Kommt ein Paket geflogen

ALAADy im Landeanflug

Es gibt weltweit viele Orte, die per Straße schlecht zu erreichen sind – beispielsweise Inseln oder abgelegene Orte. Eiliges wie dringend benötigte Arzneimittel oder Ersatzteile müssen eingeflogen werden. Dafür braucht man einen voll ausgestatteten Flugplatz, eine funktionierende Flugsicherung und Pilotinnen oder Piloten. Eine deutliche Vereinfachung sind automatisiert fliegende Transportdrohnen, die selbstständig starten, fliegen und landen können. Im DLR-Projekt ALAADy (Automated Low Altitude Air DeliverY) wird daran gearbeitet. Die Drohne fliegt auf speziell geplanten Routen, bei denen bewohnte Gebiete vermieden werden, damit bei einer Notlandung möglichst wenig passiert. Wenn ein Rettungshubschrauber den Weg kreuzt, weicht die Drohne weit vorher aus. Die Grundlage für autonomes Fliegen sind natürlich eine präzise Satellitennavigation – wie mit dem europäischen Galileo-System – und exakte Karten, die ebenfalls auf Satellitendaten beruhen.

Und wenn so ein unbemanntes Fluggerät unter sehr schwierigen Umgebungsbedingungen landen soll, beispielsweise auf einem Schiff, bei Wind und Wellen? Auch das geht. Erforscht wird das mit dem Hubschrauber superARTIS des DLR im Projekt MaRPAS.

Und was ist mit unautorisierten Drohnen?

Wenn in Zukunft viele autonome Drohnen unterwegs sind, stellt sich die Frage nach Luftraumüberwachung. Menschliche Pilotinnen und Piloten kennen die Regeln und stehen mit der Flugsicherung ständig in Kontakt. Bei Drohnen ist das anders: Wer böse Absichten hat, kann eine Drohne überall starten und hinfliegen lassen. Wie gelingen also die Kontrolle des Luftraums und der Schutz der Bevölkerung? Mit einem virtuellen Schutzschirm, lückenloser Drohnenüberwachung und künftig vielleicht auch mit Polizeidrohnen. Im ESA-Projekt DroSecMa wurden von der deutschen Firma esc Aerospace, unterstützt durch das DLR, Schutzmaßnahmen entwickelt. Eine Schlüsselrolle nehmen Raumfahrttechnologien ein, da die Schutzsysteme über Satellitenkommunikation ausfallsicher gesteuert werden. Zudem brauchen Einsatzkräfte oder Polizeidrohnen Satellitennavigation für den Abfangkurs.

Eine Nummer größer: UFO

Unmanned Freight Operations – kurz UFO – könnte die Zukunft der Frachtflugzeuge sein. Statt einer Crew an Bord übernimmt eine Crew am Boden die „Fernsteuerung“, bestehend aus Pilotinnen und Piloten sowie Fluglotsinnen und -lotsen. Diese Crew kann dann viele Flugzeuge steuern und überwachen, denn die meiste Zeit fliegen Flugzeuge sowieso per Autopilot. Damit die Steuerung funktioniert, muss die Position des Flugzeugs immer bekannt sein – per Satellitennavigation. Zugleich wird eine stabile und sichere Verbindung zwischen dem Flugzeug und der Bodenstation benötigt, welche mittels Satellitenkommunikation identifiziert wird. Im DLR-Projekt UFO wurden für die Umsetzung Szenarien definiert und neue Unterstützungssysteme, Verfahren und Technologien sowohl für Lotsinnen und Lotsen als auch Pilotinnen und Piloten entwickelt und geprüft. Die Steuerung und das Management von unbemannten Fluggeräten wie Satelliten und Sonden ist eine typische Raumfahrttechnik, in der das DLR einen großen Erfahrungsschatz hat.

Drei Beispiele:

Ein Kleinflugzeug könnte Teile zwischen zwei Werksstandorten hin- und herfliegen
Ein großes Frachtflugzeug wird auf „Fernsteuerung“ umgebaut
Beim humanitären Einsatz müssen schnell große Mengen an Hilfsgütern auf dem immer gleichen Weg transportiert werden

Die Forschenden haben auch bedacht, wie sich autonome Flugzeuge in den gemischten Betrieb an einem Flughafen einfügen. Viele Szenarien wurden bereits vom DLR mit der Deutschen Flugsicherung erfolgreich durchgespielt – damit ist diese Technologie keine ferne Zukunftsvision mehr. Die Umsetzung ist nur eine Frage der Zeit.

City-ATM: Luftraummanagement für Drohnen und Lufttaxis

Für Flüge in großen Höhen ist die Flugsicherung zuständig, in der Nähe von Flugplätzen der Tower. Im unteren Luftraum fliegt man auf Sicht. Was ist, wenn es in diesem Luftraum voller wird, beispielsweise durch automatisierte Transportdrohnen, oder wenn Lufttaxis durch Städte fliegen? Woran erkennt eine automatische Drohne, dass gleich ein Rettungshubschrauber „mit Blaulicht“ kreuzt und „Vorfahrt“ hat? Wie erfahren Drohnen von einem Großbrand, der auf keinen Fall überflogen werden darf? Dann ist eine neue Art von Luftraummanagement gefragt. Daran wird im Projekt City-ATM des DLR gearbeitet: Die Anforderungen an eine neue Kommunikations-, Navigations- und Überwachungsinfrastruktur werden hier analysiert und bewertet sowie durch Flugerprobungen getestet. Ein Beispiel ist ein Großbrand: Mittels einer Behörden-Drohne wird auf einer Patrouille Rauch erkannt – ein Großbrand. Sofort wird eine Flugverbotszone um den Brandherd herum festgelegt und in die Cloud hochgeladen. Von dort beziehen alle automatisierten Drohnen laufend aktuelle „Verkehrsmeldungen“ und können so den Bereich umfliegen.

Eingebettet ist City-ATM in das große europäische SESAR-Programm (Single European Sky ATM Research Programme), eine von der Europäischen Kommission und EUROCONTROL ins Leben gerufene Initiative zur Vereinheitlichung, Harmonisierung und Synchronisierung der Dienste im Rahmen des europäischen Flugverkehrsmanagements.

MasterUAS: mehr Drohnen-Sicherheit

Wie bringt man Drohnen bei, dass sie beispielsweise einen Rettungshubschrauber erkennen und ihm ausweichen? Dafür ist eine automatische „Detect & Avoid“-Technik notwendig, die auch „um die Ecke“ sehen kann – beispielsweise um ein Hochhaus oder einen Bergrücken. Diese Technik gibt es noch nicht. Im DLR-Projekt MasterUAS (Multisensorsystem mit „Detect & Avoid“ zur sicheren Integration von UAS in den Luftverkehr) wird deshalb so ein System entwickelt. Wichtig sind dabei auch Simulationen: Ein solches System kann man aus Sicherheitsgründen nicht im echten Luftraum testen – deshalb wird eine simulierte Drohne in reale Flugverkehrssituationen geschickt, aber nur am Computer. Für diese Zwecke hat das DLR einen eigenen Luftverkehrssimulator. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des dritten Aufrufs des Nationalen Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo V-3) gefördert.