キャップストーンプログラム

キャップストーンプログラム^{[1] [2]は、}アメリカ合衆国政府が資金提供したアラスカ州の航空安全プログラムであり、主に州の農村地域に焦点を当てていました。連邦航空局（FAA）、アラスカパイロット協会、民間航空会社、アラスカ大学、MITRE Corporation、いくつかの航空電子機器メーカー、および個人パイロットによるこの共同の取り組みにより、アラスカ東部の事故率が約40％削減されました。^[2]

このプログラムは1999年から2006年まで実行され、FAAはこれを国家自動従属監視放送（ADS-B）プログラムに統合しました。^[3]

アラスカは面積では米国最大の州であるが^[4]、人口は最も少ない州の1つである。1990年代後半には、州民58人に1人がパイロットであり、パイロット10人に対して航空機6機が所有されていた。^[5]高速道路や鉄道のインフラが非常に限られていたため、航空は不可欠な（そして時には唯一の）輸送システムとして登場した。しかし、航空を支える重要なインフラは、米国の他の地域で一般的に期待される、または遭遇する基準を満たしていなかった。

1997 年初頭、米国連邦航空局(FAA) は、「Flight 2000」と題する提案の作成を開始しました。この提案は、フリー フライトの実装につながる高度な航空電子工学機能の迅速な展開と現場での実証を想定していました。この提案は航空業界のすべてのセグメントで受け入れられたわけではなく、業界のRTCA (航空無線技術委員会) フリー フライト特別委員会は、Flight 2000 プログラム活動のほとんどを含む改訂されたアプローチを承認しました。改訂されたアプローチは、「フリー フライト運用強化のための政府/業界共同ロードマップ」に文書化されました。

アラスカ地域において、フライト 2000 は、将来の国家航空システム(NAS)の開発に関する計画、調整、焦点、および方向性の共通の傘を提供し、多くの追加イニシアチブの「頂点」としての役割を果たしました。フライト 2000 をサポートするいくつかの追加の「技術主導型」イニシアチブは、以前の提案と密接に関連した、1995 年 3 月の国家運輸安全委員会(NTSB) のアラスカ安全調査で推奨されています。たとえば、NTSB がアラスカに要求した追加の航空気象観測システムは、フライト 2000 フライト情報システム要素に依存し、データ リンク経由で開発された情報をパイロットに提供します。

Flight 2000 の主な目的は、最新技術の導入と使用を加速することでしたが、このプログラムを取り巻く不確実性により、実際には移行が遅れました。アラスカの航空電子機器設置業者数社は、GPS 機器の購入を検討していた顧客が Flight 2000 を待つ間、投資を延期したと報告しました。

アラスカ州内では、キャップストーンは FAA、コミュニティ、業界間の調整を図るための複数の取り組みを結び付けました。キャップストーンは、空港、気象製品、通信、GPS 駆動システムを備えた運用インフラストラクチャをアップグレードするためのプロセスと範囲を概説しました。

主な目的は、アラスカの安全性を向上させながら、運航者の効率性を高めることでした。パイロットと管制官の両方の状況認識を向上させることで、多くの事故をなくすことができます。このため、アラスカ地域は NAS を強化し、新しい技術のテストベッドとなる取り組みを支援しました。アラスカで 3 年間に発生した 112 件の航空運送業者の事故を調査したところ、最新の技術によって安全性が 38% 向上する可能性があることが示されました。

フリー フライト運用強化プログラム (FFOEP) では、9 つ​​の強化点が特定されました。これらの強化点のアラスカでの現場展開は、2000 年度まで開始される予定ではありませんでしたが、限定的な早期展開は可能であり、非常に望ましいものでした。早期展開は、安全性にプラスの効果をもたらし、初期手順の開発を可能にするインフラストラクチャを構築し、フライト クルー、管制官、および航空電子機器の設置者に最新の機器と概念を理解させ、 FFOEP 評価の実際の開始前に認証の問題と手順に対処すると考えられました。早期展開は、政府と業界の共同ロードマップで特定された全体的な概念を検証するのにも役立ちます。

1999 年度、アラスカ地域の「キャップストーン」プログラムは、「フリー フライト運用強化のための政府/業界共同ロードマップ」で特定された 9 つの主要要素のうち 3 つと、1995 年 3 月の NTSB アラスカ安全調査の 2 つの安全イニシアチブを結び付けました。プロジェクト キャップストーンに含まれる運用強化は次のとおりです。

