Technologie

Alternative Fluggeräte im Luftverkehr

15.09.2020 - Neue Konzepte zur Integration von Leichtflugzeugen, Lufttaxis und unbemannten Luftfahrzeugen.

Die Integration neuartiger Luftfahrzeuge im Flugverkehr erfordert deutliche Veränderungen des Luftverkehrssystems. In den kommenden Jahren werden die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde NASA und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam erforschen, wie das Luftverkehrssystem so umgestaltet werden kann, dass es diesen neuen Herausforderungen gerecht wird. Zu diesem Zweck haben die beiden Institutionen 2020 eine Vereinbarung über eine enge Forschungskooperation unterzeichnet.
 

In den letzten Jahrzehnten hat das Luftverkehrssystem das stetige Wachstum des konventionellen Luftverkehrs dank kontinuierlicher Weiter­entwicklungen gut bewältigt. Künftig werden jedoch neue Nutzer wie Leicht­flugzeuge, Lufttaxis (Urban Air Mobility), unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aircraft System, UAS) unterschiedlicher Größe und auch Überschall­flugzeuge neue Transport­möglichkeiten schaffen sowie zusätzliche Anforderungen an unser gegenwärtiges Flugverkehrs­management­system stellen. Das Luft­verkehrs­system steht daher vor einer Vielzahl völlig neuer Heraus­forderungen, da neuartige Luft­fahrzeuge zusätzliche Aufgaben, technische Fähigkeiten und Betriebs­weisen mit sich bringen.

„Ein solcher Luftverkehrsmix wirft eine Reihe neuer Fragen über die Art und Weise auf, wie solche Flugzeuge in der Luft inter­agieren werden“, sagt Dirk Kügler, Leiter des DLR-Instituts für Flug­führung. „Im Rahmen dieser Vereinbarung werden die NASA und das DLR gemeinsam die Rahmen­bedingungen für ein zukünftiges Luft­verkehrs­system gestalten, das die von den neuen Teilnehmern geforderte operationelle Vielseitigkeit bietet. Unser neues System soll skalierbar, flexibel und belastbar sein, ohne die Sicherheit heutiger oder zukünftiger Luft­fahrzeuge zu beeinträchtigen.“

So werden sich beispielsweise agile Flugtaxis aufgrund ihrer besonderen Charakteristika anders durch den Luftraum bewegen können als der heute übliche Luftverkehr. Ihre Größe und Flug­eigenschaften versprechen in urbanen Umfeldern Vorteile bis hin zum „Umfliegen“ von Verkehrs­staus. Solche Luft­verkehrs­teilnehmer sicher und effizient zu betreiben, ohne den bisherigen Verkehr einzuschränken, ist allerdings eine anspruchs­volle Aufgabe, bei der eine Vielzahl von Randbedingungen beachtet werden müssen.

Im Rahmen der Kooperation werden deutsche und amerikanische Forscher gemeinsam Werkzeuge entwickeln und Schnellzeit­simulationen für ein zukünftiges, umfassendes Luftraum- und Verkehrs­management­system durchführen. Beides wird dazu beitragen, ein tieferes Verständnis für die Heraus­forderungen eines Misch­verkehrs zu erlangen und neu erarbeitete Konzepte für dieses System adäquat zu bewerten. Ziel der Kooperation und der gemeinsamen Arbeiten ist es, in Europa und den USA möglichst schnell zu innovativen Lösungen zu gelangen, die der prognostizierten Vielzahl von neuen Luft­verkehrs­teilnehmern gerecht werden und gleichzeitig das weitere Wachstum in der traditionellen Luftfahrt nicht beeinträchtigen.

Während die NASA im US-amerikanischen Raum seit 2015 ein flächen­deckendes Verkehrs­management für Drohnen (UTM – Unmanned Traffic Management) entwickelt, integriert und validiert, befindet sich im europäischen Bereich ein ähnliches Konzept, genannt U-space, länder­übergreifend im Aufbau. Beide Konzepte folgen der Zielsetzung, neue Luft­verkehrs­teilnehmer sicher und effizient in den bestehenden Luftraum zu integrieren. Ein gegenseitiger Austausch zu Erfahrungen, Strategien und Technologien ermöglicht es beiden Partnern, die Transformation des Luft­verkehrs­systems bestmöglich zu gestalten.

Als Teil der Zusammenarbeit wird die NASA auf den Vorarbeiten des Projekts Air Traffic Management – eXploration (ATM-X) aufbauen. In dem Projekt arbeitete die NASA bereits erfolgreich an einer Dienste-orientierten Architektur für ein UAS-Verkehrs­management­system. Eine solche Architektur sieht vor, dass individuelle Dienste für unbemannte Luft­fahrzeuge von Nutzern, Dienst­anbietern und Behörden erbracht und nahtlos in einem Gesamtsystem integriert werden. In Zusammenarbeit mit dem DLR wird dieses Paradigma nun auch auf alle anderen Luftraumnutzer angewendet.

Das DLR stützt sich seinerseits vor allem auf Erkenntnisse und Erfahrungen aus dem laufenden Projekt City-ATM. Im Rahmen dieses Projekts arbeitet das DLR seit 2018 an der Definition und Validierung von betrieblichen und technischen Konzepten, um Drohnen in urbanen Gebieten zu betreiben. Im Fokus stehen dabei unter anderem die Informations­bereitstellung, die Verkehrs­fluss­steuerung sowie die Entwicklung der Infra­struktur für Kommunikation, Navigation und Monitoring.

Die nun verabschiedete neue Kooperation zu Drohnen und anderen neuen Teilnehmern des Luft­verkehrs setzt eine seit Jahren bestehende Zusammen­arbeit zwischen DLR und NASA in diesem Bereich fort. Seit 2012 arbeiten die Forschungs­zentren Ames und Langley der NASA und das DLR-Institut für Flugführung in Braunschweig gemeinsam an der Integration von Systemen zum Anflug-, Abflug- und Roll­verkehrs­management.

DLR / DE

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