Développer un réseau aérien grâce à une nouvelle technologie de communication
Le transport aérien devrait au moins doubler d'ici 2050. Pour gérer cette croissance ainsi que les encombrements aériens qui en résultent, il faudra faire appel à des technologies de communication de pointe, pour lesquelles le secteur n'est pas encore tout à fait prêt. Le projet SANDRA s'est donc attaché à améliorer les avions au moyen d'une architecture numérique cohérente. De plus en plus de compagnies aériennes proposent à leurs passagers l'accès à Internet en vol, mais leurs pilotes doivent toujours travailler avec une technologie d'un autre âge. Pas question d'accès haut débit à des informations en temps réel; mais plutôt le pilote en est encore à utiliser des technologies de communication vocale analogique vieilles de plusieurs décennies, ainsi que des liaisons de données à faible débit non IP. Tout cela entraîne des communications inutilement complexes, disparates et inefficaces, susceptibles de retarder la réaction à un évènement imprévu. Outre son manque d'efficacité, le système actuel ne peut gérer l'évolution du secteur comme les encombrements et le manque de capacité des aéroports, le besoin d'échanger davantage de données, et la demande pour de meilleurs systèmes de communication pour le pilote mais aussi pour les passagers. Le projet SESAR (Single European Sky ATM Research) fait partie de l'initiative «Ciel unique européen». Il a été lancé par l'UE, Eurocontrol et le secteur aéronautique afin de proposer une infrastructure haute performance de contrôle du trafic aérien en Europe. Il étudie pour cela l'évolution des communications en aéronautique, ciblant le contrôle du trafic et les communications opérationnelles des compagnies aériennes. Le consortium SANDRA compte 30 partenaires originaires de grandes entreprises du secteur de l'aviation et d'organisations de recherche. Sous la coordination de Selex ES, il a adopté une approche plus radicale, capable de révolutionner les communications en vol. Il s'agit de connecter tous les services et les applications de l'avion à un seul système mondial de communications en vol basé sur les réseaux, la transmission radio et des liaisons par satellite, qui serait fiable. Le système SANDRA a été testé lors de vols d'essai en Allemagne, conduisant la Commission européenne à choisir ce projet phare pour ses communications dans le cadre du nouveau programme de recherche Horizon 2020. Massimiliano Amirfeiz, membre de l'équipe de coordination, détaille les technologies utilisées par SANDRA ainsi que leur impact sur l'aéronautique future. Quels sont les principaux objectifs du projet? Le projet SANDRA a étudié, mis en place et démontré en vol un nouveau système qui ouvrira aux pilotes le monde numérique du XXIe siècle. Ce système unique utilise le protocole IP et peut transmettre des données via de nombreuses liaisons à haut débit, directement au sol et par satellite et numériquement, assurant ainsi des services de communication couvrant tous les besoins de l'avion, chacun avec la qualité requise et en toute transparence. Il permet l'échange rapide et fiable d'informations détaillées entre la tour de contrôle et l'avion, comme les conditions météorologiques ou le trafic, ce qui renforce la sécurité du trafic aérien. En complément aux technologies de liaison de données comme les VHF Data Link Mode 2 et Swift Broad Band Satcom, le projet SANDRA a aussi effectué la première démonstration en Europe d'AeroMACS, la première des trois nouvelles liaisons de données haut débit IP (avec L-DACS et IRIS Satcom) qui, selon l'Organisation de l'aviation civile internationale (ICAO), répondrait aux besoins futurs de l'aéronautique. AeroMACS a été conçu pour fournir une connexion à haut débit sans fil au-dessus dans les aéroports, pour soutenir leur fonctionnement, les fournisseurs de services de navigation aérienne et les compagnies aériennes. Ces nouveaux systèmes de communication finiront par remplacer ceux d'aujourd'hui, mais il y aura certainement une longue période pendant laquelle les avions seront équipés de tous les systèmes dans un souci d'interopérabilité globale. C'est du moins ce que prévoit SESAR, et l'équipement supplémentaire à bord requis durant cette phase de transition contrarie sérieusement la concrétisation de cette vision des communications futures. Si les nouvelles liaisons radio étaient installées sous forme d'un équipement autonome (comme c'est généralement le cas), la charge supplémentaire serait considérable en termes de place, de poids, de complexité et de coûts. SANDRA a donc aussi étudié le concept de «radio définie par logiciel» dans lequel les composants du système de communication radio, généralement intégrés dans un matériel spécialisé (comme les mélangeurs, filtres, amplificateurs, modulateurs et démodulateurs, détecteurs, etc.) sont remplacés par un logiciel informatique. Cela permet d'utiliser plusieurs radios en parallèle sur des processeurs communs, en tant qu'éléments indépendants de logiciel (formes d'ondes). Cette méthode représenterait un grand pas en avant, tout comme «l'avionique intégrée modulaire» a révolutionné l'électronique à bord. Qu'il a-t-il de nouveau ou d'innovant dans ce projet et dans sa manière d'aborder ce sujet? Les tests ont validé l'idée que l'avion devait avoir plusieurs liaisons de données actives en même temps, qui peuvent être utilisées pour tous les besoins en communication depuis le contrôle du trafic aérien jusqu'aux opérations des compagnies aériennes et aux services fournis aux passagers. Le but est de garantir des services de qualité ainsi que la sécurité et l'établissement de priorités. Le système entier est basé sur IPv6, la plus récente version du protocole IP, qui entrera en service dans les réseaux au sol dans les prochaines années, et que l'ICAO a désigné comme le pilier des futures communications aéronautiques. Les tests ont