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Wie Raumfahrt die
Luftfahrt verbessert.

Fliegen kann in Stress ausarten – für Mensch und Natur. Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat man so einige Ideen, wie das verbessert werden kann.

© NavVis GmbH

Navigieren indoor: made in Munich.

Wir halten uns zu 90 Prozent der Zeit in geschlossenen Gebäuden auf. Und manche davon sind ziemlich kompliziert: Shopping Malls, Parkhäuser – oder Flughäfen. Und leider funktioniert die gewohnte Satellitennavigation hier so gut wie gar nicht.

Die bahnbrechende Idee hinter NavVis: Mit einem Kamerawagen werden solche Innenräume mit 90 Megapixeln fotografiert und per Laserabtastung (LiDAR) vermessen. Die Idee zu NavVis entstand an der TU München, 2011 wurde das DLR darauf aufmerksam – es suchte eine Technik, um zum Beispiel mit einem Roboter Karten auf unbekanntem Terrain wie dem Mars zu erstellen, damit sich anhand der Karten automatische Mini-Drohnen zurechtfinden. Das DLR förderte die Idee, und 2013 wurde die NavVis GmbH ausgegründet. Ein Auftrag: mit einem Roboter das Deutsche Museum in München kartieren. Und an der Umsetzung für den Mars wird auch schon gearbeitet.

Auf der Erde kombiniert die NavVis-App dann die Live-Bilder der Smartphone-Kamera mit den NavVis-Daten zur Orientierung. Das eigene Handy erkennt also, wo sich sein Besitzer gerade im Gebäude befindet. Am Flughafen zeigt es dem Reisenden also, wo er gerade ist und wie er sich bewegen muss, um an sein Ziel zu gelangen.

In Eile? Schneller durch den Flughafen.

© DLR

Mit dem „Traffic Oriented Microscopic Simulator“, einer Software des DLR, werden Passagierbewegungen am Boden simuliert. Wie und wo entstehen unnötige Wartezeiten? Wo und warum gibt’s Stau? In welcher Reihenfolge sollten Passagiere ins Flugzeug einsteigen, damit es schneller geht? Das Projekt TAM (Total Airport Management) verfolgt ein ähnliches Ziel, aber in größerem Maßstab: Es optimiert das Zusammenspiel von sämtlichen Prozessen am Flughafen: vom Flugzeugverkehr über die Gepäckabwicklung bis zu den Sicherheitskontrollen.

Langeweile an Bord? Breitband-Internet kommt aus dem All.

Online auch an Bord? Das eigene Unterhaltungsprogramm während des Fluges aus dem Internet streamen statt vorgegebenes Bordprogramm.

© lightpoet/fotolia.com

Per Satelliten-Übertragung sind in Flugzeugen heute schon Datenraten bis zu 100 Mbit/s möglich. Die Satellitenantenne sitzt auf dem Flugzeugdach unter einem Höcker und wird mit Motoren ständig in Richtung Satellit ausgerichtet. Aber das verschlechtert die Aerodynamik des Flugzeugs und ist ziemlich wartungsintensiv.

© Eutelsat S. A

In den Projekten SANTANA und KASANOVA wurde die Technik weiterentwickelt: Hier werden die einzelnen Antennenelemente elektronisch angesteuert. Die Antennen können flacher und robuster gebaut werden und benötigen auch keine Motoren mehr. Das ist übrigens nicht nur für Flugpassagiere interessant. Auch Katastrophenhelfer können davon profitieren, die am Einsatzort auf schnelles Internet zur Lagebeurteilung angewiesen sind.

© IMST GmbH, 2013, all rights reserved

Sprit sparen mit neuartigen Turbinenschaufeln

© DLR

Am DLR-Institut für Werkstoff-Forschung in Köln werden Turbinenschaufeln für Flugzeugtriebwerke entwickelt, die mehr Hitze vertragen. Das spart Kerosin, denn bei höheren Verbrennungstemperaturen sinken Kerosinverbrauch und Schadstoffausstoß. Die Hitzeverträglichkeit wird durch eine nur 0,002 Millimeter dünne Wärmedämmschicht aus Zirkon-Oxid erreicht.

Auch mit neuen Metall-Verbindungen wird experimentiert: Turbinenschaufeln aus Titan-Aluminid-Legierungen (Titanaluminide) sind bei geringerer Dichte zugleich leichter als auch härter und hitzebeständiger als Schaufeln aus herkömmlichen Legierungen. Das macht sie sicherer (weil ihnen Schmutzpartikel in der Luft weniger anhaben können) und zugleich effizienter – also „grüner“.

Hat der Flughafen noch Reserven? Total Airport Management

© DLR

Bis zum Jahr 2030 wird der Flugverkehr massiv ansteigen. Vor allem große Flughäfen wie London-Heathrow oder Frankfurt sind sehr stark ausgelastet. Aber sie lassen sich nicht unbegrenzt weiter ausbauen. Geht vielleicht mit den vorhandenen Kapazitäten noch mehr?

