Der Luftraum über Europa ist stark fragmentiert. Sogar jener über der Schweiz ist zweigeteilt. Die Flugsicherungsgesellschaft Skyguide managt ihn entsprechend von zwei Flugsicherungszentren in Genf und Zürich aus. Beide verfügen bisher über eigene Rechenzentren und unterschiedliche Systeme. Das soll sich nun ändern. Mit dem neuen, von Skyguide entwickelten Virtual Centre werden die beiden Standorte zwar nicht physisch, aber digital zusammengelegt und der geteilte Luftraum so betreut, als wäre es nur einer. Skyguide verspricht sich durch diese neuartige Form von Flugverkehrsmanagement mehr Effizienz und viele weitere Vorteile. Auch im restlichen Europa, wo die Problematik eine ähnliche ist, stösst das Virtual Centre auf grosses Interesse. Computerworld hat mit Klaus Meier, Chief Technology Officer (CTO) bei Skyguide, über dieses spannende Projekt gesprochen.

Klaus Meier: Das ist historisch bedingt. In den Anfängen der Luftfahrt konnte nur per Funk mit dem Flugzeug in relativer Nähe gesprochen werden. In den 1930er-Jahren kamen die Instrumenten-Landesysteme hinzu, die lokal Landungen auch bei schlechtem Wetter erlaubten. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde die Radarüberwachung eingeführt, vor allem um die Flugplätze herum. All das war immer sehr lokal. Als dann in den späten 1950er-Jahren zwei Flugzeuge über dem Grand Canyon zusammenstiessen, entschieden die USA, dass nicht nur Start und Landung, sondern auch die Überflüge überwacht werden müssen. Dadurch entstanden die Luftstrassen, die über Orientierungspunkte verfügen und mit Radar überwacht werden. Europa zog in den 1960er-Jahren nach.

Meier: Die Schweiz befindet sich seit dem Mittelalter in der glücklichen Situation, dass sie sich an einem Kreuzungspunkt der europäischen Verkehrswege befindet. So auch in der Luftfahrt: Die Luftstrassen Nord–Süd und Ost–West kreuzen sich über Genf und Zürich. Es lag deshalb nahe, zwei Flugsicherungszentren (FSZ) bei den grossen Flughäfen Genf-Cointrin und Zürich-Kloten zu schaffen, weil sie aufgrund einer Radar-Reichweite von 200 bis 300 Meilen nur sehr lokal operieren konnten. Die FSZ sind sternförmig mit den Radaren, Funkfeuern und Funkanlagen auf den Bergen verbunden und verfügen jeweils über ein eigenes Rechenzentrum im Keller. In diesen werden die Daten gesammelt und für die Radarschirme der Fluglotsen aufbereitet. Und eben weil die Architektur so ortsabhängig ist, gibt es das zweimal in der Schweiz. Aus demselben Grund hat es insgesamt 68 FSZ in Europa. Das Verrückte daran ist, dass sie nicht miteinander verbunden sind und deshalb völlig autonom agieren müssen: Flugverkehrsleitende weisen die Pilotinnen und Piloten jeweils über Funk an, sie sollen bitte die Frequenz wechseln und Kontakt mit dem nächsten FSZ aufnehmen, beispielsweise in Karlsruhe oder Reims.

Meier: Genau gleich – es sind getrennte Himmel, die wir haben. Wenn ein Flugzeug von Westen in die Schweiz hereinfliegt, muss es zuerst Funkkontakt mit Genf aufnehmen, danach mit Zürich.

Meier: Absolut nicht. Die Distanz zwischen Zürich und Genf entspricht nicht einmal dem Abstand zwischen Boston und New York und dort gibt es weder zwei FSZ, noch einen geteilten Luftraum. Aufgrund der Teilung gibt es auch kulturelle Unterschiede zwischen unseren beiden Standorten: Das Luftraummanagement in der Westschweiz ist stärker französisch geprägt, im östlichen Teil der Schweiz eher deutsch. Das gilt auch für die Procedures. Hinzu kommt, dass die beiden FSZ über zwei unterschiedliche und komplett getrennte IT-Systeme verfügen, obwohl die Distanz keine 300 Kilometer beträgt. Dabei könnte der Schweizer Luftraum für den Überflug problemlos von einem Ort aus gemanagt werden, ja sogar vom Ausland aus, gäbe es kein nationales Mandat. Die komplexen Handovers innerhalb des Schweizer Luftraums wären eigentlich unnötig. Würden wir heute auf der grünen Wiese bauen, würden wir wohl ein FSZ in die Mitte des Landes legen und den ganzen Luftraum als einen managen.

