du contrôle du trafic aérien Raytheon.

Comme tout passager de LaGuardia, O'Hare ou Newark le sait, le système de contrôle du trafic aérien est actuellement à la traîne par rapport à la courbe de la demande. Les retards ont atteint des niveaux records en 1999 et 2000, et le problème promet de s'aggraver. L'année dernière, 670 millions de passagers ont volé aux États-Unis ; la FAA prédit qu'un milliard de passagers voleront en 2010. Selon les statistiques de la FAA, le mauvais temps se taille la part du lion dans les retards liés au contrôle du trafic aérien. Mais la météo cause des ravages généralisés en partie parce que les systèmes de contrôle du trafic aérien d'aujourd'hui sont un patchwork de technologies construites au cours du dernier demi-siècle qui sont mises à rude épreuve par le nombre toujours croissant de voyageurs. La technologie radar s'est considérablement améliorée depuis qu'elle a été adaptée pour le contrôle du trafic aérien civil après la Seconde Guerre mondiale, mais la procédure de base reste la même. Les contrôleurs dirigent des avions le long d'un nombre limité d'autoroutes surveillées par radar dans le ciel. Lorsque le temps est mauvais, les contrôleurs ferment certaines autoroutes, créant des embouteillages. Le mauvais temps incite également les contrôleurs à imposer des distances tampons plus grandes entre les avions, ce qui augmente les retards.

Au cours des années 1990, l'avènement de la technologie du système de positionnement global (GPS) - dans laquelle des emplacements précis peuvent être fixés en triangulant les signaux de l'un des 24 satellites militaires - a promis une nouvelle approche. À l'aide du GPS, les pilotes peuvent déterminer leurs emplacements exacts sans se fier aux balises de navigation au sol. Au cours de la dernière décennie, une collaboration de plusieurs laboratoires financés par le gouvernement, dont le MITRE basé à Bedford, MA et le Lincoln Laboratory du MIT, a développé une nouvelle façon de transmettre en continu des informations de position GPS numériques et d'autres données numériques entre les avions et les contrôleurs. Avec ce réseau d'informations numériques (connu des initiés sous le nom d'ADS-B, ou Automatic Dependent Surveillance-Broadcast), les avions peuvent échanger en continu des données sur l'emplacement, la vitesse, le plan de vol, la taille et le type d'avion, le nombre de passagers et la météo.

Le système peut être considéré comme les lignes téléphoniques et les modems de dernière génération dans un terme émergent de l'Internet de l'aviation - un terme utilisé pour décrire le flux de données croissant entre les avions, les contrôleurs, les équipes au sol et les installations de maintenance des aéronefs. UPS Aviation Technologies est la seule entreprise à avoir développé des écrans de cockpit certifiés par la FAA pour recevoir et afficher des informations à partir de cette nouvelle liaison de données, mais d'autres, dont GE-Honeywell, Rockwell Collins et L-3 Communications, travaillent sur leurs propres systèmes.

Un changement fondamental vers des outils satellitaires nécessiterait un effort monumental pour parvenir à un consensus entre les pilotes, les contrôleurs et les régulateurs. Comment parvenir à un consensus ? Dans le contrôle du trafic aérien, les choses ont tendance à être réactives plutôt que proactives, et c'est probablement ce qui va se passer ici, explique Jim Kuchar, professeur agrégé d'aéronautique et d'astronautique au MIT. Un changement à l'échelle du système va se produire soit en raison d'un problème de congestion majeur, soit parce que des efforts comme UPS le rendent plus attrayant. Si UPS fait fonctionner cette chose et qu'elle montre tous ces avantages, peut-être que d'autres diront : « nous examinerons cela à nouveau. »

Ce deuxième regard, cependant, peut être lent à venir. Il y a quatre ans, le pilote de United Airlines, Rocky Stone, a proposé d'utiliser la nouvelle technologie satellitaire pour lutter contre la congestion en autorisant des atterrissages par paires en cas de mauvaise visibilité à l'aéroport de San Francisco notoirement couvert de brouillard, où les pistes sont distantes de 250 mètres. Mais l'idée s'est avérée peu pratique à court terme, explique Dave Jones, qui dirige les efforts de United pour améliorer l'efficacité de son hub de San Francisco. Pour mettre en œuvre la stratégie, United s'est rendu compte qu'il faudrait que Boeing et Airbus approuvent les nouveaux écrans de cockpit, les pilotes et les contrôleurs pour les accepter, et la FAA pour certifier les équipements et les applications. Et même si United avait installé le système, ses avions auraient quand même dû s'aligner sur d'autres avions dépourvus de la technologie. Face à ces obstacles, la compagnie aérienne a abandonné le plan et explore à la place des outils et des procédures avancés basés sur le radar.

L'expérience de United a illustré une difficulté fondamentale dans la mise en œuvre de cette nouvelle technologie : c'est une proposition tout ou rien. À moins que tous les avions autour d'un aéroport donné en soient équipés, le système ne peut pas être utilisé pour l'espacement, l'évitement des collisions ou bien d'autres choses. Il doit y avoir toute une architecture de l'espace aérien sur laquelle tout le monde doit être d'accord, déclare Robert Rosen du centre de recherche Ames de la NASA à Moffett Field, en Californie. Rien de tout cela n'est en place aujourd'hui. Il [ADS-B] est un peu comme une pièce du puzzle, et il peut même en être la pierre angulaire. Mais sa mise en place est encore loin d'avoir résolu nombre de nos problèmes.