• 特別使用空域、気象、風向、NOTAM（航空従事者への通知）、パイロットレポートに関する飛行情報システム
• グラフィカルな位置表示によるコスト効率の高い地形への制御飛行（CFIT）回避
• 強化された「視認回避」有視界飛行ルール（VFR）

アラスカでこれらの機能やその他の機能を実際にデモンストレーションする構想は、もともと FAA の Flight 2000 プログラムに組み込むために提案されました。

アラスカ地域は、1999 年度に限定的に展開するために、次の FFOEP 要素と関連する NTSB の安全性向上策を特定しました。

• アラスカ地域のキャップストーン プログラムは、ベセル ハブとその周辺地域でのテクノロジーの展開と運用を検証しながら、飛行コミュニティの安全性と効率性を高めるために、進行中のものも提案中のものも含め、いくつかの取り組みを統合しました。このプログラムは、プログラムの実装プロセスを実証するための費用対効果の高い効率的な方法を提供することで、RTCA 選択委員会によって開発された FFOEP の計画作業をサポートします。
• キャップストーン現地事務所がアンカレッジに設立され、アラスカ地域管理者に報告してプロジェクトの計画、調整、実施を行います。インフラストラクチャと暫定手順および認証プロセスは、担当するアラスカ地域部門と連携して開発されます。評価用航空機の装備は任意で、装備と認証のコストはキャップストーン プログラムが負担します。キャップストーンは FFOEP と一致するインフラストラクチャを構築し、全体的な近代化につながるさらなる手順の開発と評価を可能にしました。

キャップストーン プログラムは、アラスカの異なる地理的エリアで 2 つのフェーズから構成されています。フェーズ 1 は 1998 年に構想され、1999 年に実施され、アラスカ南西部のユーコン - クスコクウィム (Y-K) デルタ地域を中心に実施されました。フェーズ 2 は 2001 年に開始され、アラスカ南東部を網羅しました。フェーズ 3 は、フェーズ 1 と 2 で開発され、実証されたテクノロジーを使用して、州全体で実施されます。

キャップストーンの第 1 フェーズの活動の中心地であるアラスカ南西部の Y-K デルタ地域は、交通インフラの点では州の大部分を典型的に表しています。100,000 平方マイル (260,000 km ^{2 ) の地域にある 50 以上の村落を結ぶ道路はなく、村落内でも道路はほとんどありませんでした。この地域の航空ハブであり最大の集落である}ベセルのコミュニティには、ほとんど舗装されていない道路が 15 マイル (24 km) しかありませんでした。

フェーズ 1 では、アラスカでの日常的な運用中に小型商用航空機のフリートがテクノロジーの安全上の利点を評価しました。航空機には、計器飛行方式(IFR) 対応の GPS 受信機、自動従属監視ブロードキャスト(ADS-B) とリアルタイムの天気を含む飛行情報サービス(FIS)を可能にするユニバーサル アクセス トランシーバー(UAT) データ リンク システム、地形、他の ADS-B 航空機、天気図、テキスト データを表示する多機能ディスプレイ (MFD) が装備されていました。この一連の航空電子機器は、アラスカ南西部での通勤、チャーター、郵便飛行に使用される 200 機の航空機に搭載されました。航空電子機器によってパイロットの状況認識が向上し、主な目的は、制御された地形への飛行 (CFIT) と空中事故を防ぐことです。

アラスカでは、IFR インフラストラクチャとレーダーカバレッジが十分に利用できず、さらに厳しい気象条件が重なったため、CFIT 事故の発生率が高かった。パイロットは、地形や水面との視程距離を維持する目的で VFR のみの目的地に向けて出発したが、通常であれば計器飛行操作が必要となるような危険な気象条件に遭遇した後も、目的地に向けて飛行を続けた。Capstone アビオニクスの地形認識機能は、地表接近機能を提供した。地形機能は、黒、緑、黄、赤を使用して地形と航空機の接近を示す、直感的な高解像度カラー ディスプレイで地形を表示した。アビオニクスは、航空機の高度、GPS から得た位置、対地速度、飛行経路を継続的に監視し、このデータを地形高度の組み込みデータベースと比較した。航空機が 2 分以内に地面に接近すると、ディスプレイは自動的にパイロットに地形に関する注意を通知した。

