Hoe een natuurkundige helpt het steeds drukkere luchtruim te organiseren

By Aafke Eppinga

Het luchtruim staat de komende jaren voor grote veranderingen. Het wordt steeds drukker in de lucht, en er komen steeds meer verschillende soorten verkeer bij elkaar. De grote vraag is dus: hoe houd je al die verschillende verkeersstromen – drones, vliegtuigen; bemand en onbemand; hoge- en lage snelheid – veilig uit elkaar? 

“We willen het luchtruim zo flexibel mogelijk inrichten voor verschillende gebruikers”, vertelt Jürgen Teutsch, senior R&D Engineer op de afdeling Air Traffic Management en Airport bij het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR). Deze afdeling houdt zich bezig met luchtverkeersleiding en de organisatiestructuur van het luchtruim. De organisatie van het lagere luchtruim verloopt op dit moment via visual flight rules. Simpel gezegd: zodra de piloten een ander toestel zien, proberen ze daar afstand van te houden. In een drukker luchtruim waarin meer vluchten plaatsvinden die worden uitgevoerd door een divers scala aan toestellen, is dat niet langer voldoende. Er is dus werk aan de winkel.

‘We gaan naar nieuwe vormen van vliegvervoer toe’

Als voorbeeld noemt de onderzoeker urban air mobility. Naast drones, horen daar ook bemande elektrische vertical take-off and landing (eVTOL) voertuigen bij. Oftewel: een elektrische helikopter die als airtaxi wordt gebruikt. Dat klinkt misschien als een ver-van-mijn-bed-show, maar in de Verenigde Staten staan een aantal bedrijven op het punt om op te productie van deze voertuigen op te schalen. “Deze bedrijven hebben allemaal een visie: certificering van hun airtaxi, het opschalen van de productie en het inpassen van nieuwe regelgeving. Als er in New York straks honderd van dit soort toestellen vliegen, dan wordt het snel druk in het luchtruim. Ook in Nederland gaan we naar nieuwe vormen van vliegvervoer – en dus een drukker luchtruim – toe. We moeten dus nadenken over de organisatie daarvan.”

Het werk van Jürgen focust op het valideren van concepten voor het gebruik van nieuwe technologie en systemen in verschillende omgevingen. “Denk bijvoorbeeld aan de integratie van drones die op grote afstand geïntegreerd moeten worden in de arrival flows van een regionale luchthaven. Wij kunnen dit concept testen en valideren in een zeer realistische simulatieomgeving.”

Een fascinatie voor het onbekende

Jürgens fascinatie voor de luchtvaart gaat terug naar begin jaren zeventig, als er voor het eerst een ruimtevaartuig in een baan om Mars vliegt. Jürgen kan dan net lezen en verslindt alle informatie die hij erover kan vinden. Die fascinatie is nooit meer weggegaan.

Na zijn master Ruimtevaarttechniek en werktuigbouwkunde gaat hij aan de slag als onderzoeker aan de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van TU Delft. Na een paar omwegen, komt hij bij Airbus terecht als systeembeheerder. Al snel weet hij: ik moet terug naar het onderzoek. Als hij een advertentie van NLR voorbij ziet komen, pakt hij meteen de telefoon. Zijn enthousiasme vindt gehoor. In 2000 verruilt Jürgen zijn geboorteland definitief voor Nederland.

Het onzichtbare zichtbaar maken

Een kleine 25 jaar verder, werkt Jürgen nog steeds bij NLR. Naast het organiseren van het luchtruim, is ook het verbeteren van de werkomstandigheden van luchtverkeersleiders met nieuwe technologie een belangrijk onderdeel van zijn onderzoek. Daarin speelt onder andere augmented reality een grote rol.

“Stel je bent verkeersleider en staat op de torenvloer. Je moet de aandacht verdelen tussen kijken wat er op de luchthaven gebeurt, en de digitale informatie die binnenkomt. Dan zou het heel efficiënt zijn als je met een HoloLens [een augmented reality-headset, red.] extra informatie of zelfs camerabeelden geprojecteerd ziet, terwijl je naar buiten kijkt. Met de headset kan een verkeersleider ook beelden zien van plekken die niet goed zichtbaar zijn vanuit de toren. Met technologie maken we het onzichtbare zichtbaar.”

Ook hielp Jürgen een tool voor Go-Around Detection ontwikkelen. Een kort lesje vliegjargon: een go-around situatie (‘doorstart’) ontstaat wanneer een piloot niet kan landen. Bijvoorbeeld omdat de landingsbaan nog bezet is, of door een sterke zijwind. In een ideale situatie geeft de piloot dit direct door aan de verkeersleiding, maar in de praktijk is dat vaak niet het geval, omdat het om een acute, vaak stressvolle situatie gaat. “In zo’n doorstart kan een vliegtuig makkelijk terechtkomen op de vluchtroute van een vertrekkend vliegtuig. Dat kan tot uiterst gevaarlijke situaties leiden en levert sowieso veel vertraging op”, legt hij uit.

Luchtverkeersleiding Nederland (LVNL) vroeg NLR een tool te ontwikkelen die verkeersleiders automatisch op hoogte stelt van een go-around situatie. Samen met twee collega’s schreef Jürgen een algoritme dat de nominale aanvliegroute vergelijkt met de daadwerkelijke positie die gerapporteerd wordt. Wijken deze twee op een karakteristieke manier van elkaar af, dan is dat aanleiding om ervan uit te gaan dat het vliegtuig een go-around procedure gaat uitvoeren. De verkeersleider krijgt in dit geval direct een melding. Schiphol nam de tool in 2016 in gebruik.

‘Over tien jaar vliegen we in toestellen die worden voortgestuwd door waterstof’

Terwijl zijn medeleerlingen een spreekbeurt geven over hun cavia of zeehondjes, kiest de twaalfjarige Roel van Benthem kernenergie als onderwerp.

Verkeersleiding in de ruimte

Naast zijn werk voor een goed georganiseerd luchtruim, is Jürgen binnen NLR ook betrokken bij de ontwikkeling van de strategie voor ruimtevaart. Want ook in het gebied tussen 18 kilometer (waar het gecontroleerde luchtruim stopt) en 100 kilometer boven de aarde (waar de ruimte begint) wordt het steeds drukker. “Vliegverkeer kent hier enorm grote verschillen in snelheid. Zo vliegen weerballonnen heel traag, terwijl een hypersone vlucht juist heel snel gaat. Dit gebied is nu niet of nauwelijks gecontroleerd, en met steeds toenemende aantallen vliegbewegingen moet daar verandering in komen. We denken ook na hoe we de overgang van het huidige gecontroleerde luchtruim naar deze hogere gebieden kunnen regelen.”

Voor de onderzoeker is de cirkel met zijn deelname aan dit project rond. Hij mag zich op dagelijkse basis ook bezighouden met aspecten van de ruimtevaart – iets waar hij als vierjarig jongetje alleen maar over kon fantaseren. “Niemand weet nog hoe we het luchtruim en de ruimte over vijf of tien jaar moeten organiseren. Het is allemaal nog onontgonnen terrein – niemand beschikt over een handleiding die vertelt hoe we dat moeten doen. Ik vind dat een fantastische uitdaging.”