Offene Standards Wie der FACE-Standard modulare, offene und zukunftssichere Avioniksysteme ermöglicht

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FACE und MOSA schaffen die Grundlage für modulare, offene Avioniksysteme. Der Standard fördert Interoperabilität, Wiederverwendbarkeit und Zertifizierbarkeit – technisch wie strategisch relevant für militärische als auch zivile Luftfahrtprojekte.

In den letzten Jahren hat das rasante Tempo des technologischen Fortschritts sowohl in der militärischen als auch in der zivilen Luftfahrt die Entwicklung von Avioniksystemen grundlegend verändert. Im Zentrum dieser Transformation steht der technische Standard Future Airborne Capability Environment (FACE). Gemeinsam mit dem Modular Open Systems Approach (MOSA) bildet FACE die Grundlage für moderne, offene Softwarearchitekturen für luftgestützte Plattformen. FACE ist jedoch mehr als nur ein weiterer Industriestandard. Er markiert vielmehr einen entscheidenden Schritt weg von monolithischen, proprietären Systemen hin zu offenen, modularen und wiederverwendbaren Softwarekomponenten. In diesem Artikel beleuchtet Sysgo die Hintergründe der Entwicklung von FACE, dessen Beziehung zu bestehenden Standards sowie die Herausforderungen und Vorteile für Unternehmen jeder Größe. Zudem wird erklärt, wie sich mit FACE zukünftige militärische und zivile Luftfahrtsysteme schneller entwickeln, kostengünstiger betreiben und sicherer zertifizieren lassen.

Rechtliche Grundlagen von FACE und Beziehungen zu bestehenden Standards

FACE wurde entwickelt, um die anhaltenden Herausforderungen bei der Integration von herstellerspezifischen Avioniksystemen zu überwinden, die schwer zu warten sind, hohe Betriebskosten verursachen und die Interoperabilität zwischen Systemen erschweren. Seit 2019 schreibt das US-amerikanische Recht für alle großen Rüstungsbeschaffungsprogramme (MDAPs) die Einhaltung der MOSA-Prinzipien vor. Auch wenn es in Europa keine vergleichbare gesetzliche Vorgabe gibt, wird die Einbindung modularer Beschaffungslogik in Ausschreibungen zunehmend von nationalen Beschaffungsbehörden in Deutschland, Frankreich und Italien gefordert. Viele NATO-Staaten prüfen derzeit, wie ihre nationalen Projekte mit FACE in Einklang gebracht werden können. Insgesamt ist klar: MOSA hat die strategische Grundlage für offene, vernetzte und zukunftssichere internationale Systeme gelegt, während FACE die konkrete, überprüfbare Softwarearchitektur für technische luftgestützte Systeme liefert. Neben FACE haben sich auch das Open Mission Systems (OMS) Framework und die Universal Command and Control Interface (UCI) in militärischen Softwarearchitekturen etabliert und gewinnen zunehmend in der zivilen Luftfahrt an Bedeutung. Zwischen den drei Standards gibt es keine inhaltlichen Überschneidungen, sodass sie sich ergänzen, statt zu konkurrieren. In der Praxis kann eine luftgestützte Plattform also FACE-konform aufgebaut sein und gleichzeitig OMS-Architekturen und UCI-Datenschnittstellen nutzen.

Technische Architektur von FACE

Die technische Architektur von FACE gliedert Software in fünf klar abgegrenzte Segmente:

• Operating System Segment (OSS);

• Transport Services Segment (TSS);

• I/O Services Segment (IOS);

• Portable Components Segment (PCS); und

• Platform-Specific Services Segment (PSS).

Jede Komponente ist über definierte Schnittstellen mit dem Gesamtsystem verbunden. Das OSS ist ein Bestandteil des FACE-Standards, den Sysgo‘s PikeOS Echtzeitbetriebssystem und Hypervisor implementieren kann, wobei ELinOS (eingebettetes Linux als Gastbetriebssystem) innerhalb eines FACE-konformen Systems ausgeführt werden kann.

FACE definiert drei OSS-Profile, die es ermöglichen, Betriebssystem-APIs, Programmiersprachen und Funktionen, Laufzeitumgebungen, Frameworks und Grafikfähigkeiten an die Anforderungen von Softwarekomponenten mit unterschiedlichen Prioritätsstufen anzupassen:

• Security (IT-Sicherheit): Beschränkt die OS-APIs auf ein minimales, aber funktionales Set, um die Bewertung hochsicherer Funktionen zu ermöglichen, die als Einzelprozess laufen.

• Safety (Funktionale Sicherheit): Weniger restriktiv als Security, erlaubt aber nur OS-APIs mit nachgewiesener sicherheitszertifizierter Historie.