CFIT 事故の次に多かったのは空中衝突でした。キャップストーンは、空中衝突を減らすために ADS-B 技術を使用してこの問題に対処しようとしました。ADS-B を装備した航空機は、飛行中または空港面をタキシングしているときでも、常に位置をブロードキャストします。ADS-B は多機能ディスプレイに表示され、パイロットは周囲の他の ADS-B トラフィックをはっきりと見ることができます。キャップストーンの航空機がアンカレッジのようなレーダー サービス エリアに飛行すると、交通情報サービス - ブロードキャスト(TIS-B) と呼ばれる機能により、MFD に ADS-B 以外の航空機も表示されます。

データリンク地上局のネットワークがフェーズ 1 地域にある既存の 11 の FAA および共同使用軍事施設に設置され、既存の通信システムを介してアンカレッジ航空路管制センターに接続されています。既存のマイクロ エンルート自動レーダー追跡システム (Micro-EARTS) は、航空管制官のディスプレイに ADS-B ターゲットをレーダー ターゲットと融合して表示するようにプログラムされていました。ADS-B 航空機位置レポートは、飛行監視の目的で、ベセルの空港管制官と民間航空機オペレーターにもインターネット経由で提供されました。

初期の Capstone イニシアチブの一環として、FAA は 5 年間の評価期間に航空電子機器を購入し、設置し、保守しました。その見返りとして、参加者は安全性と運用上の利点を特定して文書化できるように評価データを提供することでプログラムを支援しました。航空電子機器の所有権は 2004 年 12 月に参加オペレーターに移譲されました。初期の評価では、CFIT を削減し、パイロットがコックピットで近くの交通状況を確認したり現在の天気を受け取ったりするための強化された手段を提供するための手頃な手段に重点が置かれました。

キャップストーン プログラムでは、評価活動から得られる最大のメリットが実現されるように、パイロット、オペレーター、安全検査官、航空管制の専門家、技術者にトレーニングを提供しました。このテクノロジーをサポートするために、フェーズ 1 評価エリア内の 10 の遠隔村空港の滑走路用に 19 の GPS スタンドアロン非精密計器進入手順が作成され、公開されました。また、これらの空港に自動気象観測システム(AWOS) が設置され、航空会社が新しい非精密 GPS 計器進入手順を使用できるようになりました。

Y-K デルタの自然境界により、参加航空機の大半の運航はベセルを運航拠点とするその地域に限定され、レーダーの有効範囲も 6,000 フィート (海抜) 以下に制限されていました。キャップストーンは、ベセルと Y-K デルタ内の 9 つの追加空港に IFR インフラストラクチャを提供し、地域全体でレーダーのような ADS-B 有効範囲を実現しました。航空交通サービス(ATS) がベセルの非レーダー環境で ADS-B を使用できるように、アンカレッジ航空路管制センターの機器が改造され、航空管制官のディスプレイに利用可能なレーダーとともに ADS-B データが表示されるようになりました。

結果を文書化するために、キャップストーンはアラスカ大学アンカレッジ校(UAA) とMITRE Corporationの協力を得ました。大学は現在の運用のベースラインを文書化し、改善が生じた際にはそれを追跡、評価、文書化しました。UAA はまた、キャップストーンの航空電子機器に関する乗務員のトレーニングも提供しました。初期結果では、キャップストーン プログラムによって事故が 40 パーセント減少したことが示されました。

フェーズ 2 では、キャップストーン プログラムは、地形に制約のあるアラスカ南東部の地域に重点的に取り組みました。再び航空業界と提携して、キャップストーンは Y-K デルタのフェーズ 1 プログラムから学んだ教訓を活用し、その地域の安全性とアクセスを改善するとともに、監視とナビゲーション機能をさらに向上させるその他のテクノロジも取り入れました。フェーズ 2 では、滑走路侵入事故の可能性を減らすことを目的としたテクノロジのデモンストレーションも行われました。CFIT と空中での懸念に加えて、アラスカ南東部で必要な重要な要素の 1 つは、使用可能な IFR インフラストラクチャでした。

