Technologiefahrplan des DLR: Verkehr, Energie und Raumfahrt

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) leistet mit seiner Forschung und den Managementbereichen Beiträge zur Lösung der globalen Herausforderungen. Dabei stellte das DLR seine Forschungsschwerpunkte nun vor.

So wird nicht nur an der Senkung der durch den Luftverkehr verursachten Emissionen gearbeitet, sondern auch am hochautomatisierten Fahren für die Mobilität der Zukunft, kostengünstigen Energiespeichern und der Umweltüberwachung zum Schutz der Atmosphäre. „Die exzellenten Kompetenzen und Ergebnisse des DLR – die nicht zuletzt durch das effiziente Ausschöpfen der einzigartigen Synergiepotenziale unserer Forschungs- und Managementbereiche zustande kommen – geben Impulse, um die gesellschaftlichen Veränderungen in der nahen Zukunft positiv mitzugestalten“, sagt Prof. Dr. Pascale Ehrenfreund, Vorstandsvorsitzende des DLR.

Raumfahrt

Europas Datenautobahn im All

Am 27. Januar 2016 soll die erste Nutzlast aus dem EDRS-Programm der ESA mit einem EUTELSAT 9B Satelliten an Bord einer russischen Proton-Rakete vom Weltraumbahnhof in Baikonur (Kasachstan) aus starten. Mit diesem System können sehr große Datenmengen der auf relativ niedrigen Umlaufbahnen um die Erde kreisenden Erdbeobachtungssatelliten zeitnah über eine Relaisstation zur Erde übertragen werden. Derzeit können die Daten bei jeder Erdumrundung des Satelliten nur für kurze Zeit vom Satelliten an die Bodenstation abgegeben werden, nämlich genau dann, wenn der Satellit die Bodenstation überfliegt.

Dies geschieht nur einmal in rund 100 Minuten, vorausgesetzt, die Bodenstation befindet sich in Sichtweite der Satellitenbahn. Das limitiert die übertragbare Datenmenge sehr. Die EDRS-Nutzlast besteht hauptsächlich aus in Deutschland entwickelten und gebauten Laser Communication Terminals (LCT), mit denen außerordentlich hohe Datenraten in Echtzeit übermittelt werden können. Das DLR Raumfahrtmanagement hat im Auftrag der Bundesregierung insgesamt mehr als 280 Millionen Euro in die EDRS/LCT-Technologie investiert. Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum beim DLR in Oberpfaffenhofen ist für den Datenempfang zuständig.

ExoMars: Spurengase auf dem Mars

Im März 2016 startet der erste Teil der europäisch-russischen Mission ExoMars zum Roten Planeten – mit an Bord: der Trace Gas Orbiter, der Spurengase in der Atmosphäre des Mars untersuchen wird sowie der Landedemonstrator Schiaparelli. Im Oktober 2016 soll die Sonde an ihrem Ziel ankommen und den Lander auf dem Mars absetzen. Das DLR hat mit digitalen Höhenmodellen der MarsExpress-Sonde bei der Auswahl eines geeigneten Landeplatzes unterstützt und ist auch am Stereokamera-System CaSSIS der ExoMars-Mission wissenschaftlich beteiligt.

Auf dem Lander Schiaparelli befinden sich zudem vier Mess-Sensoren des DLR, die unter anderem Daten für den zweiten Teil der Mission im Jahr 2018 erfassen werden. Der Eintritt in die Atmosphäre wurde in den DLR-Windkanälen getestet. Das Träger-Modul wurde von der deutschen Firma OHB gebaut. Das DLR-Raumfahrmanagement koordiniert die deutschen Beiträge für die europäische Weltraumorganisation ESA.

ESA-Ministerratskonferenz und ISS-Betrieb

Bei der nächsten ESA-Ministerratskonferenz am 1. und 2. Dezember 2016 in Luzern (Schweiz) steht aus deutscher Sicht insbesondere die Zukunft und weitere Nutzung der Internationalen Raumstation (ISS) im Fokus. Deutschland hat bislang bis 2020 für die ISS gezeichnet, jetzt geht es um die Verlängerung darüber hinaus. Außer Europa haben sich alle anderen Raumstationspartner (USA, Russland, Japan, Kanada) für diese Verlängerung ausgesprochen. In diesem Zuge und vor dem Hintergrund der verstärkten Einbindung privater Partner hat die NASA in der vergangenen Woche drei neue Verträge zur Nutzlastbelieferung der ISS an amerikanische Firmen vergeben.

