乘坐商業(yè)客機飛行時，您會感覺自己置身于世界之巔，比任何飛機都飛得更高。但很快就會有越來越多的飛機飛得更高，NASA 正在研究管理預(yù)期空中交通的方法。
從研究氣球到軍用飛機，這些飛行器在海平面以上 60,000 英尺處運行——大約是巡航高度商用客機的兩倍。
在美國被指定為“E 級上層”空域，60,000 英尺以上的天空沒有嚴格的空中交通管制規(guī)則，因為目前絕大多數(shù)飛機都無法爬升到這個空間邊緣高度。
空中交通管理人員需要隔離的車輛并不多。
然而， 這種情況在不久的將來可能會改變。隨著商業(yè) 超音速旅行的興起，以及更多高空飛行器的計劃，能夠達到這個高度的飛機數(shù)量很快就會需要特定的道路規(guī)則。
進入 NASA Aeronautics 的最新努力之一：Upper Class E Traffic Management，或 ETM。空中交通管理 - 探索 項目中的這項活動 正在研究如何創(chuàng)建一個空中交通管理系統(tǒng)，以滿足上層 E 空域的需求。
作為 NASA、FAA 和行業(yè)合作伙伴之間的合作，ETM 還將研究如何修改和實施為無人機系統(tǒng)交通管理 (UTM)開發(fā)的已成功驗證的概念， 以適應(yīng)上層 E 的獨特天空景觀。
在 最近結(jié)束的 UTM 項目中，美國宇航局的研究人員開發(fā)并試驗了 一種新的空域管理系統(tǒng)， 在該系統(tǒng)中，多方協(xié)同工作來計劃和組織越來越多的無人無人機低空飛行——防止與其他飛機操作發(fā)生沖突。
現(xiàn)在，這些相同的概念正在研究用于上層 E 空域。
誰（或什么）去那里？
在美國，F(xiàn)AA 將空域分為六類——A、B、C、D、E 或 G——A 類擁有最多的規(guī)則和空中交通管制 (ATC) 監(jiān)控，G 類最少。
例如，緊鄰主要機場樞紐的將是 A 類空域。A類空域周圍是B類區(qū)域，依此類推。市政或地區(qū)機場可能只有 C 類或 D 類指定。
遠離仍受控制的機場的農(nóng)村地區(qū)將是 E 類。G 類指定低于 1,200 英尺或 700 英尺的空域，這些空域不受其他主動控制，并依賴飛行員遵守既定規(guī)則以保持彼此安全隔離。
由于 60,000 英尺以上的活動相對稀少，美國聯(lián)邦航空局將空域視為 E 級——附加前綴“上”以區(qū)別于更靠近地面的 E 級空域。
一些將越來越多地占據(jù) E 類空域的飛機是緩慢移動的飛行器，它們可能對也在 60,000 英尺以上的稀薄空氣中運行的更大、更快的飛機構(gòu)成障礙。
高空氣球是一種緩慢移動的交通工具。這些無動力氣球旨在漂浮在 E 級上層空域，以執(zhí)行諸如在災(zāi)難期間提供通信和研究大氣層等任務(wù)。由于它們沒有動力，這些氣球隨著時間的推移隨風飄揚。
高空長航時 (HALE) 飛機將成為上 E 類空域的另一個緩慢移動的乘員。這些有動力的無人駕駛車輛目前正在設(shè)計和測試，以執(zhí)行諸如在偏遠地區(qū)提供通信等任務(wù)。它們將在不同地點上空飛行，一次可以在空中停留數(shù)周或數(shù)月。
最后， 超音速飛機 使用 E 類上層空域來實現(xiàn)高速和燃燒更少的燃料。目前，幾乎所有這些飛行都是軍事飛行，但商業(yè)超音速旅行將在未來幾年回歸。此外，亞軌道太空飛行正在興起，并且也在其部分旅程中使用該空域。
這也是ETM研究的核心原因之一。盡管總體上比高空氣球或 HALE 飛機更靈活，但這些超音速飛行器不可能在短時間內(nèi)做出明顯的轉(zhuǎn)彎，以避免其他飛行器以它們在 E 級高空域達到的極端速度和高度。
正如我們社區(qū) 正上方的空域擁有 從直升機到商用客機的所有東西一樣，E 級上層空域很快將包含大量執(zhí)行不同任務(wù)的車輛。問題變成：如何以最簡單、最有效的方式管理這個空域？
道路規(guī)則
解決方案可能來自 ETM 研究人員使用 NASA 在 UTM 項目期間開發(fā)的面向服務(wù)的合作空域系統(tǒng)的概念進行調(diào)查。
在當前的國家空域系統(tǒng)中，空中交通管理人員從雷達、飛機導(dǎo)航系統(tǒng)和飛行員那里收集信息，以確定每架飛機的速度、位置和高度。
航空公司使用該信息來確定有效的飛行路徑，美國聯(lián)邦航空局通過向這些飛機提供要遵循的具體指示來安全地保持飛機間隔。
在 合作的面向服務(wù)的空域系統(tǒng) 就像一個ETM然而研究，每輛車的運營商-即運營商是否在地面上或在駕駛艙-將負責通過互聯(lián)數(shù)字共享與其他運營商這一重要信息飛行前和飛行中的 ETM 架構(gòu)。