アラスカ南東部は、山と海が織りなす非常に険しい環境です。森林に覆われた島々が、この州の有名なインサイド パッセージを形成しています。多くの地域では、海が氷河と氷原に覆われた高く雄大な山々の麓まで直接迫っています。南東部のほとんどの集落へは船で行くことができますが、移動時間が長いため、日常や緊急時の使用には実用的ではありません。ケチカンからジュノーへの飛行機での2 時間未満の旅は、船では 16 時間かかり、ワシントン州ベリンガムからアラスカ州ジュノーへのフェリーでの航海には50 時間以上かかります。

アラスカ南東部の島々や本土には 45 を超えるコミュニティが点在しています。州都のジュノーが最大の都市です。ヘインズ、ハイダー、スカグウェイの 3 つの都市だけが、アラスカ・カナディアン・ハイウェイを経由して陸路で行くことができます。これらの都市でも、長距離ドライブのため、交通手段のほとんどを航空機に頼っています。

この地域での飛行は、地形の制約により、非常に異なっていました。航空路の最低航路高度(MEA) は、夏でも一般航空の航空機が氷結状態に遭遇することなく安全に飛行できる高度よりも高いのが一般的でした。

従来の航路航法支援システムには、電力が供給され、整​​備員がアクセスできる陸上の施設が必要でした。この陸上システムにより、アラスカ南東部の地形や一般的な小型航空機のユーザーに最適化されていない従来の IFR 航路構造が生まれました。これを変え、フィヨルドの低高度で必要な場所に航路と進入経路を設定できる技術が、広域航路拡張システム(WAAS) でした。

基本的な GPS サービスは、飛行の安全性にとって極めて重要な、精度、可用性、整合性 (ユーザーが適切なタイミングで警告を受け取ったり、ナビゲーションに使用すべきでない場合に自動的にシャットダウンしたりするシステムの能力) の要件を満たしていません。ナビゲーション システムを評価する際の要点は、その「可用性」です。精度、整合性、その他の仕様に関する規定の基準を満たさないシステムは、実際には使用できませんが、アラスカの生の GPS 信号でさえ、FAA の従来のシステムよりも優れていました。従来のVHF 全方向レンジ(VOR) と自動方向探知機(ADF) 地上ベースの航路システムの可用性率は 98.5% です。GPS 信号の可用性は約 99.9% で、はるかに広いエリアで使用できました。

WAAS 信号を受信できるようになると、基本的な GPS 精度が垂直方向と水平方向に約 7 メートル (23 フィート) 向上し、静止軌道 (GEO) ^{[頭字語を展開]}に配置されたナビゲーション衛星を使用することでシステムの可用性が向上し、GPS コンステレーション全体に関する重要な整合性情報が提供されます。

WAAS は、安全上極めて重要なナビゲーション システムを提供します。これにより、キャップストーン プログラムは、アラスカ南東部の航空業界が最も有効に活用できる航空路と進入路を設計することができました。キャップストーンは、参加するすべての航空機に WAAS 受信機を使用しました。WAAS 信号は、アラスカ南東部全域を低空飛行する航空機に対応するように設計された新しい IFR ルートと手順の基礎となりました。アラスカ州シトカにあるハリス航空による最初の航空会社検証飛行は、2005 年 3 月に実施され、FAA の承認を得ました。

WAAS は、より費用対効果の高い衛星技術に基づく米国の新しい航行および航空交通管理システムの構築に不可欠な安全性の保証を提供しました。WAAS 信号は、非クリティカルな用途で数年間利用可能であり、その可用性率は 99.999% です。^{[引用が必要]}

Capstone は WAAS プログラム オフィスと連携して、フェーズ 2 Capstone 機器に WAAS 信号を提供しました。Capstone フェーズ 2 WAAS 航空電子機器の認証と初期インストールは 2002 年に実施されました。

WAAS ベースのナビゲーションおよび監視機能の導入には、新しい規制規定も必要でした。2003 年 3 月 13 日、FAA は特別連邦航空規則 (FAR) パート 97 を承認し、地上の無線ナビゲーション局を参照せずに衛星技術のみに基づいたアラスカでの航路 IFR ナビゲーションを認可しました。

アラスカ州全体をカバーする新しい WAAS ルートも設計され、地図に記されました。航空交通組織内の対立により、WAAS ルートは NOTAM により使用停止となり、その後、公的な地図から削除されました。^{[引用が必要]}

2006年にFAAはアラスカキャップストーンプロジェクトを国家の自動従属監視放送（ADS-B）プログラムに統合した。^[6]