Einhergehend mit dem weltweiten Wachstum des Luftverkehrs werden seine Akteure, insbesondere die Betreiber von Flugzeugen, mit Herausforderungen konfrontiert. Zum einen fordern Politik und Gesellschaft die Einhaltung ökologischer Ziele, zum anderen erfordert heftige Konkurrenz eine ständige Steigerung der Effizienz, um profitabel zu bleiben. Zusätzlich erwarten Passagiere eine steigende Servicequalität. Der Wachstum des Luftverkehrs lässt zudem die Kapazitäten des Luftraumes und von Flughäfen an ihre Grenzen stoßen. Verschiedene Nationen und Staatengemeinschaften haben Initiativen gegründet, welche an operationellen Konzepten und unterstützender Technologie arbeiten, um die genannten Herausforderungen zu meistern. Ein Eckpfeiler der Kapazitätserhöhung sind Trajektorien basierte Operationen, welche von heutigen Flugmanagement System nur begrenzt unterstützt werden.

Diese Dissertation trägt mit der Entwicklung und Validierung der Architektur eines Trajektorien Durchführungs- und Optimierungssystems dazu bei, heutige Flugmanagementsysteme zu ersetzen. Die vorgeschlagene Architektur unterstützt zukünftige Operationen und erlaubt es Fluggesellschaften zusätzlich ihre betriebliche Effizienz zu erhöhen. Dies wird durch die Neuverteilung der Funktionen traditioneller Flugmanagementsysteme auf ein betriebsgenehmigtes Gerät sowie ein zertifiziertes System erreicht. Während das zertifizierte System für das sichere Abfliegen von Trajektorien verantwortlich ist, werden Planungs- und Optimierungsaufgaben auf dem betriebsgenehmigten Gerät durchgeführt. Ein an Bord befindlicher Datenserver verbindet die beiden Geräte, wobei der Datenserver zusätzlich mit einer Verbindung zur Zentrale der Fluggesellschaft ausgestattet ist. Neben der Bewertung der Zertifizierbarkeit eines solchen Systems wurde für diese Arbeit eine sichere Schnittstelle zum Verbinden der Geräte eingeführt. Ein Systemdemonstrator wurde entwickelt und in den Forschungsflugsimulator der TU Darmstadt integriert.

Um die Einsetzbarkeit der vorgeschlagenen Architektur zu bewerten, wurde eine Studie zur Gebrauchstauglichkeit durchgeführt. Berufspiloten haben in der Studie eine Aufgabe zur Trajektorienplanung und Aktivierung jeweils auf dem vorgeschlagenem System und einem heutigen Flugmanagementsystem durchgeführt. Die Ergebnisse der Studie deuten auf den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit der vorgeschlagenen Systemarchitektur hin. Im Vergleich zum Flugmanagementsystem erzielte das Trajektorien Durchführungs- und Optimierungssystem eine bessere Bewertung der Gebrauchstauglichkeit, wobei aber die Erfahrung der Studienteilnehmer auf dem benutzten Flugmanagementsystem variierte.

Zusätzlich zur Studie der Gebrauchstauglichkeit wurde ein Algorithmus zur Trajektorienoptimierung entwickelt und evaluiert, welcher auf dem Electronic Flight Bag eingesetzt werden soll, um die Vorteile der vorgeschlagenen Architektur herauszustellen. Die Evaluierung zeigt die generelle Machbarkeit der Optimierung einer mit Zeitvorgaben belegten Trajektorie. Dabei belegt eine beachtliche Anzahl erfolgloser Optimierungen jedoch die Notwendigkeit einer präzisen Berechnung der Zeitvorgaben. Auf Grund hoher Rechenzeiten wird eine auf die Zielhardware und Rechenzeit optimierte Implementierung derartiger Algorithmen empfohlen.