Erste Tests mit der Ariane-6-Trägerrakete

Der Standort Lampoldshausen des DLR führt 2016 die ersten Tests mit dem an die Ariane-6-Trägerrakete angepassten Oberstufentriebwerk Vinci sowie dem Hauptstufentriebwerk Vulcain 2.1 durch. Dafür wurden die vorhandenen Prüfstände für die neuen Anforderungen dieser Testkampagnen umgebaut. Beide Tests dienen der Qualifizierung der Triebwerke für den Einsatz mit der Ariane-6. Zudem wird zurzeit ein weiterer Prüfstand am DLR gebaut, der ab 2018 nicht nur Triebwerke und einzelne Komponenten, sondern die komplette Oberstufe – Triebwerk und Tank – testen soll.

Wiederverwendbares Trägerraketensystem

Mit dem Projekt „NewFex“ (Neues Flugexperiment) forscht das DLR an wiederverwendbaren Raumfahrtsystemen der Zukunft. Primäres Ziel ist die Demonstration des Fluges auf einer Trajektorie, mit der die Steuerbarkeit und Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs über einen Flugbereich von Hyperschall bis Transschall nachgewiesen wird.

Untersucht werden dabei unter anderem Fragestellungen zu Struktur- und Thermalschutz, Navigation oder die aerodynamische Auslegung. Zurzeit finden Gespräche sowohl mit der französischen Raumfahrtagentur CNES als auch mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA statt, die ein Interesse an einer internationalen Zusammenarbeit mit dem DLR bekundet haben.

Kommerzialisierung in der Raumfahrt

Raumfahrt schafft Innovationen: Für einen besseren Austausch und Technologietransfer zwischen traditionellen und „neuen“ Raumfahrtbranchen (Stichwort New Space / Industrie 4.0) hat das DLR Raumfahrtmanagement ein Maßnahmenpaket geschnürt: Mit der INNOspace-Initiative sollen neue Ideen und Märkte gefunden und erschlossen werden. Dazu sollen 2016 unter anderem eine branchenübergreifende Tagung in Bayern, die Konferenz „INNOspace Masters Satellite 4.0.“ mit Preisverleihung in Berlin und ein KMU-Tag (Kleine und mittlere Unternehmen) auf der ILA Anfang Juni stattfinden. Zudem sollen die Raumfahrtzulieferer gezielter unterstützt werden, um national und global weiterhin erfolgreich zu sein.

Luftfahrt

Neue Technologien für ökoeffizientes Fliegen

Die „Joint Technology Initiative Clean Sky 2“ der Europäischen Union soll bis 2024 technologische Entwicklungen für eine umweltfreundliche Luftfahrt entscheidend voranbringen. „Clean Sky 2“ (CS2) umfasst drei „Integrated Aircraft Demonstrator Platforms“, drei „Integrated Technology Demonstrators“ sowie mehrere sogenannte „Transversal Activities“ beispielsweise im Bereich „Small Air Transport“ – neue, umweltfreundlichere Luftfahrttechnologien für die nächste Generation von Fluggeräten.

Das DLR leitet im Rahmen von „Clean Sky 2“ den Bereich der Technologiebewertung und Technologiefolgenabschätzung, in dem Auswirkungen der „Clean Sky2“-Technologien in Hinblick auf Umwelt, Gesellschaft und Wettbewerbsfähigkeit untersucht werden. Ziel ist es, durch die Bewertung den beteiligten Partnern kontinuierlich Rückmeldung über den längerfristigen Nutzen der in „Clean Sky 2“ entwickelten Technologien zu geben und den Gesamterfolg der Initiative in allen drei Facetten – Umwelt, Gesellschaft und Wettbewerbsfähigkeit – realistisch einschätzen zu können.

Fluglärmwirkung im Realitätscheck

Das Projekt „MIDAS“ (Maßnahmen und Instrumente des Aktiven Schallschutzes bei Fluglärm) zielt darauf ab, einen Katalog sinnvoller Maßnahmen für den aktiven Schallschutz zu erstellen. Unter anderem führt das DLR 2016 weltweit erstmalig im Rahmen des Projekts eine Studie zur Untersuchung der nächtlichen Fluglärmwirkung auf den Schlaf von Kindern durch. Weiterhin erprobt das DLR im Simulator AVES (Air VEhicle Simulator), in Flugversuchen mit dem A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) sowie im Regelbetrieb des Frankfurter Flughafens ein Piloten-Assistenzsystem für lärmoptimierte Anflugverfahren.

