Mit 5G verbundene Risiken für den Flugverkehr

Originalartikel von Craig Gibson und Fyodor Yarochkin

Die Bundesluftfahrtbehörde der USA Federal Aviation Authority (FAA) verwies auf Sicherheitsrisiken, das Miteinander von 5G und Flugzeuginstrumente betreffend. Die Einführung der Technologie hatte zu vorübergehenden Unterbrechungen des internationalen Flugverkehrs geführt, da Langstreckenfluggesellschaften Bedenken bezüglich des Technologiewechsels auf 5G hatten. 5G verfügt über Funktionen, die die Kommunikation für Flugzeuge, Flughäfen und Drohnen der Flugsicherung unterstützen können, wobei die Interferenz zwischen den von der neuen Technologie (5G) verwendeten Funksignalen und älterer Technologie (Radarhöhenmesser) als Ursache für diese Risiken gesehen wird. Wir haben die Risiken, die potenziellen Safety- und Sicherheitsauswirkungen der Bedenken untersucht, sowie Empfehlungen für diese Technologien im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der Effizienz für die Sicherheit und Upgrades in der Luftfahrtindustrie dargelegt.

Das Problem

Nach der Umstellung der US-Telekommunikationssysteme auf 5G-Netze gab die FAA mehrere Erklärungen zu den Sicherheitsrisiken ab und wies darauf hin, dass zwei Höhenmessermodelle, die in einer Reihe von Boeing- und Airbus-Flugzeugmodellen installiert sind, von 5G-Funkstörungen im C-Band betroffen sind. Weitere Einzelheiten dazu beinhaltet der Originalbeitrag. Das C-Band ist eine Funkfrequenz zwischen 3,7 und 4,2 GHz, wobei 5G einen Bereich von 3,5 bis 3,98 GHz nutzt. Radar-Höhenmesser (Radar Altimeter) arbeiten mit Frequenzen von 4,2 bis 4,4 GHz, so dass die unmittelbare Nähe die Ursache für mögliche Störungen ist. Dies könnte zu Problemen bei der Landung von Flugzeugen bei schlechten Sichtverhältnissen führen. Es wird geschätzt, dass 48 von 88 Flughäfen von der Umstellung auf das 5G C-Band betroffen sein werden. Die Federal Communications Commission (FCC) genehmigte zunächst nur das untere Ende des Bandes, um mögliche Auswirkungen zu minimieren.

Diese Sicherheitsrisiken ergeben sich aus der Überschneidung von zwei Arten von Funkverwaltungsstandards im Radarhöhenmesser: 5G-Mobilfunk, der in n Mobilfunkgeräten verwendet wird, und das in Flugzeugen eingesetzte Radarsystem, das Flugzeuge und Flughäfen zur Entfernungsbestimmung nutzen. RAs werden von Verkehrsflugzeugen beim Anflug und bei der Landung eingesetzt, um den vertikalen Abstand zwischen dem Flugzeug und dem Boden sowie den seitlichen Abstand zwischen dem Flugzeug und der Landebahn zu bestimmen. Andere Arten von Radargeräten werden auch zwischen Flugzeugen, in Landebahnbaken und von Towers eingesetzt.

Funkrauschen

Funk besteht aus Wellen der ausgestrahlten Elektrizität, die sich von der Antenne des Mobilfunkturms ausbreiten, ähnlich wie sich Wellen vom Aufprallpunkt ausbreiten, wenn ein Objekt die Wasseroberfläche berührt. Wie nahe die Wellen beieinander liegen, kann man sich als Funkfrequenz vorstellen (viele Wellen = hohe Frequenz). Die Aufgabe eines Funkgeräts ist es, die Anzahl, den Zeitpunkt und die Größe dieser Wellen zu erfassen und sie in Daten umzuwandeln. Diese Daten werden dann zu einem Mobilanruf, einem heruntergeladenen Video oder einem Radarsignal.

Wenn viel kommuniziert wird (viele Quellen von Funkwellen), haben Funkgeräte von geringer Qualität Schwierigkeiten, zwischen den verschiedenen Wellen zu unterscheiden. Funkfrequenzen, die zu nahe beieinander liegen, können zu gegenseitigen Störungen führen. Dieses verwirrende und unübersichtliche Signal wird als Funkrauschen bezeichnet. Wenn das Rauschen stark genug ist, funktioniert ein Gerät möglicherweise nicht wie vorgesehen. Die Geräte sind durch die Frequenz getrennt, aber mit genügend Rauschen kann auch das unberechenbar werden. Natürlich können viele Faktoren wie die Richtung des Funkstrahls, die Intensität des ausgestrahlten Signals und der Standort der Antennen die Signalqualität beeinflussen.