Um Flughäfen vergleichen zu können, hat das DLR den Capacity Utilisation Index (CUI) entwickelt, der die Kapazitätsauslastung ermittelt. Nachdem alle Flughäfen ausgewertet und Prognosen erstellt wurden, konnten die kritischen Flughäfen identifiziert werden, deren aktuelle Kapazität nicht ausreichen wird, um die zukünftige Nachfrage zu bedienen.

Je früher das erkannt wird, desto besser – denn einen Flughafen auszubauen (oder schlimmer noch: zu bauen) kann lange dauern. (Verzögerungen von 15 Jahren sind nicht ungewöhnlich). Es ist teuer, stößt auf Widerstände bei den Anwohnern und ist manchmal eben gar nicht möglich.

Bestätigt also der CUI, dass ein Flughafen in fünf Jahren aus allen Nähten platzen wird, weil keine Landebahn zusätzlich gebaut werden kann, müssen Lösungen gefunden werden: Kann Frachtverkehr auf andere Flughäfen verlagert werden? Lassen sich die Prozesse am Boden beschleunigen, zum Beispiel bei der Abfertigung der Flugzeuge? Oder gibt es eventuell sogar Flüge, die durch Bahnverbindungen sinnvoll ersetzt werden könnten?

Prozesse synchronisieren, Verspätungen minimieren

An Flughäfen finden zwei komplexe Verkehrsprozesse parallel statt: Menschen wollen zum Flugzeug oder vom Flugzeug weg, Flugzeuge selbst landen und starten. Je besser beide Prozesse synchronisiert und beschleunigt werden, desto kürzer ist der erforderliche Aufenthalt der Passagiere am Flughafen und der Flugzeuge am Gate.

Besonders wichtig ist das beim Umsteigen: An Flughäfen mit optimierten Prozessen können Umsteigezeiten auf bis zu 30 Minuten reduziert
werden – inklusive des Umladens von Gepäck. In München funktioniert das sehr gut, in Paris Charles de Gaulle dauert es dagegen bis zu 90 Minuten.

Ziel des Projekts TAM (Total Airport Management) des DLR ist die Verbesserung der Flughafenprozesse, damit Ressourcen besser genutzt werden. Dazu gehört zuerst ein intensiver Informationsaustausch zwischen allen Bereichen, von der Flugsicherung im Tower über die Gepäcksortierung bis zu den Sicherheitskontrollen – im Idealfall gibt es einen eigenen Leitstand, in dem Mitarbeiter aller Abteilungen zusammenarbeiten. Als Passagier merkt man davon nur, dass alles reibungslos funktioniert.

NavVis: Räume digital erfassen, per App navigieren.

© NavVis GmbH

© NavVis GmbH

Grüner fliegen, günstig fliegen.

© DLR

Treibstoffkosten machen 30 Prozent der laufenden Kosten einer Fluggesellschaft aus. Das merkt auch der Reisende: am Ticketpreis.

Haupt-Energieverbraucher am Flugzeug sind wiederum die Triebwerke. Diese effizienter zu machen, ist deshalb eine der wichtigsten Forschungsaufgaben – auch im DLR. Optimierung lässt sich vor allem an den Turbinenschaufeln und in den Brennkammern erzielen – bei bis zu 1.300 Grad Celsius.

Denn je höher die Verbrennungstemperatur in der Turbine ist, desto effizienter – und sauberer – wird das Kerosin verbrannt. Also müssen Brennkammern und Turbinenschaufeln hitzeresistenter gemacht werden.

Das DLR hat dafür am Institut für Werkstoff-Forschung in Köln ein Beschichtungszentrum mit einer Multiquellen-Magnetron-Sputter-Anlage (MEGA) eingerichtet. Mit ihr können Werkstoffe, zum Beispiel Turbinenschaufeln, mit mehreren nanometerdünnen Schichten beschichtet werden.

Ein Ergebnis der DLR-Forschung: Mit einer 0,002 Millimeter dünnen Wärmedämmschicht aus Zirkonoxid, einer Art Keramik, vertragen die Turbinenschaufeln 100–150 Grad mehr Hitze. Weil die Schicht aufgedampft wird und sehr dünn ist, bleiben die Löcher für die Kühlluft offen und müssen nicht nach dem Beschichten wieder gebohrt werden, was die Schutzschicht angreifen würde.

Und das Material der Turbinenschaufel? Hier wird geforscht, ob man statt Schmieden oder Fräsen das Material besser per Laser aus Metallpulver aufbaut (Lasersintern), vergleichbar mit einem 3-D-Drucker. Das könnte die Schaufeln besser formbar und robuster machen. Ebenso werden neuartige sogenannte „Titanaluminide“, also Legierungen aus Titan und Aluminium erforscht, die zugleich leichtere, deutlich härtere (und damit auch sichere) sowie hitzebeständigere Turbinenschaufeln ermöglichen. Auch in dieser Forschung spielt Raumfahrt eine wesentliche Rolle: Wichtige Erkenntnisse über das Schmelz- und Erstarrungsverhalten dieser Legierungen lassen sich nur unter Weltraumbedingungen erforschen. Die entsprechenden Experimente wurden beispielsweise an Bord der Forschungsrakete MAXUS-8 durchgeführt.

© DLR

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