Meier: Richtig, mit unserem neuen Virtual Centre. Wir wollen die Prozesse zwischen Zürich und Genf harmonisieren, damit es keine Rolle mehr spielt, ob ein Flieger aus dem Osten oder Westen in die Schweiz hineinfliegt. Auch ergibt es keinen Sinn, zwei Data Center mit zwei unterschiedlichen Systemen zu betreiben. Das braucht entsprechend viel Know-how und Personal für den Unterhalt. Ein Data Center mit nur einem System würde ausreichen. Hinzu kommt, dass wir immer auf Vollkapazität planen müssen: Es braucht stets genügend Fluglotsen im Dienst, damit alle Flüge, die reinkommen, bewirtschaftet werden können. Zu geringe Kapazitäten aufseiten der Flugüberwachung können schnell zu Verspätungen führen, was einen Welleneffekt auf die Airlines hat. Und das wird sehr schnell sehr teuer – teurer als wenn wir zeitweise zu viele Flugverkehrsleitende im Einsatz haben. Um auch wirklich alle Eventualitäten abfangen zu können, muss ein FSZ sogar immer auf über 100 Prozent planen. Und das ist in der Schweiz zweimal und in Europa 68-mal der Fall, was einen doppelten respektive 68-fachen Puffer ergibt.

Meier: Bei einer «logischen Verknüpfung» von mehreren FSZ können wir die verschiedenen Puffer reduzieren oder unter gewissen Umständen sogar unter 100 Prozent planen. Doch das geht nur, wenn die Prozesse und Systeme ortsunabhängig, also nicht an den jeweiligen Luftraum gebunden sind. Das lösen wir mit einem virtuellen FSZ, dem Virtual Centre, mit dem der ganze Schweizer Luftraum über ein System – aber von zwei Standorten aus – betreut wird. Das Ziel davon ist, dass wir mit gleich viel Personal mehr oder weniger das Gleiche mit weniger Leuten tun können. Wir können beispielsweise die Puffer reduzieren oder in der Nacht eines der Zentren schliessen, um den Luftraum nur von einem aus zu managen.

Meier: Dank des Virtual Centres stellt sich die Frage, wo die Fluglotsen sind, nur sekundär. Deshalb ist unsere Idee eines Virtual Centres auch so attraktiv für Europa. Sollte es künftig statt 68 FSZ vielleicht nur noch deren 12 geben, stellt sich die Frage, welche abgeschaltet werden. Das kann schnell sehr politisch werden. Wenn aber so operiert wird, als gäbe es «logisch» nur noch einen einzigen europäischen Luftraum, wird es nebensächlich, wo die Fluglotsen sitzen oder wo sich das System befindet.

Meier: In der ersten Phase haben wir die Prozesse der ­beiden FSZ harmonisiert und Technologien eingeführt, die auf einem modernen, offenen System beruhen, statt auf alten, geschlossenen Systemen. Das bringt Vorteile. Nun können mittels Mausklick Standardinformationen direkt in den Bordcomputer des Flugzeugs gepusht werden, ohne dass der Funk benutzt werden muss. Allein schon dadurch mussten wir in der Wachstumsphase des Flugverkehrs in den letzten sieben Jahren 30 Flugverkehrsleitende weniger einstellen.

Meier: Der ist regional unterschiedlich. Wir haben in der Deutschschweiz weniger Probleme als in der Romandie, wo es tatsächlich schwieriger ist, genügend Flugverkehrsleitende zu finden. Ein Mitgrund ist sicherlich das komplexe Ausbildungskonzept. Aufgrund der Sicherheitsanforderungen ist die Ausbildung sehr langwierig und teuer: Sie dauert drei bis vier Jahre und kostet durchschnittlich 800 000 bis 900 000 Franken – die von Skyguide getragen werden. Kommt es plötzlich zu einer Zunahme des Luftverkehrs oder etwa einer Wirtschaftskrise, die zu Verkehrsrückgang führt, können wir den Bestand an Flugverkehrsleitenden nicht einfach kurzfristig hoch- oder runterfahren. Wir müssen auf fünf Jahre hinaus planen und haben deshalb kaum flexible variable Kosten. Das ist bei allen Flugsicherungsunternehmen in Europa so. Hier kann das Virtual Centre helfen, Nachfragefluktuationen über einen höheren Grad an Automatisierung abzufangen und die Abhängigkeit von der Anzahl Flugverkehrsleitender zu verringern.