Klimaforschung am Nordpolarkreis

Mit den Forschungsmissionen „POLSTRACC“, „GW-LCYCLE“ und „SALSA“ soll Anfang 2016 in mehrwöchigen Flugversuchen erkundet werden, wie die Zusammensetzung der Atmosphäre in der Nordpolarregion variiert. Vom schwedischen Kiruna aus werden mit den Forschungsflugzeugen HALO und Falcon des DLR Messflüge unternommen, um bisher noch unzureichend verstandene Aspekte der Wolkenphysik in Polarregionen, des Transports von Spurenstoffen und der dynamischen Kopplung zwischen unterer und mittlerer Atmosphäre zu untersuchen.

Dafür wird HALO DLR-seitig mit einem Ozon- und Wasserdampf-LIDAR-System (Light Detection And Ranging), einem Massenspektrometer und einem Stickoxid-Detektor ausgerüstet. Die Falcon verfügt über ein Wind-LIDAR, weitere Spurengasinstrumente und ein Spektrometer, welches Luftleuchten in 85 Kilometer Höhe untersucht. Bei einigen Flugexperimenten fliegen HALO und Falcon übereinander in Formation, um ein möglichst vollständiges Bild der atmosphärischen Bedingungen zu erzielen.

Energie

SynLight – Größte künstliche Sonne der Welt

In Jülich wird Ende des Jahres der weltweit größte Hochleistungsstrahler, SynLight, in einem eigens dafür errichteten Gebäude des Technologiezentrums Jülich (TZJ) fertiggestellt. Zirka 150 Lampen können dann eine Lichtintensität erzeugen, die mindestens dem 10.000-fachen der natürlichen Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche entspricht. Mit der künstlichen Sonne können die Solarforscher des DLR unabhängig von Wetterbedingungen und Jahreszeit experimentieren und so ihre Forschungsarbeiten schneller vorantreiben.

Die künstliche Sonne sorgt zudem für die immer gleichen, fest definierten Strahlungsbedingungen, was eine bessere Auswertung und Einordnung von wissenschaftlichen Versuchen ermöglicht. Vor allem werden die Wissenschaftler mit der neuen Anlage intensiv an neuen Verfahren zur Herstellung solarer Treibstoffe arbeiten und neue Komponenten für Solarkraftwerke entwickeln und testen.

Energiesystem verstehen und gestalten – AMIRIS

Die Energiesystemanalyse bietet die Möglichkeit, Entwicklungen und Veränderungen im Energiesystem, zum Beispiel durch neue Technologien oder Fördermaßnahmen, besser abzuschätzen und zu steuern. Mit dem agentenbasierten, das heißt einzelne Akteure in Betracht ziehenden, Simulationsmodell AMIRIS lassen sich Auswirkungen verschiedener energiewirtschaftlicher Rahmenbedingungen auf die beteiligten Akteure bei der Marktintegration der erneuerbaren Energien untersuchen. Diese Analysen sollen unter anderem Politikern und Entscheidern helfen, die Förderung von erneuerbaren Energien effektiv zu gestalten.

Salzspeicher im Qualitätstest

Thermische Energiespeicher haben das Potential, große Energiemengen kostengünstig über einen Zeitraum von mehreren Stunden zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Vor allem in Solarthermischen Kraftwerken sind Flüssigsalz-Wärmespeicher mit einer großen Kapazität gefragt. Die Energie kann dann während der Bedarfsspitzen in den Abendstunden bereitgestellt werden.

In Köln wird das DLR am Kompetenzzentrum CeraStorE eine Testinfrastruktur für Salzspeicher in Betrieb nehmen. Kommerzielle Anlagenkomponenten und neuartige Speichertanks werden bei verschiedenen Temperaturniveaus wissenschaftlich untersucht. Die Testinfrastruktur hilft Anbietern von Salzspeichern, ihre Anlagen in der Zukunft besser und präziser zu konstruieren.

Das DLR stellt seine Kompetenzen im Bereich der Energieforschung sowie aktuelle Forschungsprojekte auf der Hannover Messe vom 25. bis 29. April 2016 vor. Zudem blickt das DLR in diesem Jahr mit Veranstaltungen und Berichten auf 40 Jahre Energieforschung zurück.

