速度調整等による遅延時間と燃料消費量との関係性の検討

摘要

近年，航空交通需要は増大し続けており，管制処 理容量の不足や遅延による利便性の低下，安全性の 脅威等，様々な問題が顕在化しつつある．これらの 問題を解決し，増大する航空交通需要に対応するた め，航空交通管理（Air Traffic Management, ATM）の 長期ビジョンとして，米国ではNextGen （Next Generation Air Transportation System ）， 欧州では SESAR（Single European Sky ATM Research），そして 我が国ではCARATS （ Collaborative Actions for Renovation of Air Traffic Systems）が各々策定され， 次世代運航システムの実現に向けた研究開発が進め られている．これらの長期ビジョンでは，航空機の 飛行経路に時間管理を導入した4 次元軌道ベース運 航を実現し，運航の効率化を目指している．離陸か ら着陸まで全飛行フェーズにわたる軌道ベース運航 の初期段階として，CARATS では，混雑空港への到 着機に対して初期的CFDT（Calculated Fix Departure Time）の運用の検討*が進められている．初期的CFDT では，飛行経路上にある特定地点の通過時刻を地上 から航空交通管制（Air Traffic Control, ATC）が指定 し，機上でパイロットは指定された通過時刻を達成 するように飛行速度の調整を行う．先行研究2, 3)で明 らかにされているように，事前に遅延の発生が予測される場合，現在の運航で一般的に行われているホ ールディングやベクタリングによる時間管理に比べ て，速度調整による時間管理では燃料消費量の削減 が可能であり非常に効果的である．速度調整による 時間管理の実現手段として，航空機に搭載されてい るFMS（Flight Management System）の機能の一つで あるRTA（Required Time of Arrival）機能が存在する． RTA 機能では，飛行経路上の特定地点の通過時刻を 入力することで，指定された通過時刻を満たすよう に速度を適宜調整する．軌道ベース運航の実現には RTA 機能が重要な役割を担うと期待されるが，FMS には最新の気象情報が入力されているわけではなく， RTA 機能の性能は気象予測誤差に強く影響4, 5)され るため，通過時刻の達成可否や通過時刻精度が保証 されているわけではない．また，気象予測誤差に起 因するETA（Estimated Time of Arrival）の不確定性に より，RTA 機能による速度調整性能も悪化するため， RTA 機能による速度調整は燃料消費量の観点から最 適とは言えない．そこで現在，宇宙航空研究開発機 構では，パイロットの運航を支援する補助計器であ るEFB（Electronic Flight Bag）を活用した速度調整 の最適化に関する研究開発を進めており，航空機運 航における時間管理精度の向上及び燃料消費量の削 減を目指している．現在のFMS では，離陸前に入力 した気象情報を使用しているが，EFB によりインタ ーネット等を通して最新の気象情報の取得が期待さ れる．また，本稿では詳しく扱わないが，現在我々 は，気象情報のリアルタイム補正技術の研究開発を 別途進めている．このように気象情報をリアルタイ ムで更新することで，FMS のRTA 機能の欠点を補うことが可能となる．そして，ETA の予測精度を向上 させ，燃料消費量の観点から最適な速度調整が実行 できる．さらに，現在の運航で用いられている自動 飛行制御システム（Automatic Flight Control System, AFCS）との親和性を高め，パイロットが許容可能な 速度調整方法を提案することで，2025 年までに早期 実用化を目指している．本稿では，単純化した速度 調整方法を導入し，速度調整の有効性について，飛 行時間や燃料消費量の観点から初期評価を行う．