因此，在飛行計劃階段，其他運營商可以考慮像無動力氣球和長時間 HALE 飛機這樣的車輛——早在潛在的分離問題出現(xiàn)之前。
當兩輛車之間確實發(fā)生沖突時，無論是在飛行前計劃期間還是在飛行期間 - 運營商將遵循 FAA 制定的道路規(guī)則，根據(jù)來自 FAA 的數(shù)據(jù)，其他空域數(shù)據(jù)服務(wù)自行解決問題提供商或其他運營商本身，而無需空中交通管理人員的實時輸入。
盡管如此，交通管理人員仍將參與 ETM 系統(tǒng)。每架飛機的飛行員在往返于 E 類上層空域的過程中都將像往常一樣與 ATC 保持聯(lián)系——并且 ATC 始終可以應(yīng)要求提供給在 E 類上層空域飛行的人。
“結(jié)果是每個人都知道發(fā)生了什么，分離問題在它們成為問題之前就得到了解決，并建立了一個安全和協(xié)調(diào)的空域，”美國宇航局艾姆斯研究中心負責這項 ETM 研究的 NASA 經(jīng)理 Jaewoo Jung 博士說。中心在加利福尼亞。
生活中的一天
根據(jù)當前的概念，以下是協(xié)調(diào)空域的工作方式：
一架商用超音速客機的飛行員在起飛前制定飛往目的地的飛行計劃，確定可能的最佳路線。就像其他飛機一樣，他們根據(jù) ATC 的信息和許可計劃往返 60,000 英尺的航程。
然而，對于旅程的上層 E 航段，飛行員使用來自 ETM 互連系統(tǒng)的信息來制定他們的飛行計劃，依賴于希望在飛行期間在該空域中操作的每個人合作提供的信息。
提前掃描空域，他們觀察到在前往目的地的直接路徑上，一架 HALE 飛機將在 65,000 英尺高空盤旋以進行天氣研究，而一個雜散的通信氣球已從其他地方慢慢飄入該地區(qū)。
根據(jù)其他運營商共享的信息，飛行員制定了一個飛行計劃，將他們的超音速噴氣式飛機安全地置于 HALE 下方，并在不給飛機壓力的情況下輕輕地繞過氣球。
他們的飛行計劃已提交給 FAA 的交通管理人員，并在 ETM 系統(tǒng)中共享，供所有運營商查看。他們起飛并爬升到 E 級巡航高度。
不久之后，在該國的另一邊，一架軍用飛機的飛行員正計劃向相反方向飛行。飛行員經(jīng)歷了相同的過程——不僅注意到 HALE 飛機和氣球，而且注意到朝他們方向飛來的商業(yè)超音速飛行。他們計劃了一條避開空中交通的路線。
第二天，HALE 飛機的地面操作員通過 ETM 收到通知，通信氣球?qū)⒁韵嗤母叨瓤拷麄兊娘w機。觀察到?jīng)]有計劃在 68,000 英尺高空通過的車輛，他們指示他們的研究飛機上升并避開氣球。
然而，這個例子取決于 NASA 和行業(yè)將向 FAA 推薦的具體規(guī)則，以供可能的實施和最終執(zhí)行。榮格說：“在進行這些優(yōu)先考慮時，特定任務(wù)的限制將是一個因素。”
攜手合作
NASA 和 FAA 研究人員之間的合作會議正在確定制定程序和法規(guī)的需求和目標，為未來的 E 類空域用戶提供最佳解決方案。
“我們最近與 FAA 建立了一個研究過渡團隊，幫助這些機構(gòu)共同努力將 ETM 提升到一個新的水平，”Jung 說。“我們一直在定期會面，并開始與潛在的行業(yè)合作伙伴進行對話。”
正在考慮的另一個范圍是全球級別的可擴展性。
作為 FAA 要求的一部分，必須將任何從美國領(lǐng)土發(fā)射的高空飛機通知其空中交通管理人員。但是，來自其他國家/地區(qū)的車輛不受相同要求的約束。
“有時，從其他國家和大陸發(fā)射的研究氣球會在幾周內(nèi)飄過整個陸地和海洋。考慮到全球規(guī)模，”榮格說。
盡管 FAA 只監(jiān)管美國上空的天空，并且任何初始 ETM 系統(tǒng)都只會為美國空域創(chuàng)建，但理想的 ETM 模型可以擴展到更大的系統(tǒng)——即全球空域——并且仍然可以實際無縫地運行。
但首先，研究人員正在將研究和知識轉(zhuǎn)移到 ETM 的最佳實踐范圍。UTM 的許多協(xié)作原則都被用于 ETM 的應(yīng)用。
“在基礎(chǔ)層面，UTM 和 ETM 的工作方式類似——確保即使在意圖層面，沖突也能得到解決，”Jung 說。
作為空中交通管理 -空域運營和安全計劃中的探索項目的 一部分，ETM 和 UTM 都設(shè)想和試驗新的概念和研究，以組織明天的天空。
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