Les arguments en faveur des outils satellitaires sont bien plus convaincants lorsque l'infrastructure radar est inégale ou inexistante et lorsque les avantages en matière de sécurité sont évidents. L'un de ces endroits est la région du delta du Yukon-Kuskokwim de 260 000 kilomètres carrés en Alaska, où les livraisons et le transport de petits avions sont un mode de vie essentiel. Une grande partie de l'Alaska n'a pas de couverture radar, pas de tours de contrôle du trafic aérien et pas de pistes pavées (les pistes d'atterrissage en gravier sont un luxe), faisant de la région des régions reculées d'Afrique ou de Chine que les 48 États inférieurs. Les années 1990 ont vu en moyenne un accident d'avion en Alaska tous les deux jours, dont 186 accidents mortels faisant 398 morts. Au cours de cette décennie, l'Alaska a été à l'origine de 37% du nombre total d'accidents d'avion du pays et de 20% du nombre total de décès par accident d'avion.

En 1998, ce carnage a incité le Congrès à s'approprier 11 millions de dollars pour installer de nouveaux équipements dans 155 petits avions en Alaska. UPS Aviation Technologies a fourni l'avionique, et maintenant le système basé sur GPS est utilisé par les contrôleurs aériens basés à Anchorage pour guider les petits avions dans le delta éloigné et marécageux. Et tandis que des pays dépourvus de radar comme l'Australie et même la Mongolie commencent à déployer des outils de trafic aérien par satellite, la région de l'Alaska est le premier endroit aux États-Unis - et le seul dans un avenir prévisible - à passer à 100 pour cent par satellite. le contrôle du trafic aérien. (Dans l'expérience UPS à Louisville, le radar guiderait toujours les avions vers et depuis les aéroports. Les outils satellitaires ne faciliteraient que l'espacement d'approche et de départ.)

Il est moins clair que la technologie puisse faire des percées similaires ailleurs. Une préoccupation a été de savoir si les signaux des satellites GPS sont suffisamment robustes et fiables pour servir de base au contrôle du trafic aérien. Mais un rapport de 1999 du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory a aidé à apaiser les craintes selon lesquelles les signaux des satellites, faibles par rapport aux radars au sol, risquent d'être perturbés par le rayonnement solaire, les perturbations atmosphériques ou les pirates terroristes. Des technologies émergentes qui peuvent réduire considérablement la vulnérabilité au brouillage du signal GPS, selon l'étude. Et dans la mesure où les signaux des satellites sont déformés par l'atmosphère ou d'autres interférences, ils peuvent être vérifiés et ajustés pour plus de précision avec des systèmes d'augmentation au sol comme ceux installés par Raytheon.

Une autre question fondamentale est de savoir si de nouveaux affichages dans le cockpit pourraient distraire les pilotes et si de nouvelles responsabilités de navigation les surchargeront. L'erreur humaine est impliquée dans au moins 80 pour cent de tous les accidents et incidents dans l'aviation, explique Kim Cardosi, responsable des programmes sur les facteurs humains au Volpe Center du Département des transports des États-Unis à Cambridge, MA. L'environnement de travail est si complexe qu'il peut les amener à commettre des erreurs, et c'est ce contre quoi nous devons nous prémunir dans ces systèmes et écrans. Nous devons nous assurer que [les pilotes] ne sont pas submergés par les informations et que lorsqu'ils commettent une erreur, celle-ci peut être corrigée avant qu'elle n'ait de graves conséquences.

L'infusion de données et d'affichages apporte de nouvelles sources de confusion. Kuchar cite un certain nombre d'accidents dans lesquels il y a eu un décalage entre ce que l'ordinateur pensait et ce que l'humain pensait, comme le crash en 1995 d'un Boeing 757 d'American Airlines à l'approche de Cali, en Colombie. L'avion a percuté une montagne, tuant 160 personnes, lorsque le pilote automatique a reçu l'ordre de se diriger vers une balise radar que le pilote pensait être près de Cali, mais qui était en fait près de Bogot. Dans ce cas, la technologie des balises radar et le système de pilote automatique ont aidé des passagers à mourir après une erreur de pilote apparemment insignifiante. Si les États-Unis passent à une utilisation généralisée de [la technologie par satellite], il y aura d'autres régions du monde qui ne l'auront pas fait, obligeant les pilotes à utiliser différentes procédures à différents endroits. Cela peut entraîner des erreurs et des problèmes supplémentaires, prévient Kuchar.