Verkehrsforschung

Automatisiertes Fahren in der Stadt

Automatisiertes Fahren ist zurzeit das am stärksten diskutierte Thema im Straßenfahrzeugbereich. Ziel ist dabei eine Unterstützung des Fahrers bei der Übernahme der Fahraufgabe durch Assistenzsysteme. Dies gäbe dem Fahrer zum Beispiel die Möglichkeit, im Internet zu surfen oder E-Mails zu schreiben, während das Auto selbständig fährt. Bei einer Vorstellung der bisherigen Ergebnisse des DLR-Projekts „Fahrzeugintelligenz und mechatronisches Fahrwerk“ wird im April 2016 unter anderem ein Forschungsfahrzeug selbstständig im städtischen Verkehr unterwegs sein, dabei seine Geschwindigkeit an das Vorderfahrzeug anpassen und mit den Ampelsystemen kommunizieren.

Solche Systeme kamen bislang nur auf Autobahnen zum Einsatz, die in dem Projekt erarbeiteten Kenntnisse sind ein wichtiger Schritt in Richtung „automatisiertes Fahren in der Stadt“. Dieses Vorhaben ist im DLR eingebettet in die Forschungsaktivitäten des Next Generation Car (NGC). Im Rahmen des BMWi-Projekts Pegasus mit einem Fördervolumen von 36 Millionen Euro werden zudem Test- und Freigabeverfahren für automatisierte Fahrzeuge konzipiert und entwickelt, die im Jahr 2020 als Produkte für den Markt erwartet werden.

Brennstoffzellenantrieb für Triebfahrzeuge

Der Schienenfahrzeughersteller Alstom entwickelt im Projekt BetHy umweltschonende, brennstoffzellenbetriebene Hybridtriebzüge, deren Prototypen bereits 2018 getestet werden sollen. Ziel ist der Nachweis der Einsatztauglichkeit eines Brennstoffzellenantriebs für Triebfahrzeuge des regionalen Personenverkehrs. Das DLR hat für Alstom die Batterie- und Brennstoffzellenmodule konzeptioniert und spezifiziert. Bei deren Integration in einen Dieseltriebwagen der LINT-Serie sowie der Wasserstoffinfrastruktur ist das DLR beratend tätig.

Die Lebensdauer der Batterien testen DLR-Wissenschaftler in einer Laborumgebung. Darüber hinaus begleiten die DLR-Forscher die Systemtests der Antriebsanlage, die Inbetriebnahme sowie den Probebetrieb. Die Antriebsanlage wird derzeit erfolgreich in Frankreich getestet, bis Ende 2016 soll das erste Fahrzeug ausgerüstet sein. Aus der dann folgenden Produktentwicklung iLINT sollen im Jahr 2020 zunächst 40 brennstoffzellenbetriebene Züge in vier Bundesländern den operationellen Betrieb aufnehmen.

Reallabor Schorndorf: ÖPNV nach Bedarf

Demografischer Wandel, klimaverträgliches Wohnen und neue Formen der Mobilität – viele gesellschaftliche Herausforderungen zeigen sich besonders in Städten. Das Wissenschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg fördert Reallabore, in denen Forscher zusammen mit Kommunen, Wirtschaft und Einwohnern Veränderungen im Wohnumfeld anstoßen und wissenschaftlich untersuchen. In Schorndorf wird das DLR in den kommenden drei Jahren zusammen mit seinen Projektpartner ein bedarfsorientiertes, digital gestütztes Konzept für Busse im Öffentlichen Nahverkehr entwickeln, das ohne feste Haltestellen auskommt und damit den Nahverkehr an die individuellen Ansprüche der Nutzer anpasst.

Sicherheit

Unterstützung aus dem All im Krisenfall

Aktuelle Satellitenbilder können Rettungskräfte in Krisenfällen oder bei Katastrophen mit wichtigen Lageinformationen unterstützen. Im Rahmen des EU-FP7-„Projects on a Multi-Hazard Open Platform for Satellite Based Downstream Services“ (PHAROS) soll eine Open-Service-Plattform entwickelt und eingerichtet werden, in der satellitenbasierte, aber auch terrestrische Technologien Krisenhelfer unterstützen.

Auf der Plattform werden die Daten von unterschiedlichen Satelliten und terrestrischen Sensoren gesammelt, aufbereitet und dem Nutzer bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt. Im Frühjahr 2016 wird das System von der regionalen Feuerwehr in Katalonien bei einem kontrollierten Waldbrand getestet und im Anschluss daran mit allen Projektbeteiligten weiterentwickelt.

