在未来25年里，通过美国机场枢纽的旅客数量预计将飙升近70%，达到每年9亿多人次。预计商业航班的激增几乎肯定会给已经拥挤不堪的空域增加新飞机。
从拥挤的跑道到与天气有关的取消，任何局部航班延误都可能波及航空系统，造成很大一部分交通堵塞，使空中交通管制员的工作越来越困难。
麻省理工学院航空航天副教授Hamsa Balakrishnan说:“这个系统很大，而且有很多连接性。”“如何让当前的系统变得更高效，同时考虑可以在塔中实现的轻量级技术?”
这些都是最近被授予终身教职的Balakrishnan想要回答的问题。她正在与联邦航空管理局和美国主要机场合作，升级空中交通管制工具，使其易于集成到现有的基础设施中。这些工具旨在预测和防止单个机场和整个航空系统的空中交通延误。它们最终还将使控制员的工作更容易。
“我们不一定希望(控制者)把带宽花在处理40条信息上，”麻省理工学院数据、系统和社会研究所的成员Balakrishnan说。“相反，我们可以告诉它们三个最热门的选择，而这些选择之间的差异只有人类才能分辨出来。”
最近，Balakrishnan开发了防止机场跑道拥堵的算法。像纽约约翰·肯尼迪国际机场这样的大型枢纽机场可能会出现严重的拥堵，一次最多有40架飞机排队，每架飞机在最终起飞前都在排队空转，并产生排放。Balakrishnan发现，如果空管人员让飞机在门口多停留几分钟，跑道就会运行得更顺畅，闲置时间也更少。她开发了一个排队模型，可以根据天气状况、跑道交通和到达时间表，预测每架飞机起飞前的等待时间，她还计算出了飞机应该从登机口返回的最佳时间。
在现实中，空中交通管制员也可能在平衡“人为约束”，比如在决定哪架飞机先排队时保持一定程度的公平性。这就是为什么Balakrishnan的大部分工作还包括直接与空中交通管制员和操作员交谈，以了解影响他们决策的所有因素。
“你不能只看理论来设计这些系统，”Balakrishnan说。“他们在工作中需要遵守的很多限制都是不成文的，你希望尽可能保持非破坏性，在某种程度上，一个微小的变化不会增加他们的工作量。在这些系统中，每个人都明白必须现代化。如果你愿意倾听，人们很愿意告诉你他们所处的位置是什么样的。”
第一次飞行
Balakrishnan出生在马德拉斯，也就是现在的金奈，是印度南部的一个大城市，她是由学者抚养长大的:她的父亲是马德拉斯印度理工学院最近退休的物理学教授，她的母亲是金奈数学科学研究所的退休物理学教授。她的哥哥哈里现在在麻省理工学院担任富士通电气工程和计算机科学教授。
“我们认识的很多人都是学者，人们常常在我们家谈论他们的研究，”巴拉克里什南回忆道。“我是在(学术界)的包围下长大的。”
追随家人的学业道路不一定是巴拉克里什南的目标，但在马德拉斯印度理工学院(Indian Institute of Technology at Madras)读本科时，她发现自己喜欢数学和物理。她最终转向了应用于航空航天工程的计算流体力学。
“我的父母都是物理学家，也许我想要反抗，所以我进入了工程领域，”巴拉克里希南半开玩笑地说。“我喜欢实用的东西。”
她申请了斯坦福大学的研究生院，被录取后，她第一次坐飞机从印度到美国
Balakrishnan说:“现在航空旅行更便宜、更普遍，即使在印度也是如此。”“过去不是这样的，为了让航空旅行更方便，人们做了很多工作，甚至在更发展的经济体也做了很多工作。”
清理跑道
在斯坦福大学，Balakrishnan将她的研究重点从流体动力学转向了空中交通和控制相关的问题，首先是寻找在空中跟踪飞机的方法。
“这让我对系统的其他部分产生了兴趣，”巴拉克里什南说。“我开始研究正在做出的所有不同的决定，谁在决定什么，以及你如何在数据方面最终得到你所看到的，就飞行中的飞机而言。”
从斯坦福大学毕业后，她在美国宇航局的艾姆斯研究中心工作了8个月，在那里她致力于开发控制算法，以减少机场拥堵，优化飞机在停机跑道上的路线。
2007年，Balakrishnan接受了麻省理工学院航空航天系的教职，在那里她继续致力于开发减少机场拥堵的算法。她还在寻找实用的方法，将这些算法整合到机场控制塔这种压力很大、通常非常人性化的环境中。
她和她的学生已经在波士顿洛根国际机场等主要机场测试了他们的算法，在那里，他们实时向空管人员提出建议，告诉他们什么时候应该把飞机从登机口推回去。那些采纳了该小组建议的空管人员观察到了一个令人惊讶的结果:这种节省时间的方法实际上疏解了交通，让飞机更容易穿过停机坪，排队起飞。
“这不是我们所做的事情的预期结果，”巴拉克里什南说。“只要让事情变得更平静、更精简一点，就能让他们更容易在其他方面做出决定。”
她说，空管人员的这种反馈对于系统的升级至关重要，预计未来几年该系统将承担更高的飞行量。
Balakrishnan说:“你是在考虑人类决策者。“在这些系统中，这是非常重要的事情。”
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