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Dienstag, 12. Dezember 2017

Automation

Unbekanntes Flugobjekt

Von Oliver Klempert | 22. Juni 2017 | Ausgabe 25

Drohnen finden zunehmend im Alltag ihren Einsatz. Fast alle von ihnen sind Multicopter, aber einige wenige sind – ja was eigentlich?

BU Drohnen
Foto: Steffen Böttcher/Hessen schafft Wissen

Multicopter, Flugzeug: Fünf Jahre hat der Ingenieur Jonathan Hesselbarth an dem patentierten Schwenkrotorsystem getüftelt.

Diesen Anruf wird Csaba Singer nicht vergessen. Es ist nicht lange her, da hatte er den Leiter des Lunar and Planetary Institute in Houston direkt neben dem Nasa-Hauptquartier am Telefon. Die US-amerikanische Raumfahrtbehörde interessierte sich für ein Projekt, das der promovierte Luft- und Raumfahrtingenieur entwickelt – „h-aero“, eine Kombination aus Ballon, Flugzeug und Hubschrauber. Damit, so Singer, sei es möglich, beispielsweise auf dem Mars ausgedehnte Erkundungsflüge durchzuführen. Auch dort lassen sich mit leichten Gasen und wenig Energieaufwand große Distanzen zurücklegen, um etwa unzugängliche Gebiete zu erforschen.

Unter unbemannten Flugsystemen (UAS, engl.: Unmanned Aerial System), volkstümlich Drohnen, stellt man sich Geräte vor, die mithilfe von Rotoren senkrecht in die Luft gehoben werden und die an jeder beliebigen Stelle wieder landen können. Das ist das Prinzip, nach dem auch Singers Produkt funktioniert, auch wenn es auf den ersten Blick nicht wie eine typische Drohne aussieht. h-aero erinnert durch einen elliptisch geformten Ballon optisch eher an ein UFO, an einen Diskus oder an eine Frisbeescheibe. Der Ballon ist mit Helium gefüllt, welches unbrennbar und ungefährlich ist und dem Ballon seinen natürlichen Auftrieb gibt. „Fliegen mit erneuerbaren Energien“, nennt Singer dieses Prinzip, das dem Fluggerät mithilfe von Solar- und Windenergie deutlich längere Flugzeiten und höhere Traglasten als herkömmliche Drohnen erlaubt. „Der Prototyp kann jetzt schon 3 kg bis zu fünf Stunden tragen“, sagt Singer, der den „h-aero one“ im Juni vergangenen Jahres auf der Luftfahrtmesse ILA in Berlin vorgestellt hat.

Csaba Singer ist Mitgründer und Geschäftsführer von HybridAirplane Technologies, das Start-up ist aus einer Ausgründung der Universität Stuttgart hervorgegangen. Davor verfasste der Ingenieur seine Doktorarbeit am Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Im Jahr 2016 baute Singer den ersten Prototypen, gefördert durch das Bundeswirtschaftsministerium. Im März wurde das erste serienreife unbemannte Produkt des Unternehmens fertiggestellt und auf der Cebit präsentiert.

Foto: h-aero

Ballon, Flugzeug, Hubschrauber: Das Bild zeigt die h-aero-Drohne bei einem Testflug in Stuttgart im Mai.

Gesteuert wird h-aero mittels Rotoren, die am Ende von seitlich am Ballon angebrachten Tragflächen sitzen und mit denen sich das Gefährt nahezu lautlos durch die Lüfte bewegen kann. Mit ihnen wird auch das senkrechte Starten und Landen möglich. Die maximal erreichbare Flughöhe beträgt 4 km. Die Propeller werden von Elektromotoren angetrieben. Die notwendige Energie für die Bewegung liefern Solarzellen oder die Flügel nach dem Prinzip von Windsegeln. Nachts sorgen Batteriepacks für den Strom.