Maritime Sicherheit – Verbundvorhaben EMSec

Im September 2016 werden im Rahmen einer gemeinsamen mehrtägigen Übung die Forschungsergebnisse des BMBF-Verbundprojektes „Echtzeitdienste für die Maritime Sicherheit – Security“ (EMSec) demonstriert. Unter Beteiligung der Bundespolizei See (BPol See), der Deutschen Gesellschaft zur Rettung Schiffbrüchiger (DGzRS) und des Technischen Hilfswerkes (THW) werden dort wesentliche Innovationen im Bereich der Lageerfassung mit luft- und weltraumgestützten Sensoren präsentiert.

Diese dienen vor allem der Unterstützung von Einsatz- und Rettungskräften in den Bereichen Rettung von Menschen auf See bei Großschadenslagen, Piraterie und Maritimer Terrorismus sowie dem Schutz von Off-Shore Einrichtungen wie zum Beispiel Öl- und Gasförderplattformen. Ziel des Verbundvorhabens EMSec ist, Menschen, Infrastruktur und Wirtschaftsaktivitäten auf See besser zu schützen.

Kursmanipulation: Schutz vor Hackern auf See

Für sichere, schnellere und automatisierte Abläufe nutzt die Schifffahrt immer häufiger Satellitendaten und IT-Systeme. Solche Systeme sind jedoch durch manipulative Eingriffe von außen gefährdet. So ist zum Beispiel die Navigation von Schiffen auf Grundlage von globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) wie GPS oder Galileo nicht hinreichend geschützt. Mit sogenanntem GPS-Spoofing, bei dem Täuschsignale ausgesendet werden, die einen GPS-Satelliten imitieren, kann nachweislich der Kurs eines Schiffes geändert werden.

Eine andere Methode, das sogenannte GPS-Jamming, verhindert massiv den Empfang von Satellitensignalen, so dass die GNSS-Navigationssysteme eines Schiffes nicht mehr funktionieren. Das DLR arbeitet daran, die Navigationssysteme robuster gegen Angriffe von außen zu machen. Um manipulative Eingriffe in die Navigationssysteme der Schiffe besser untersuchen zu können, ermöglicht die Bundesnetzagentur dem DLR im Rahmen einer Frequenzgenehmigung den temporären Test von Stör- und Täuschsendern in einem kleinen und von nur sehr wenig Schiffsverkehr frequentierten Gebiet in der Ostsee. In diesem Zusammenhang wird im Frühjahr eine Versuchskampagne des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation in dem Testgebiet durchgeführt.

Auf den Fotos

• Das DLR-Forschungsflugzeug A320 ATRA bei der Landung. Unter anderem nutzen Wissenschaftler das Versuchsflugzeug, um lärmarme Anflugverfahren zu testen. Quelle: DLR (CC-BY 3.0).
• Blick aus dem Cockpit: Die Falcon bei einem Messflug. Der so genannte Nasenmast misst mittels einer Fünf-Loch-Sonde beispielsweise den statischen und dynamischen Druck in der Atmosphäre. Quelle: DLR (CC-BY 3.0).
• Landung auf dem Mars: Künstlerische Darstellung des Trace Gas Orbiters der ExoMars 2016-Mission. Er trennt die Landesonde Schiaparelli ab, die dann sanft in Richtung Marsoberfläche hinabgleiten soll. Quelle: ESA/ATG medialab.
• Das Europäische Datenrelaissystem (EDRS): Bei EDRS handelt es sich um ein Netzwerk geostationärer Satelliten. Mit diesem System können hohe Datenmengen von Erdbeobachtungssatelliten, die auf relativ niedrigen Umlaufbahnen um die Erde kreisen, in Echtzeit zur Erde übermittelt werden. Der entscheidende Vorteil ist, dass die Satelliten so nicht mehr an die kurzen Kontaktzeiten während ihres Fluges über die jeweiligen Bodenstationen gebunden sind. Quelle: GlobeNet/ESA.
• Der Hochleistungsstrahler SynLight: Diese künstliche Sonne erhält ihre Strahlungsleistung aus 149 Xenon-Kurzbogenlampen. Solarforscher können mit der Forschungsanalage unabhängig von Wetterbedingungen und Jahreszeit experimentieren. Quelle: DLR (CC-BY 3.0).