• General Purpose: Am wenigsten restriktiv, unterstützt OS-APIs sowohl für echtzeitdeterministische als auch für nicht-echtzeitliche, nichtdeterministische Anforderungen – je nach System- oder Subsystembetrieb.

Eine zentrale Rolle spielt zudem das Shared Data Model, das als semantische Grundlage für alle Nachrichten dient.

FACE nutzt außerdem eine Vielzahl etablierter Standards, darunter:

• ARINC 653 (Partitionierung für Safety)

• ARINC 661 (Cockpit-Displays)

• POSIX-APIs (Portabilität)

• OpenGL (Grafikschnittstellen)

• Ada, C++, Java (Programmiersprachen)

Durch die Integration dieser Standards wird FACE zu einer interoperablen Plattform, die Systemintegratoren hohe Flexibilität bietet. Dieses Modell unterstützt stark typisierte Datenstrukturen und stellt sicher, dass Positionsdaten, Sensormesswerte oder Statusinformationen im gesamten Avioniksystem konsistent interpretiert werden.

Die Einführung von FACE eröffnet neue Möglichkeiten

Die Implementierung des FACE-Standards ist eine Investition, die einen nachhaltigen Mehrwert schafft. Zwar ist ein initialer technischer Aufwand erforderlich, doch der Nutzen kann erheblich sein – insbesondere für Systemanbieter, die plattformübergreifend arbeiten oder langfristige Softwareproduktstrategien verfolgen. Durch die Trennung von Plattformarchitektur und Funktionslogik ermöglicht FACE eine echte Wiederverwendbarkeit und Modularität. So können bewährte Module in unterschiedlichen Projekten eingesetzt werden, ohne dass eine kostenintensive Neuentwicklung nötig ist. Standardisierte Schnittstellen erleichtern zudem die Zusammenarbeit mit Partnern und Subunternehmern, beschleunigen die Integration und reduzieren Risiken. Besonders wichtig ist, dass die FACE-Zertifizierung die Marktsichtbarkeit erhöht und Herstellern Zugang zum öffentlichen Register zertifizierter Module verschafft, sodass sie schneller auf neue Ausschreibungen reagieren können. Kurz gesagt: FACE verbessert nicht nur das Engineering, sondern stärkt auch die Wettbewerbsfähigkeit und das Wachstumspotenzial.

Ferner eröffnet FACE neue Chancen für kleinere und spezialisierte Softwareanbieter, die früher von großen Systemintegrationsprojekten ausgeschlossen waren und nicht mit etablierten Hauptauftragnehmern konkurrieren konnten. Die Komplexität proprietärer Systeme war traditionell eine Hürde, die FACE nun beseitigt. Durch die klare Trennung von Modulen und Systemverantwortung können sich kleinere Unternehmen auf klar definierte Softwarefunktionen konzentrieren, diese zertifizieren lassen und eigenständig über das FACE-Register vermarkten. Dieser Ansatz erweitert den Marktzugang, senkt das Geschäftsrisiko und fördert ein wettbewerbsintensiveres Umfeld, in dem Qualität, Innovation und Schnittstellenkonformität mehr zählen als gewachsene Kundenbeziehungen. Diese Dynamik ist besonders vielversprechend in schnell wachsenden Bereichen wie Künstlicher Intelligenz, Sensorfusion und Echtzeitsystemen.

Das FACE-Register ist das Tor zu Sichtbarkeit, Glaubwürdigkeit und neuen Geschäftsmöglichkeiten. Es fungiert als öffentlich zugänglicher „App Store“ für militärische Softwarekomponenten und ermöglicht es Programmmanagern, Systemintegratoren und Entwicklern, zertifizierte Units of Conformance (UoCs, Konformitätseinheiten) schnell zu finden und zu vergleichen. Jede gelistete Komponente hat einen strengen Zertifizierungsprozess durchlaufen, der nahtlose Interoperabilität innerhalb der FACE-Architektur garantiert. Für Hersteller ist das Register mehr als ein Verzeichnis – es ist ein direkter Zugang zum Markt. Zertifizierte UoCs und UoC-Pakete können dem gesamten Verteidigungsökosystem präsentiert werden und eröffnen neue Programme, Plattformintegrationen und Partnerschaften. Mit seinem standardisierten Registrierungsprozess macht das FACE-Register die Zertifizierung zum Wettbewerbsvorteil und erleichtert es, sich mit hochwertigen Lösungen abzuheben und Aufträge zu gewinnen.