Sicherheitsrisiken

So könnten zwei Arten von Geräten sich gegenseitig stören und durch das entstehende Funkrauschen „verwirrt“ werden. Eines sind die C-Band-RAs in modernen Düsenflugzeugen. Sie nutzen den C-Band-Frequenzbereich, um einen Funkstrahl auszusenden und ein reflektiertes Signal zu empfangen. Dieses Höhenmessgerät berechnet dann Entfernungsdaten. Diese Daten können von den Navigationsinstrumenten des Flugzeugs, dem Geländewarnsystem und den Systemen zur Kollisionsvermeidung verwendet werden. Eine Fehlinterpretation des reflektierten Signals kann dazu führen, dass der Höhenmesser falsche Informationen liefert und für das Flugzeug katastrophale Folgen haben, insbesondere bei schlechter Sicht.

5G-Funktürme und -Geräte bilden den zweiten Typ. Wenn diese beiden Technologien beim Start und bei der Landung zusammenwirken, besteht die Gefahr, dass die Höhenangaben nicht korrekt sind und das Flugzeug und seine stark automatisierten Systeme den Kontakt zum Boden verlieren. Dadurch erhöht sich das Risiko eines Zusammenstoßes mit dem Boden (Flugzeugabsturz).

Eine zweckmäßige Methode zur Lösung dieses Problems besteht darin, eine physische Pufferzone (oder einen Kreis von 5G-Abdeckungslücken um den Flughafen) zu schaffen. Sie sollte groß genug sein, damit ein Pilot ausreichend Zeit hat, um im Falle eines 5G-Notfalls die Kontrolle über die Landefunktion zu übernehmen. Derzeit beträgt diese Zeitspanne weltweit im Allgemeinen weniger als zwei Minuten und in den USA zwischen null Sekunden (überhaupt kein Sicherheitsring) und 20 Sekunden.

Empfehlungen

Aus der Sicherheitsperspektive sind diese Risiken recht besorgniserregend. Die europäischen und die US-amerikanische Regierung erkennen eine 5G-Funkschwachstelle an, die ein Flugzeug zum Absturz bringen könnte, und verweisen auf die Diskrepanzen zwischen den 5G-Installationen der verschiedenen Länder auf und in der Nähe von Flughäfen. Mit Ausnahme von 50 US-Flughäfen beträgt die Reaktionszeit für einen Piloten null Sekunden, wenn beispielsweise ein Gerät der 5G-Klasse in böswilliger Weise mit dem Radar interagieren würde.

Ein vom 5G-Standpunkt aus befürworteter Ansatz für eine Minderung des Risikos besteht darin, Flugzeuge so zu behandeln, als wären sie 5G-Geräte. Terrestrisches 5G wird über Mobilfunkmasten abgewickelt, während Satelliten für 5G in der Luft und auf dem Meer zuständig sind. Da 5G über eine extrem genaue Ortungsfunktion verfügt, könnte es ein hervorragender Ersatz für Radar in 5G-Gebieten sein, ohne andere Dienste zu beeinträchtigen, und damit „5G-Ausfallkreise“ (5G-Pufferzonen) zu schaffen. Der Flughafen selbst könnte 5G in ähnlicher Weise nutzen wie die aktuellen 5G-Seehäfen, z. B. der Hafen von Antwerpen in Belgien, der ein vom Hafen selbst verwaltetes 5G-Campusnetz nutzt. Dieser ist zunehmend in der Lage, den autonomen 5G-Fahrzeugverkehr zu unterstützen. Dies wurde auch durch verschiedene Aussagen auf der GSMA Future Networks über die wachsende Rolle von 5G bei der Unterstützung von Kommunikation, Transport, Luftfahrt und Sicherheit angesichts der beträchtlichen Agilität, Geschwindigkeit, reduzierten Latenzzeit und der Anforderungen an die Genauigkeit von 5G bestätigt.

5G verfügt im Gegensatz zum Radar über eine Reihe von Funktionen zum Schutz vor Störeinflüssen, Spoofing und Interferenzmanagement. Die von der FAA geäußerten Bedenken werden dadurch ausgeräumt, dass man auf 5G setzt oder es in Verbindung mit herkömmlichem Radar verwendet. Durch den kombinierten Einsatz von 5G und herkömmlichem Radar könnten Bedenken hinsichtlich der teuren Nachrüstung von Flugzeugen mit Radar ausgeräumt werden, da viele Luftfahrtnormen nach wie vor Radar vorschreiben.

Flugzeuge, Telefone und fliegende Drohnen, die dieses Sicherheitsmodell nutzen, würden sich alle auf den 5G-Standard verlassen, anstatt ausschließlich Radar zu verwenden. Jedes Gerät könnte Sicherheitserkennungs- und -lösungssoftware verwenden: Wenn Schadsoftware das Flugzeug, den Flughafen oder die Geräte der Passagiere angreift, können diese Lösungen den Angriff erkennen, bevor er sich auswirkt, indem sie die Angriffsfläche in der Lieferkette des Flugzeugs analysieren, diese mit dem Wissen über neu auftretende Bedrohungen unterstützen und fortlaufend Verbesserungen an der allgemeinen Sicherheitslage vornehmen. Diese Reaktionen auf Bedrohungen würden durch ein Security Operations Center (SOC) koordiniert, das die Angriffstelemetrie von einem Teil der Infrastruktur einer Fluggesellschaft oder eines Kunden zur Vorhersage von Angriffen auf einen anderen Teil nutzen kann.

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