Kontolle ist alles!
Was passiert eigentlich, wenn die Funkverbindung zur Drohne unterbrochen wird? Wie können Drohnen bordautonom auch im dichten Verkehr fliegen? Mit diesen und anderen Fragen hat sich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in der letzten Phase seines Projekts City-ATM beschäftigt.
In verschiedenen Phasen des Projekts wurden Verkehrsszenarien getestet, in denen eine große Anzahl unterschiedlich ausgestatteter Drohnen gemeinsam und konfliktfrei in einem Luftraum betrieben werden.
Mittels neuer Softwaremodule zur Führung und Konfliktvermeidung wurde demonstriert, dass ein bordautonomer Betrieb im dichten Verkehr möglich ist.
Mit diesen und anderen Fragen hat sich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in der letzten Phase seines Projekts City-ATM beschäftigt. Die Forschenden konzentrierten sich darauf, Verkehrsszenarien zu untersuchen, in denen eine große Anzahl unterschiedlich ausgestatteter Drohnen gemeinsam und konfliktfrei in einem Luftraum betrieben werden. Ende 2021 fanden am Nationalen Erprobungszentrum für unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt die finalen Flugversuche mit mehreren Drohnen statt, bei denen die Forschenden die entwickelten Funktionalitäten demonstrierten.
„Üblicherweise werden Drohnen vom Boden aus gesteuert und kontrolliert.
Das klappt beim Hobbypiloten mit einer Funkfernbedienung und bei
ständigem Sichtkontakt zur Drohne“, sagt Dr. Alexander Kuenz vom DLR-Institut für Flugführung.
„Bei komplexeren Aufgaben für Drohnen kommen Bodenkontrollstationen zum
Einsatz, wie sie auch im Projekt City-ATM entwickelt werden.“ Aufgaben
einer solchen Bodenkontrollstation sind die Planung, Steuerung und
Überwachung der Flüge. So können die Forschenden komplexe Missionen
zusammenstellen und planen. Der daraus resultierende Flugweg wird dann
zur jeweiligen Drohne geschickt. Der Pilot überwacht vom Boden aus die
Durchführung der Mission. Dabei unterstützt ihn das System, indem es
unter anderem Konfliktsituationen mit anderem Verkehr erkennt und
vermeidet. Die betroffenen Drohnen erhalten dann modifizierte Flugwege.
Im Projekt City-ATM wird ein Luftraummanagement und Verkehrssteuerungskonzept für die Integration von neuen Luftraumteilnehmern, wie unbemannte Luftfahrzeuge oder Lufttaxis, in den unkontrollierten Luftraum erarbeitet. Dies umfasst den heutigen Luftraum G und damit insbesondere den unkontrollierten Luftraum bis 2500ft über Grund einschließlich urbaner Gebiete. Das zu entwickelnde Konzept soll das strategische Luftraum- und Verkehrsmanagement in SESAR U-Space adressieren. In City-ATM wird weiterhin an einem CNS-Konzept, das eine robuste Kommunikations-, Navigations- und Überwachungsinfrastruktur ermöglichen soll, gearbeitet. Verschiedene technische und operationelle Aspekte sollen hierbei betrachtet und hinsichtlich ihres Risikos analysiert und bewertet werden. Das Ergebnis wird als CONOPS (Concept of Operations) definiert, prototypisch als System implementiert und dient als Grundlage für eine Validierung und Demonstration des City-ATM-Konzeptes mittels Flugerprobungen.
Projektbeschreibung
In einem zukünftigen Luftraummanagementsystem für unbemannte und bemannte Luftraumteilnehmer – insbesondere Flüge in urbanen Gebieten – müssen eine Vielzahl von Randbedingungen beachtet werden, um eine sichere und zugleich effiziente Integration von neuen Luftraumteilnehmern zu gewährleisten. Diese Luftraumteilnehmer können sehr vielfältig sein und umfassen neben VFR-Flugverkehr ebenfalls andere Teilnehmer wie Personal Air Vehicle (PAV), Cargo-UAS, Fallschirmspringer, Wetterballons oder auch zu priorisierenden Luftverkehr wie z.B. Rettungshubschrauber. Neben Aspekten unterschiedlicher Bauart, Leistung und Fähigkeiten sind bei einem U-space Konzept auch zusätzliche Anforderungen hinsichtlich geschützter Flugbereiche (sogenanntes Geofencing) oder favorisierte, risikominimierte Flugstrecken zu beachten.
In dem Projekt City-ATM wird ein Konzept für ein zukünftiges Luftraummanagement (Air Traffic Management – ATM) im urbanen Luftraum entwickelt, welches eine sichere und effiziente Integration von neuen Luftverkehrsteilnehmern (wie unbemannte Luftfahrzeugsysteme und Lufttaxis) ermöglichen soll. Dies beinhaltet die Definition und Validierung von operationellen und technischen Konzepten für ein Luftraummanagement, die Informationsbereitstellung, die Verkehrsflusssteuerung und -überwachung sowie grundlegende Konzepte für eine Kommunikations-, Navigations- und Überwachungsinfrastruktur. Basierend auf diesen erarbeiteten Konzepten wird in City-ATM eine Simulations- und Demonstrationsplattform für urbanes ATM ausgearbeitet werden. Dies beinhaltet die Entwicklung eines operationellen Betriebskonzeptes, die Definition von Anforderungen und Rahmenbedingungen an das zukünftiges ATM-System, aber auch Betrachtungen zur technischen Realisierbarkeit eines Luftfahrzeuges, welches in diesen Umgebungsbedingungen sicher operieren kann.
Das Zielsystem soll eine Flugerprobung innerhalb des entwickelten City-ATM in einem zunächst simulierten - später realen, aber abgegrenzten - Luftraum ermöglichen und unterstützen. Ziel des Projektes ist es zudem relevante Stakeholder (wie UAS-Hersteller, UTM-Systemprovider, Luftverkehrsbehörden sowie Anwender) zusammen zu bringen, um eine sichere und effiziente Gesamtlösung für den U-Space zu erarbeiten. Das Projekt City-ATM begann am 1. Januar 2018 und wird vom Institut für Flugführung verantwortlich geleitet.
Dichte-basiertes Luftraummanagement
DLR-Institut für Flugführung (FL)
DLR-Institut für Kommunikation und Navigation (KN)
DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin (ME)
DLR-Institut für Lufttransportsysteme (LY)
DLR-Institut für Flugsystemtechnik (FT)
In Kooperation mit NXP
FlyNex GmbH
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Auterion AG
Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung GmbH
KopterKraft Laufzeit 2018 – 2021 FinanzierungInstitutionelle Förderung