Meier: Die neuen Technologien erlauben es, Probleme bereits im europäischen Netzwerk zu lösen und nicht erst, wenn der Flieger in den betroffenen Schweizer Sektor kommt. Wenn es beispielsweise Problempunkte über Paris gibt, etwa wegen schlechtem Wetter, können die Flugzeuge schon über der Türkei oder Süditalien verlangsamt werden. Ich erkläre das mit einer Analogie zum Zugverkehr: Das heutige dichte Bahn-Netzwerk in der Schweiz mit hoher Taktfrequenz und verschiedenen Verkehrsplayern funktioniert nur, weil es gesamthaft aus einem Netzwerk gemanagt wird, statt wie in den 1950er-Jahren aus den Bahnhöfen, die mit lokalem Blick die Züge gebremst oder gestoppt hatten. Auch wir wollen weg vom lokalen Luftraum­management hin zu einem virtuellen. Das geht nur, weil heute die Technologie dafür vorhanden ist. Beispielsweise müssen die FSZ die genauen Positionen der Flieger nicht mehr mittels Radar feststellen, hierfür gibt es heute GPS. Wenn wir die Flugdaten zentral in einem System sammeln und on-the-ground verarbeiten, können wir das Netzwerk optimieren, indem wir im Hintergrund berechnen, wann welche Flieger zusammenkommen, und sie automatisch separieren. In Zukunft kann das System diese Arbeit übernehmen und die Flug­verkehrsleitenden müssen nur noch eingreifen, wenn es Probleme gibt oder Ausnahmen zu behandeln sind, etwa weil das Wetter plötzlich ändert. Sie machen mehr Air Traffic Management als Air Traffic Controlling. Digitalisierung bedeutet ja nicht nur den Wechsel von analog zu digital, sondern auch, dass Daten vernetzt und aggregiert werden und dann intelligente Algorithmen darüber laufen können, die das System verbessern. Das verändert dann die Business-Prozesse oder Betriebskonzepte und das ist genau das, was wir pushen wollen.

Meier: Den Schritt vom ortsabhängigen Denken und Operieren hin zu einem Gesamtsystem Schweiz zu machen. Dieses End-to-End-Process-Engineering wurde in der Flugsicherung noch nie gemacht. Bisher wurden lediglich die bestehenden Prozesse geändert. Dieser Paradigmenwechsel ist ein grosser Schritt in einem Geschäftsfeld, das solche eigentlich nicht kennt. Hinzu kommt, dass es sich beim Luftraummanagement um ein hochsensibles Safety Business handelt, in dem man immer dreimal vorsichtig sein muss. Es braucht Double oder Triple Checks, was entsprechend mehr Zeit benötigt. Manchmal ist das frustrierend, klar, aber die Kultur in der Flugsicherung ist Sicherheit. Man muss das akzeptieren und lernen, wie man unter diesen Voraussetzungen die richtigen Veränderungen einbringen kann.

Meier: Wir wechseln von geschlossenen, vertikal integrierten Systemen, wie sie bisher angeboten wurden, auf eine moderne, offene horizontale, serviceorientierte Architektur. Das ermöglicht uns Connectivity auf verschiedenen Ebenen, indem die verschiedenen Layer miteinander sowie auch mit anderen FLZ und anderen Lösungen verbunden werden.

Hierfür haben wir vier Architekturziele definiert: Erstens wollen wir von den Punkt-zu-Punkt-Verbindungen wegkommen. Diese sind Denken aus den 1980er-Jahren und leider immer noch weitverbreitet. Punkt-zu-Punkt kreiert einen Spaghetticode, der, je länger er betrieben wird, wie die besagte Pasta zu verschmelzen beginnt. Man hat dann keine Chance mehr, sie zu entwirren.

Zweitens soll es keine enge Kopplung mehr geben. Bei einer vertikalen Integration ist der Blick auf den Radarschirm verbunden mit allen anderen Funktionalitäten in der Wertschöpfungskette, die wir im System abbilden. Das ergibt keinen Sinn: Es gibt gewisse Dinge, die komplett losgelöst von dem, was auf dem Radarschirm passiert, bearbeitet und bewirtschaftet werden können, beispielsweise das Korrelieren eines Fluges, was unsere Kern­aufgabe ist. Das heisst, wir setzen den geplanten und tatsächlichen Flug miteinander in eine Beziehung, was ein Flight Object ergibt, das einige 10 Kilobyte gross ist. Das muss nicht 68-mal getan werden, einmal würde reichen. Vom Datenvolumen her gesehen ist das kein Problem und mit einer Standardarchitektur machbar.