Security und Safety mit FACE

Moderne Avioniksysteme sind zunehmend vernetzt, und der Trend zu softwaredefinierten Plattformen macht Security zu einer zentralen Priorität. FACE ist zwar selbst keine Security-Zertifizierungsstelle, hat aber früh Mechanismen integriert, um sicherheitskritische Anforderungen zu adressieren. Das Security Subcommittee der FACE Technical Working Group spielt dabei eine zentrale Rolle, indem es Empfehlungen, Sicherheitsprofile und Integrationsmuster entwickelt, die es Komponenten mit unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen ermöglichen, gemeinsam in einem FACE-konformen System zu arbeiten. Ein Schwerpunkt liegt auf Multilevel Security (MLS), das die physische oder logische Trennung von Modulen mit unterschiedlichen Klassifizierungsstufen bei Integration auf einer gemeinsamen Rechenplattform sicherstellt. FACE unterstützt zudem die Integration domänenspezifischer Sicherheitsmaßnahmen wie Datenverschlüsselung und Zugriffskontrolle, ohne die Interoperabilität des Gesamtsystems zu beeinträchtigen. In Kombination mit standardisierten Datenmodellen ermöglichen diese Maßnahmen ein Sicherheitsniveau, das höchsten militärischen Anforderungen genügt – und machen FACE ebenso für kritische Infrastrukturen und zivile Luftfahrtsysteme attraktiv. Aus Safety-Sicht ersetzt FACE bestehende Standards nicht, sondern ergänzt sie. Entwickler sicherheitskritischer Software für FACE profitieren von:

• modularen Architekturen;

• isolierten Tests; und

• automatisierter Verifikation.

Unternehmen wie Sysgo unterstützen Entwickler und Systemarchitekten, die den FACE-Standard einführen, mit einer Vielzahl Vielzahl an Möglichkeiten. Dazu zählen nicht nur Spezifikationen und Testverfahren, sondern auch eine breite Palette an offenen Tools, Dokumentationen und Schulungsressourcen. Ein zentrales Hilfsmittel ist das BALSA Reference Project, eine minimalistische, aber funktionale Beispielumgebung, die zeigt, wie sich eine einfache, vollständig FACE-konforme Anwendung erstellen lässt. BALSA ist ein idealer Ausgangspunkt für eigene Entwicklungen und wird durch umfassende Leitfäden für Softwareanbieter, Integratoren und Projektmanager sowie durch regelmäßig aktualisierte Trainingsprogramme ergänzt. Diese werden vom Konsortium oder akkreditierten Partnern angeboten und richten sich sowohl an technische Teams als auch an Entscheider. Die Themen reichen von Architekturmodellierung und Datenbeschreibung bis hin zur Integration von Transportdiensten und Middleware. Dieses Wissensfundament hilft Projekten, von Anfang an auf dem richtigen Weg zu starten und teure Fehler zu vermeiden.

Darüber hinaus unterstützt Sysgo die Entwicklung von FACE-Systemen und -Software durch seine umfassende Erfahrung in komplexen Avionikprojekten. Die Senior Engineers entwerfen Architekturen, die höchste Safety- und Security-Standards erfüllen, und bringen ihr Know-how in allen Phasen ein: von der Spezifikation und dem Anforderungsmanagement bis hin zu Verifikation, Validierung und Test. Dank ihres tiefen Verständnisses der Zertifizierungsanforderungen stellen die Mitarbeitenden von Sysgo sicher, dass jeder Entwicklungsschritt zum Gesamtprojektplan passt. Der Code wird so entwickelt, dass er die Anforderungen erfüllt und gleichzeitig leicht testbar bleibt. Dadurch wird von Anfang an eine effiziente, zertifizierbare Entwicklung möglich. Die Komplexität der Zertifizierung wird reduziert, indem große Systeme in Subsysteme mit unterschiedlichen Kritikalitätsstufen zerlegt werden. Das erhöht die Sicherheit und minimiert den Aufwand und die Kosten. Durch Separation und Virtualisierung liefert Sysgo hochsichere Architekturen im industriellen Maßstab. Ein Netzwerk aus bewährten Hardware- und Softwarepartnern – von Hardware-Debuggern und Coverage-Analyzern bis zu statischen und dynamischen Analyselösungen – stellt sicher, dass für jede Projektphase die passenden Ressourcen zur Verfügung stehen.

Gemeinsam mit MOSA ebnet FACE den Weg für eine neue Generation offener, wartungsfreundlicher, kosteneffizienter und sicherer Avioniksysteme. Durch die enge Ausrichtung an Gesetzen, technischen Standards und formalen Zertifizierungsprozessen fördert FACE ein wachsendes Ökosystem, das Innovation mit robuster Sicherheit verbindet. Für alle Akteure der militärischen und zivilen Luftfahrt steht FACE somit für ein neues Paradigma in der Systementwicklung: modular, offen und zukunftsfähig.

 (sg)

* Joe Richmond-Knight ist seit 2022 als FAE/Solutions Architect bei Sysgo tätig. Er verfügt über umfassende Erfahrung im Einsatz von Embedded Systemen für das „Internet of Things“ (IoT) sowie in der Entwicklung und Implementierung komplexer Datenerfassungssysteme.

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