Singer schwebt vor, dass perspektivisch größere Modelle des h-aero monatelang in der Luft schweben und damit beispielsweise bei der Bereitstellung von Kommunikationsnetzen in Katastrophengebieten oder Ballungszentren helfen können. „Dadurch wären viele Funkmasten nicht mehr notwendig“, erklärt er. Denkbar wäre auch der Einsatz als Wetterballon, als luftgestützter Bodenschatzdetektor, als Schadstoffvermesser in Großmetropolen, als Unterstützung der Polizei, als Minenfelddetektor oder als Tierbestandsvermesser. Doch damit nicht genug: „Wir planen in den nächsten drei bis fünf Jahren Personen befördern zu können“, sagt Singer.

Einen Vorteil beim Einsatz von h-aero sehen die Entwickler in der hohen Sicherheit: Komme es zu Problemen, schwebe die Drohne langsam und fallschirmartig zu Boden. „Zurzeit verfolgen wir das Ziel, bei guten Flugbedingungen künftig auch in Deutschland abgesichert über Veranstaltungen oder Staus fliegen zu dürfen“, sagt Singer. Dies ist bislang für Drohnen aufgrund ihres Einschlagrisikos verboten.

Es ist nicht der einzige ungewöhnliche Ansatz. Auch Jonathan Hesselbarth und Tom Plümmer aus Darmstadt verknüpfen in ihrem „Wingcopter“ die Vorteile eines Multicopters mit denen eines Flächenflüglers. Der Maschinenbauingenieur und der Mediamanager haben gemeinsam das Start-up Wingcopter gegründet. Das Besondere ist nicht die Fähigkeit, senkrecht zu starten und zu landen sowie auf der Stelle zu schweben, wie es Drohnen sowieso können, sondern dass flexibel zwischen Schwebe- und Vorwärtsflug gewechselt werden kann. „Dabei sind die Rotoren im Schwebeflug in einer Ebene vor und hinter der Tragfläche und schwenken beim Moduswechsel in ihre Positionen ober- und unterhalb der Tragflächen“, so Plümmer. Fünf Jahre hatte Hesselbarth an dem patentierten Schwenkrotorsystem getüftelt.

Der Vorteil: Bislang können Multicopter in ähnlicher Gewichtsklasse und Größe nur wenige Kilometer pro Akkuladung fliegen. Mit dem „Wingcopter“ sollen hingegen Reichweiten bis zu 100 km möglich sein. Eine Spitzengeschwindigkeit von 130 km/h, eine maximale Flugdauer von zwei Stunden und eine Zuladung von bis zu 2 kg zeichnen das erste Wingcopter-Modell aus, das aufgrund der Flügelspannweite von 178 cm den Namen Wingcopter 178 trägt.

Nachdem ein Wingcopter Anfang dieses Jahres in den Vereinigten Arabischen Emiraten an Flugvorführungen teilnahm, ist das Interesse an der Hybriddrohne international groß. Erster Kunde des Unternehmens ist die Dubai Electricity and Water Authority, die 20 Wingcopter vorbestellt hat, um damit ihre Stromleitungen und Pipelines zu inspizieren. „Ein weiterer Kunde, auf den wir sehr stolz sind, ist die Zoological Society of London, die den Wingcopter zusammen mit einem hochwertigen Lidar-Sensor sowie Spezialkameras im Regenwald von Indonesien einsetzen wird“, berichtet Plümmer. Dort soll der Regenwald in 3-D gescannt werden.

Alternativ könne die Drohne Pakete transportieren, Wilderer in afrikanischen Nationalparks aus der Luft aufspüren und die Feuerwehr bei der Analyse von Hochhausbränden unterstützen. Außerdem plane man gemeinsam mit der Deutschen Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit, der Bill-Gates-Foundation und weiteren Partnern den Transport von Medizin, Blutproben und Impfstoffen etwa in Tansania. Dort sollen die Inseln im Victoria-See mithilfe des Wingcopters beliefert werden. Noch in diesem Jahr soll der Wingcopter in hohen Stückzahlen produziert und weltweit verkauft werden.

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