NASA und DLR: Formation fürs Klima ab Ramstein

Halbzeit bei den gemeinsamen Forschungsflügen der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und des DLR. Gestern, am 24. Januar 2018, startete der vierte von acht geplanten gemeinsamen Flügen von der Ramstein Air Base in Rheinland-Pfalz. Die Messflüge finden vorwiegend in einem gesperrten Luftraum über Mecklenburg-Vorpommern statt.

Das DLR (Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt) und die NASA haben ihre Forschungsressourcen, Flugzeuge und verfügbare Messinstrumente zusammengelegt, um das Potential von alternativen Kraftstoffen für eine umweltfreundliche Luftfahrt und ihren Einfluss auf die Atmosphäre noch genauer zu studieren, wie DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke erläutert. Zuvor war das internationale Forscherteam bereits am 17., 19. und 23. Januar zu gemeinsamen Forschungsflügen gestartet.

„Wir haben erfolgreich Messdaten von Emissionen und Kondensstreifen des DLR A320 ATRA gesammelt, während dieser einmal zu Beginn mit klassischem Jet A-1-Kerosin und nachfolgend mit einem Kerosin/Biokraftstoff-Gemisch unter kondensstreifenbildenden und nicht-kondensstreifenbildenden Bedingungen flog“, sagt Dr. Hans Schlager vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Außerdem haben wir bereits beim Transitflug von Kalifornien nach Deutschland Messdaten über die Eigenschaften von Zirruswolken gesammelt“, ergänzt NASA-Wissenschaftler Dr. Bruce Anderson.

Frage der Forscher: Klimawirkung

Eine entscheidende Frage der Forschungsflüge, die noch bis Anfang Februar andauern, ist: Lässt sich nachweisen, dass geringere Ruß-Emissionen bei alternativen Luftfahrt-Kraftstoffen, zu einer Veränderung bei den Eispartikeln in Kondensstreifen und damit zu einer geringeren wärmenden Klimawirkung von langlebigen Kondensstreifen führen? „Zudem interessiert uns, ob durch ein zielgerichtetes Fuel-Design bereits bei einer deutlich wirtschaftlicheren Beimischung von 30 Prozent Biokraftstoff die Rußemissionen ähnlich gering ausfallen, wie bei einer 50-prozentigen Zumischung zu klassischem Jet A-1-Kerosin“, erklärt Dr. Patrick Le Clercq vom DLR-Institut für Verbrennungstechnik. „Dabei bauen wir auf den Ergebnissen der ECLIF I-Kampagne auf, bei der 2015 zwei DLR-Flugzeuge, der A320 ATRA und die Falcon, im Einsatz waren und die NASA zudem bei den Bodenmessungen unterstützte.

Für die Messflüge der Mission ND-MAX/ECLIF 2 (NASA/DLR-Multidisciplinary Airborne eXperiments/Emission and CLimate Impact of alternative Fuel) starten der A320-ATRA des DLR und das „Fliegende Labor“ der NASA mit insgesamt 14 Messinstrumenten an Bord, von denen rund die Hälfte das DLR bereitgestellt hat. Der DLR A320 fliegt mit alternativem Kraftstoff, die NASA DC-8 folgt mit einigen Kilometern Abstand hinterher und „schnüffelt“ im Abgas. Dabei werden die Emissionen zweier unterschiedlicher Gemische aus alternativen Treibstoffen und Kerosin in verschiedenen Höhen und bei unterschiedlichen Fluggeschwindigkeiten vermessen, ebenso wie die resultierenden Kondensstreifen und Kondensstreifen-Zirren.

Ablauf der Flugversuche

Ein regulärer gemeinsamer Forschungsflug startet am Vormittag von der Ramstein Air Base. „NASA DC-8 und DLR-Airbus fliegen dann für die Messungen in einigem Abstand in einen für die Flugversuche reservierten Luftraum ein“, erklärt DLR-Testpilot Stefan Seydel. „Bei den bisherigen Flügen war dies ein Luftraum über Mecklenburg-Vorpommern.“ Dort absolvieren beide Flugzeuge einander folgend pro Flug etwa 15 Runden.

