Weltweit arbeiten große Firmen am Internet der Zukunft, das einmal von dauerhaft mit Solarstrom fliegenden Höhenplattformen flächendeckend auf der Erde verfügbar sein soll. Die Entwicklung solcher autonomen solarelektrischen Motorsegler ist in vollem Gang.
Waren es bisher unbemannte Modelle mit winziger Nutzlast, die für den Stratosphärenflug erprobt wurden, so setzt die Initiative SolarStratos mit der 25-Meter Spannweite umfassenden Elektra-2 auf neue Größe, um in den Bereich kommerzieller Anwendungen schneller vorzudringen.
Autonomer Flieger für neue Forschungsmissionen
Die Initiative SolarStratos hat sich das solarelektrische Fliegen in der Stratosphäre zum Ziel gesetzt und wird von der Firma SolarXplorers koordiniert sowie von vielen Sponsoren finanziert. Das DLR engagiert sich in der Initiative und plant, die Plattform für Forschungsexperimente in der Stratosphäre zu nutzen.
Am 05. Mai 2017 hat der Prototyp erfolgreich seinen Erstflug über Payerne in der Schweiz absolviert. Zukünftig sind Flüge und Forschungsexperimente in bis zu 20 Kilometer Höhe geplant. Weltweit gibt es bisher keinen solarelektrischen Flieger mit vergleichbarer Nutzlast, der diese Höhe erreicht. Die Elektra-2 ist mit einer am Deutschen Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) entwickelten automatischen Flugsteuerung ausgestattet und wurde von der DLR-Ausgründung Elektra-Solar entwickelt und gebaut.
Dr. Konstantin Kondak vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen engagiert sich gleichzeitig in der DLR-Ausgründung ElektroSolar: „Mit dem Erstflug der Elektra-2 haben wir einen wichtigen Schritt hin zur Anwendung von Höhenplattformen für Datenübertragung und Fernerkundung absolviert.“
Leichtgewicht für schwere Lasten
Die extrem leicht gebaute Elektra-2 ist als weltweit erstes solarelektrisches Flugzeug dafür konstruiert, um im autonomen Betrieb bis zu 100 Kilogramm Nutzlast in rund 20 Kilometer Höhe zu bringen. Dabei bringt der Ultraleichtflieger selbst nur 420 Kilogramm auf die Waage. Damit wird es erstmals möglich, Technologien für die Breitband-Internetversorgung sowie die Fernerkundung direkt im Stratosphäreneinsatz zu erproben. Zunächst wird das Solarflugzeug 2017 eine umfangreiche Flugerprobung durchlaufen. Für 2018 sind dann erste Stratosphärenflüge geplant bis hin zu neuen Höhenrekorden für solarelektrische Flugzeuge.
Autonom gesteuert und ohne Fahrwerk
Zunächst werden Flüge mit einem Piloten an Bord und bis zu 50 Kilogramm Nutzlast anvisiert. Bei den Forschungsexperimenten wird der Pilot von der autonomen Steuerung unterstützt und soll die Mission nur noch überwachen. Die nächste Version der Elektra-2, die sich bereits im Aufbau befindet, soll dann ganz ohne Piloten längere Missionen in der Stratosphäre fliegen. „Darüber hinaus planen wir mit einer leichteren fahrwerklosen Version der Elektra-2 zu fliegen“, so Kondak. „Die Steuerungstechnologie für das fahrwerklose Landen haben wir bereits 2016 erfolgreich bei Flugversuchen im Allgäu getestet.“
Flieger ergänzen teure Satelliten
Die globale Kommunikation und Erdfernerkundung wird heute zu einem großen Teil von Satelliten im Erdorbit abgedeckt. Zukünftig haben fliegende Höhenplattformen gute Chancen, die heutige Satellitentechnik weitreichend zu ergänzen. Satellitenbilder entstehen im Orbit in mehreren hundert Kilometern Höhe, Stratosphärenflieger punkten hier bei gerade mal 20 bis 25 Kilometern Flughöhe mit einer deutlich höheren Auflösung. Zudem lassen sich die Betriebskosten gegenüber Satelliten deutlich senken, denn teure Raketenstarts sind nicht nötig und Defekte können problemlos am Boden repariert werden, wodurch sich insgesamt die Zuverlässigkeit erhöht.
Für die derzeit besonders populäre Anwendungsperspektive des flächendeckenden Internets aus der Luft spricht, dass fliegende Höhenplattformen mit einer deutlich größeren Bandbreite gegenüber Satelliten werden aufwarten können. „Für alle Anwendungen wird es zukünftig nötig sein, ausreichend große und belastbare Fluggeräte zur Verfügung zu haben, die die Sensornutzlasten tragen können“, so Kondak. „Die Entwicklung geeigneter Ultraleichtflieger wird damit zur Schlüsseltechnologie.“
DLR-Ausgründung auf dem Weg in die Stratosphäre
Die vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik ausgegründete Firma Elektra Solar GmbH hat sich seit 2015 den Bau neuer Prototypen für den Flug in die Stratosphäre zum Ziel gesetzt, um die anwendungsnahe Forschung in diesem Bereich an die konkrete Produktentwicklung heranzuführen. Mit der Firma sind fünf neue High-Tech-Arbeitsplätze im Raum München entstanden ebenso wie erweiterte Möglichkeiten in der Erforschung hochfliegender Plattformen und der darauf basierenden Anwendungen.
Die Elektra-2 ist das erste in der DLR-Ausgründung entwickelte Flugzeug für extreme Höhen. In mehreren Kooperationsprojekten mit dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik wurde das Basissteuerungssystem dafür entwickelt. Dabei wurden Erfahrungen und Technologien aus dem Bereich der mobilen Robotik und Raumfahrtrobotik des Instituts genutzt.
Auf den Bildern
Die Elektra-2 während des Erstflugs: Die extrem leicht gebaute Elektra-2 ist als weltweit erstes solarelektrisches Flugzeug dafür konstruiert im autonomen Betrieb bis zu 100 Kilogramm Nutzlast in rund 20 Kilometer Höhe zu bringen. Dabei bringt der Ultraleichtflieger selbst nur 420 Kilogramm auf die Waage.
Auf dem Weg zur Startbahn: Das solarelektrische Ultraleichtflugzeug Elektra-2 ist der weltweit erste Prototyp für fliegende Höhenplattformen dieser Größe.
25 Meter Spannweite: Mit der größeren Spannweite soll die Elektra-2 mehr Nutzlast tragen können und für kommerzielle Anwendungen attraktiver werden.
