Paket-Drohnen, Lufttaxis oder unbemannte Luftfahrzeuge für Inspektionen werden zukünftig in Städten fliegen und interagieren. Dafür müssen sie einander erkennen und ausweichen können und das am besten schon vor dem Abheben.
Mit erfolgreichen Flugversuchen an der Hamburger Köhlbrandbrücke Ende April 2019 hat das Deutsche Zentrum für Luft– und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit Partnern im Projekt City-ATM gezeigt, wie die Kooperation von Drohnen bei der beispielhaften Befliegung einer Brücke bei laufendem Schiffs- und Straßenverkehr schon heute funktioniert.
„Wir haben unter sehr realistischen Bedingungen demonstriert, wie mit Hilfe von vernetzter Flugplanung, Registrierung und Identifikation bis hin zur Flugüberwachung, Konflikterkennung und Konfliktvermeidung automatisch fliegende Kamera-Drohnen gemeinsam sicher in einem städtischen Luftraum agieren können“, erklärt der Projektleiter Stefan Kern vom DLR-Institut für Flugführung. „Der Anwendungsfall einer Brückenbefliegung war ein ideales Testszenario, weil hierbei die Drohnen besonders eng und dynamisch zusammenarbeiten mussten.“
Mehrfach gegen Ausfall gesicherte Kommunikation
Nach der Freigabe der Flüge stiegen am 24. April 2019 zwei Drohnen kurz nacheinander auf. Ihrer Flugmissionen folgend und unter Berücksichtigung der Schifffahrt flogen beide Drohnen entlang vorgegebener Routen seitlich und unterhalb der Köhlbrandbrücke. Jeweils zwei von drei Drohnen waren jeweils gleichzeitig in der Luft. Die beteiligten unbemannten Luftfahrtzeuge der insgesamt drei DLR-Institute für Flugführung, für Flugsystemtechnik sowie für Kommunikation und Navigation waren dabei mit spezieller Technik ausgestattet, die eine Positions- und Statusermittlung sowie eine mehrfach gegen Ausfall gesicherte Kommunikation („HyraCom“) zwischen den Drohnen und der Kontrollstation ermöglichte.
Die DFS Deutsche Flugsicherung stellte alle Positionen der Drohnen zur Verfügung und ermöglichte so eine ganzheitliche Luftlagedarstellung. Durch die ständige Positionsübermittlung konnten die Piloten auf der Kontrollstation ein Luftlagebild mit allen Konflikten sehen. Neben der Erprobung des Gesamtsystems in mehreren Flügen konnte auch die beispielhafte Erkennung feiner Risse erfolgreich demonstriert werden.
Detaillierte Flugplanung
Die Flugversuche, die in Kooperation mit der Hamburg Port Authority (HPA) sowie den Partnern NXP Semiconductors, KopterKraft, FlyNex, DFS Deutsche Flugsicherung, Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung (ZAL) und Auterion stattfanden, sind Teil des Projekts City-ATM, in dem die Forscher und Praxispartner an Konzepten und neuen Technologien arbeiten, wie Drohnen – als neue Luftverkehrsteilnehmer – sicher in den urbanen Luftraum integriert werden können.
Das für City-ATM entwickelte System umfasst mehrere Schritte. Zu Beginn werden die Piloten und Drohnen für eine Startfreigabe elektronisch registriert und authentifiziert mittels Technologien der Firmen NXP Semiconductors und FlyNex. Parallel findet die Planung der Flugmissionen statt unter Berücksichtigung räumlicher Flugbeschränkungen (sogenannter Geofences). Sobald die grundlegende Wegpunktplanung abgeschlossen ist, wird diese in Flugwege (Trajektorien) umgewandelt. Das System berücksichtigt dabei die Flugperformance der Geräte sowie örtliche und zeitliche Rahmenbedingungen.
So können schon vor dem Start mögliche Konflikte erkannt werden. Gerade für Flüge über große Distanzen – im Falle von Drohnen somit außerhalb der Sichtweite des Steuerers – ist es wichtig, andere Luftraumnutzer frühzeitig zu erkennen und diesen ausweichen zu können. Für die Testflüge in Hamburg kam hierfür die Bodenkontrollstation für Drohnen („U-Fly“) des Instituts für Flugführung zum Einsatz.
In den folgenden Projektphasen bis Ende 2020 wird das City-ATM System, um weitere Services ergänzt und für weitere Anwendungsfälle erprobt. Dabei wollen die Forscher beispielsweise Abläufe für den bevorzugten Einsatz von Drohnen für Rettungskräfte untersuchen. Das Forschungsprojekt City-ATM wird unter anderem mit Mitteln des Programms Luftfahrtforschung des DLR finanziert.
Kameradrohne mit Köhlbrandbrücke in Bildern
Drei Kameradrohnen im Testeinsatz: Jeweils zwei von drei Drohnen waren bei den Flugversuchen des Forschungsprojekts City-ATM jeweils gleichzeitig in der Luft, um die Interaktion im städtischen Luftraum zu erproben.
Überwachung der Drohnenflüge am Boden: Durch eine ständige Positionsübermittlung konnten die Piloten auf der Kontrollstation am Boden ein immer aktuelles Luftlagebild mit allen Konflikten sehen.
Testszenario Brückenbefliegung: Der Anwendungsfall einer Brückenbefliegung ist ein ideales Testszenario für den Einsatz von Drohnen im städtischen Luftraum, weil hierbei die Drohnen besonders eng und dynamisch zusammenarbeiten müssen.
Drohnenflug entlang eines Brückenpfeiler: Bei den Flugversuchen des Forschungsprojekts City-ATM flogen Kameradrohnen seitlich und entlang der Köhlbrandbrücke in Hamburg.
Flugversuche im Rahmen des Forschungsprojekts City-ATM in Hamburg zeigten, wie die Kooperation von Drohnen bei der beispielhaften Befliegung einer Brücke (Köhlbrandbrücke) bei laufendem Schiffs- und Straßenverkehr schon heute funktioniert.