Wie im Sport fliegen die Flugzeuge dabei nach einer genauen Choreografie: „Nach einer geraden Strecke, bei der wir im Kondensstreifen des A320 fliegen, folgt eine 180 Grad-Kurve, dann tauchen wir mit der DC-8 erneut auf einer geraden Strecke in Abgase und Kondensstreifen ein, bevor die nächste 180 Grad-Wendung folgt“, beschreibt NASA-Testpilot Wayne Ringelberg das Manöver. „Diese Messrunden fliegen wir in der Regel vier bis fünf Stunden, bevor wir den Rückflug nach Ramstein antreten.“

In Ramstein landet die NASA DC-8 kurz nach dem DLR-A320. Auf dem Rollweg finden dann noch letzte Abgasmessungen statt, bevor die Flugzeuge zum Hangar rollen. Daneben führen die Forscher separat Standversuche durch, bei denen die Abgase des DLR-A320 mit festinstallierten Bodenmessgeräten untersucht werden. Ergebnisse erwarten die Forscher in einigen Monaten.

Starke Partnerschaft

War die Zusammenarbeit des DLR mit der NASA lange Zeit durch die Raumfahrt geprägt, konnte das DLR in den vergangenen Jahren sehr gute Beziehungen zur NASA im Bereich Luftfahrt aufbauen. „Zum einen haben DLR und NASA zusammen IFAR gegründet, ein Forum, das weltweit 26 Forschungszentren der Luftfahrt verbindet. Zum anderen konnten über vorhandene bilaterale Kooperationen einzelner DLR-Institute hinaus übergreifende Projekte mit der NASA initiiert werden, sagt DLR-Luftfahrtvorstand Prof Rolf Henke.

„Ein Beispiel ist die DLR-NASA-Design Challenge, ein Wettbewerb, der zeitgleich und mit gleichen Vorgaben an deutschen und amerikanischen Universitäten läuft und gerade in die zweite Runde geht.“ Beide Partner engagieren sich in der Luftfahrtforschung besonders bei gemeinsamen Forschungsprojekten in den Bereichen Luftverkehrsmanagement sowie lärm- und emissionsarmes Fliegen.

Auf den Bildern

• ND-MAX/ECLIF, zwei Flugversuche – Gemeinsame Forschungsflüge über Deutschland: Dicht hinter dem DLR A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) fliegt das „Fliegende Labor“ der NASA in einer DC-8 im Abgasstrahl des Airbus. An Bord messen Wissenschaftler die Zusammensetzung des Abgasstrahls und untersuchen die Auswirkungen von Biofuels wie HEFA auf die Bildung von Rußpartikeln und Eiskristallen.
• Die DC-8 der NASA im Hangar: Das „Airborne Science Laboratory“ der NASA wird im Hangar mit den letzten Messinstrumenten bestückt. Der größte Hangar der Ramstein Air Base bietet sonst Platz für C-5 Galaxy oder B747 und dient während der Kampagne als Hauptquartier.
• Betankung mit alternativen Treibstoffen: Der Airbus A320 ATRA des DLR wird im Laufe der NDMAX/ECLIF 2 Kampagne mit verschiedenen Mischungen aus konventionellem Flugzeugtreibstoff und Bio-Treibstoff betankt.
• Bodentests am Morgen: Vor den Messflügen, bei denen die NASA DC-8 dem DLR ATRA in dessen Abgasstrahl folgt, messen die Wissenschaftler die Zusammensetzung der Abgase am Boden.
• Emissionen im Fokus: In den Tanks des DLR ATRA ist herkömmliches Luftfahrtbenzin mit Bio-Treibstoffen vermischt, um die Auswirkung von alternativen Treibstoffen auf die Bildung von Wasserkristallen und CO2 in den Abgasen zu untersuchen.