Malgré ces questions, les prototypes avancent. Un jour clé pour les efforts d'UPS est arrivé en octobre dernier, lorsque l'administratrice de la FAA, Jane Garvey, s'est rendue à Louisville pour une évaluation conjointe FAA/UPS de la technologie. Garvey est entré dans un UPS Boeing 727 dont le fuselage n'avait aucun des meubles habituels - juste plusieurs nacelles d'équipement informatique à l'avant et 16 sièges de première classe recouverts de cuir boulonnés au sol à l'arrière. S'asseyant au premier rang, elle jeta un coup d'œil à un écran d'ordinateur affichant une représentation graphique de l'aéroport de Louisville. Les pistes étaient parsemées de triangles bruns lents. Ceux-ci représentaient des avions équipés du système de liaison de données, échangeant des données de position entre eux. C'est cool, dit Garvey.

Attendez de voir le film en vol, a plaisanté George Cooley, ingénieur chez UPS Aviation Technologies. Le film a commencé alors que le 727 roulait lentement le long des voies de circulation de l'aéroport. D'autres avions au roulage étaient clairement visibles sur l'écran. Soudain, un triangle bleu est apparu sur l'écran, sa pointe allongée avec un bec d'aiguille indiquant une vitesse élevée. Un instant plus tard, le blip bleu est devenu marron. Jim McDaniel, responsable des programmes d'évaluation technologique de la FAA, a annoncé qu'un avion venait de décoller. Mais en fait, le bleu désignait un avion en vol, le marron un avion sur le tarmac. Un instant plus tard, il se corrigea. Je pensais qu'il décollait à ce moment-là, mais il atterrissait, a-t-il dit.

La démonstration visait uniquement à montrer comment la technologie pouvait augmenter la connaissance des pistes, et ses avantages fondamentaux étaient évidents. Même par temps brumeux, l'affichage du poste de pilotage aurait donné une vision claire du trafic sur la piste et aurait immédiatement mis en évidence tout mauvais virage. Le système a parfaitement fonctionné. En revanche, son interprète - en l'occurrence un responsable expérimenté de la FAA - avait brièvement été désorienté par l'affichage. L'erreur était une démonstration pertinente de la raison pour laquelle l'approbation de nouvelles technologies pour le contrôle du trafic aérien prend du temps : s'assurer que toutes les sources de confusion ont été débusquées.

Alors qu'UPS défend sa cause, un consensus se dégage sur le fait que la demande croissante forcera des changements dans le système de contrôle du trafic aérien du pays. À court terme, un certain soulagement peut provenir de l'expansion de l'aéroport et de la nouvelle construction ; certains aéroports envisagent également des redevances d'atterrissage plus élevées en période de pointe pour décourager la cohue des heures de pointe. À la fin de l'année dernière, la FAA a annoncé un système de loterie pour l'attribution des heures de vol à LaGuardia - qui à lui seul représente environ un quart des retards du pays - afin de réduire la congestion. De nouvelles procédures et utilisations d'outils radar augmentent la capacité des aéroports comme Dallas-Fort Worth. La FAA, pour sa part, note que même dans les villes très fréquentées, le système a beaucoup de capacité aux heures creuses. Toutes les technologies sur lesquelles nous travaillons représentent une part du gâteau, et ensemble, elles créeront finalement plus de capacité, mais cela sera au mieux incrémentiel, a déclaré Kathryn Creedy, porte-parole de la FAA.

Cependant, Rosen de la NASA prévoit que l'approche incrémentielle de la FAA ne fera que suivre le rythme de la demande au cours de la prochaine décennie. En raison de la demande sur le système, tous les développeurs de technologies se concentrent sur les outils de nouvelle génération, explique Rosen. Mais nous reconnaissons que même après que tous ces outils soient en place et fonctionnent ensemble, la demande est telle qu'elle dépasserait bientôt à nouveau la capacité.

Les technologies de base pour le contrôle du trafic aérien par satellite - le système GPS, les liaisons de données, la puissance de calcul et les écrans compacts du poste de pilotage - sont à portée de main. Mais il n'y a rien de proche d'un consensus sur la manière et l'opportunité de les déployer à grande échelle. Jusqu'à présent, le tollé public n'a pas été assez fort, les compagnies aériennes n'ont pas vu l'analyse de rentabilisation et la FAA n'a pas essayé d'imposer un changement à l'échelle du système. Gridlock est dans l'œil du spectateur, dit Rosen. Cependant, tout le monde s'accorde à dire que cela empirera avant de s'améliorer.

En octobre dernier, UPS a reçu une bonne nouvelle : l'entreprise a reçu la première certification FAA pour son nouveau dispositif de cockpit. Ce n'était qu'un petit pas et uniquement dans un but très limité, pour aider les pilotes à acquérir une meilleure capacité de vision et d'évitement dans le ciel de Louisville. Mais l'approbation a signalé que le système fait son chemin sur l'écran radar réglementaire. Il y a encore beaucoup de défis à relever, beaucoup de choses à résoudre, dit McDaniel. Les pilotes et les contrôleurs aériens sont excités ; il y a beaucoup de potentiel, mais ils ne sont pas du tout timides à propos de ce dont il a besoin - par exemple, [reducing] l'encombrement à l'écran.

Si ces problèmes peuvent être résolus, cependant, l'initiative UPS à Louisville pourrait bien être la première étape pour aider à réduire l'encombrement dans le ciel.

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