Drittens gilt es, Datenduplikationen zu verhindern. Umfassten unsere Kernsysteme bisher 12 bis 15 Datenquellen, die synchronisiert werden müssen, gibt es nun nur noch eine Quelle, die verteilt ist. Diese Vereinfachung war der grosse Schritt auf der Systemseite.

Viertens haben wir gesagt, dass wir gewisse Dinge nicht mehr selbst machen wollen, sprich die Bewirtschaftung der Standardinfrastruktur wie Server und Storage. Es gibt spezialisierte Firmen, die das besser können als wir. Die Systeme und die Daten sind zwar immer noch bei uns, aber sie werden nicht mehr von uns gemanagt, sondern von Experten von DXC. Auch das ist ein Bestandteil des Wechsels von einem vertikalen zu einem horizontalen Modell und funktioniert jetzt gut.

Meier: Unsere Lieferanten sagten 2015, wir seien die Einzigen, die eine ortsunabhängige Lösung wollen. Sie hätten daher keine. Für uns war somit klar, dass wir die Software selbst schreiben müssen. Das hat verschiedene Vorteile, vor allem in der Schweiz: Wir haben gute Leute, Zugang zu guten Universitäten, unternehmerisches Denken und eine effiziente Bürokratie. Das erlaubt uns, schneller zu sein als die anderen. Auch sind wir eine der wenigen Flugsicherungsgesellschaften, die ein konstruktives Verhältnis mit ihren Flugverkehrsleitenden hat, wenn es um Change und Innovation geht. Wir haben sogenannte Core-Teams, in denen die Entwicklungs-Teams direkt mit den Lotsinnen und Lotsen zusammenarbeiten. Das ist einmalig in der Flugsicherung. Das hat auch kein Hersteller, weil sie diesen Zugang gar nicht haben. Entwickelt wird die Software von unserer 100-Prozent-Tochter SkySoft-ATM, die sehr viel Know-how hat, wie man solche Lösungen sicher in Produktion bringt – nicht als Produkt auf dem Markt, sondern für Skyguide. Das haben wir nun genutzt. Auch haben wir Externe beigezogen, da diese neues Denken mitbringen, wie moderne und sichere Software hergestellt wird. Eingekauft haben wir nur gewisse Standardsachen – rund 80 bis 85 Prozent sind selbstentwickelt.

Klaus Meier ist überzeugt, dass sich das Virtual Centre «technologisch, operativ und finanziell» lohnt

Quelle: Skyguide

Meier: 2018 sind wir live gegangen mit der Einführung eines Enterprise Service Busses, womit wir die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen aufgelöst haben. Jetzt sind wir dabei, sukzessive die Funktionalitäten aus den zwei Legacy-Systemen in Zürich und Genf auf dieses neue System zu migrieren. Und das funktioniert. Wir haben damit den ­Beweis erbracht, dass ein Virtual Centre tatsächlich technisch machbar ist. Auch die EU will das so übernehmen: Die European Airspace Architecture Study aus dem Jahr 2018 besagt, dass das, was wir hier in der Schweiz machen, die Zukunft ist. Auch der Single European Sky Masterplan 2020–2025 basiert auf unseren Konzepten. Das ist für uns ein grosser Erfolg. Unsere Investitionen in das Virtual Centre zahlen sich aus: technologisch, operationell und finanziell.

Meier: Wir prüfen derzeit, ob wir unsere Lösung skalieren können. Es gibt dabei zwei Stossrichtungen. So sind wir etwa im Gespräch mit COOPANS, einer Gruppe von kleineren europäischen Flugsicherungsanbietern, ob unser Konzept auch in Dänemark, Schweden, Österreich, Irland, Finnland und Portugal übernommen und damit skaliert werden könnte.

Meier: Das ist die von uns entwickelte Software. Gibt es einen Markt für ein Flight Data Processing System mit offener Architektur? Wie gross ist der Markt? Welche Produkte bräuchte es genau? Und was können wir mit wem zusammen machen? Allein können wir das nicht – wir sind keine Sales-Organisation. Interessanterweise kommen nun auch Lieferanten zu uns oder starten eigene Initiativen in Richtung offener Architektur. Es kommt Bewegung in das Thema.