aussi validé la faisabilité de la «radio modulaire intégrée» (IMR), une architecture innovante de communication avionique dans laquelle chaque élément radio peut être reconfiguré indépendamment pour fonctionner comme une liaison radio spécifique en cas de besoin, selon la phase du vol et l'emplacement géographique. L'IMR constitue le centre du modèle commercial de SANDRA, apportant de nombreux avantages en termes de poids et de coûts des composants radio, ainsi que de réduction du travail du pilote. Il devrait faciliter la transition entre les deux systèmes de communication, l'actuel et le futur, car il gère les deux. Il est important de noter que la possibilité de configurer le logiciel radio est essentielle pour l'intégration des futures liaisons de données comme L-DACS et IRIS Satcom. AeroMACS a été démontré pour la première fois dans un réseau intégré complet assurant divers services comme les communications numériques entre le contrôleur et le pilote, la télémédecine et les communications privées des passagers. Quels seront les avantages du passage aux communications numériques pour l'aéronautique? Par son soutien du concept de communications de données dans le cockpit, SANDRA renforce l'efficacité et la sûreté des vols, un point particulièrement important face à la croissance du trafic aérien. Le système SANDRA offre des communications à plusieurs liaisons les plus sophistiquées, en intégrant les liaisons satellite L-band et Ku-band, les liaisons terrestres AeroMACS et l'actuel liaison de données VHF (VDL2). Il utilise des normes comme l'IP, l'IEEE 802.16 (pour AeroMACS), le DVB-S2 et l'Inmarsat SwiftBroadBand. Le système peut choisir la meilleure liaison radio disponible ou laisser l'équipage faire son choix. L'utilisation de normes industrielles signifie qu'il est aussi possible d'intégrer les communications du cockpit et de la cabine. Les deux systèmes sont séparés pour des raisons de sécurité, mais partagent la même liaison. Les compagnies aériennes disposeront ainsi d'une méthode économique pour assurer la connectivité en vol, pour leurs passagers comme pour leurs pilotes. Quels ont été les difficultés rencontrées et comment les avez-vous surmontées? Le nouveau système a été testé pour la première fois en vol réel dans l'avion de test ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) du centre aérospatial allemand, un Airbus 320 modifié. La principale difficulté a été d'intégrer à bord d'un avion une vaste gamme de systèmes disparates comme les applications aéronautiques, la nouvelle avionique de communication et les réseaux. Mais le système SANDRA comprend également la technologie de communication correspondante au sol, que les chercheurs ont installée au site du centre aérospatial allemand (DLR) à Oberpfaffenhofen et à l'aéroport de Toulouse-Blagnac, ainsi que des entités externes comme Inmarsat Satcom et les réseaux terrestres SITA. Ainsi, nous avons pu tester l'échange des données en vol sans problème durant la transition entre un type de liaison de données et un autre. Le consortium SANDRA a pu surmonter toutes ces difficultés grâce à l'expertise complémentaire et à la motivation de ses membres, comme l'ont reconnu des études indépendantes et le responsable de projet de la CE. Comment SANDRA affectera-t-il la routine et les conditions de travail du pilote? Lorsque le nouveau système sera disponible, le pilote pourra accéder à toutes les informations sur les conditions météorologiques, le trafic aérien et les décisions en cours, en même temps que les contrôleurs de trafic aérien basés au sol. Il sera donc bien plus facile de corriger automatiquement le vol pour éviter des situations critiques et des malentendus. Lors de l'atterrissage par exemple, le système SANDRA utilise une liaison de données rapide via AeroMACS, apportant au pilote toutes les données requises, indirectement via le WLAN local. Et grâce à sa compatibilité avec les systèmes précédents, SANDRA peut être utilisé pour un atterrissage dans n'importe quel aéroport dans le monde entier. En fonction des disponibilités, SANDRA connectera automatiquement le pilote à des liaisons haut débit rapides ou aux anciens systèmes de liaison de données. Quels sont les prochaines étapes vers la commercialisation du produit ou quels sont vos prochains sujets de recherche? Nous avons étudié divers concepts et technologies, ayant des maturités technologiques différentes. AeroMACS devrait entrer en service dans les principaux aéroports en 2018. Le secteur s'est aussi montré très intéressé par un nouveau protocole permettant aux réseaux aéronautiques actuels de fonctionner via des liaisons de données IP à haut débit, en parallèle avec un trafic de données sans rapport avec la sécurité. Il sera étudié davantage dans le cadre de SESAR et pourrait être mis en service dans les prochaines années. Enfin, les principaux intégrateurs d'avions ont confirmé que notre nouvelle architecture de communication, basée sur la radio définie par logiciel et des technologies intégrées d'avionique modulaire, est un bon candidat pour se retrouver dans un avion d'ici 2020 à 2025. Les projets SESAR s'intéressant aux technologies IP et de liaisons multiples ont pris en compte les travaux de SANDRA et exploiteront ses résultats dans ce domaine. Mais, même si SANDRA a déterminé les éléments fondamentaux, il reste encore deux étapes à franchir avant de concrétiser cette nouvelle architecture de communication. D'abord, il faut intégrer tous les éléments fonctionnels de base du projet en un ensemble cohérent d'unités physiques, en tenant compte de l'environnement réel des avions et des nouveaux cadres d'avionique définis dans d'autres projets financés par l'Europe. Ensuite, il faut lancer la migration vers le protocole IP pour le cockpit, une démarche déjà accomplie par les réseaux au sol. Mais ce dernier point est le plus difficile car il implique un changement culturel.