DLR-Forschungsflugzeug Falcon 20 E
DLR-For­schungs­flug­zeug Fal­con 20 E
Bild 1/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

DLR-Forschungsflugzeug Falcon 20 E

Die Dassault Fal­con 20E, Ken­nung D-CMET ist für den For­schungs­ein­satz beim Deut­schen Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) stark mo­di­fi­ziert wor­den und wird vom DLR-Flug­be­trieb in Ober­pfaf­fen­ho­fen haupt­säch­lich zur At­mo­sphä­ren­for­schung ein­ge­setzt.
Die Falcon im Flug
Die Fal­con im Flug
Bild 2/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Die Falcon im Flug

Das DLR-For­schungs­flug­zeug kam 1976 zum DLR und hat sich in zahl­rei­che wis­sen­schaft­li­chen For­schungs­mis­sio­nen welt­weit be­währt. Die wohl be­kann­tes­ten Flü­ge führ­te das DLR im April 2010 durch, als der Aus­bruch des is­län­di­schen Vul­kans Ey­jaf­jal­la große Tei­le des Luft­ver­kehr über Eu­ro­pa zum Er­lie­gen brach­te. In Re­kord­zeit wur­de die Fal­con um­ge­rüs­tet und für den Ein­satz über Is­land, Eng­land und Deutsch­land zu­ge­las­sen. Als ein­zi­ges Flug­zeug am Him­mel mach­te sich die Fal­con zu meh­re­ren Mess­flü­gen auf.
Die Falcon 20E rollt zur Startbahn.
Auf dem Weg zur Start­bahn
Bild 3/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Auf dem Weg zur Startbahn

Die Fal­con 20E rollt zur Start­bahn.
Ausstattung und Instrumentierung des DLR-Forschungsflugzeuges Falcon
Aus­stat­tung und In­stru­men­tie­rung des DLR-For­schungs­flug­zeu­ges Fal­con
Bild 4/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Ausstattung und Instrumentierung des DLR-Forschungsflugzeuges Falcon

Die­ses schein­ba­re "Cha­os" fin­det sein En­de in der funk­ti­ons­tüch­ti­gen Aus­stat­tung und In­stru­men­tie­rung des DLR-For­schungs­flug­zeu­ges Fal­con in Vor­be­rei­tung der Missi­on SCOUT-03 (Stra­to­s­phe­ric-Cli­ma­te Links with Em­pha­sis on the Up­per Tro­pos­phe­re and Lower Stra­to­s­phe­re).
Falcon in der Wartungshalle
Missi­ons­vor­be­rei­tung in der DLR-War­tungs­hal­le
Bild 5/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Missionsvorbereitung in der DLR-Wartungshalle

Missi­ons­vor­be­rei­tung: In der DLR-War­tungs­hal­le auf dem Flug­ha­fen Ober­pfaf­fen­ho­fen wer­den die wis­sen­schaft­li­chen In­stru­men­te und Sen­so­ren in­stal­liert und über­prüft. Mehr als ei­ne Ton­ne an wis­sen­schaft­li­cher Aus­rüs­tung be­fin­det sich an Bord der Fal­con.
Die Falcon 20E im Flug
Über den Wol­ken
Bild 6/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Über den Wolken

Die Fal­con 20E im Flug. Das DLR-For­schungs­flug­zeug kann bis zu 1100 Ki­lo­gramm Nutz­last an wis­sen­schaft­li­chen In­stru­men­ten auf­neh­men. Die In­stru­men­te wer­den in- und un­ter­halb der Ka­bi­ne so­wie un­ter den Trag­flä­chen in­stal­liert. Zu ih­nen ge­hö­ren un­ter an­de­rem ein Strö­mungs­mess­ge­rät, der so ge­nann­te Na­sen­mast, Luf­tein­läs­se und Un­ter­flü­gel­be­häl­ter.

Die Dassault Falcon 20E-5, Kennung D-CMET, ist für den Forschungseinsatz beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stark modifiziert worden. Der DLR-Flugbetrieb in Oberpfaffenhofen setzt das Flugzeug seit über 40 Jahren hauptsächlich zur Atmosphärenforschung ein. Internationale Forscherteams messen Spurengase und Aerosole direkt an Bord und sammeln Luftproben, die anschließend im Labor analysiert werden. Der zweistrahlige Jet basiert auf einem Geschäftsreiseflugzeug der französischen Firma Dassault und fliegt in Höhen von bis zu 12.800 Meter.

Seit 1976 ist das Forschungsflugzeug in Betrieb. Seitdem ist es eine der wichtigsten Plattformen deutscher und europäischer flugzeuggetragener Forschung zur Erkundung von Erde und Atmosphäre. In mehr als 40 Jahren Betrieb in der Umwelt- und Klimaforschung hat das Flugzeug eine Spitzenposition unter den europäischen Forschungsflugzeugen eingenommen. Die Falcon 20E-5 spielt deshalb auch eine große Rolle in der europäischen Flotte für Flugzeugforschung EUFAR (EUropean Fleet for Airborne Research), einer Initiative, an der sich 28 führende europäische Einrichtungen und Firmen auf dem Gebiet der flugzeuggetragenen Forschung beteiligen.

Ein fliegendes Labor für die Umwelt- und Klimaforschung

Die Falcon 20E-5 fliegt höher als die meisten Verkehrsflugzeuge und ist äußerst robust und wendig. Das erlaubt sogar Messungen in der Nähe von Gewittern oder in nur 30 Metern Entfernung hinter den Triebwerken eines Verkehrsflugzeugs. Die Gipfelhöhe der Falcon reicht aus, um in mittleren Breiten die untere Stratosphäre zu erreichen, die seit einigen Jahren im Zusammenhang mit dem Ozonabbau im Brennpunkt der Forschung steht.

Über den Bergen Norwegens wurden beispielsweise polare stratosphärische Wolken vermessen, die zumindest in kalten Wintern maßgeblich zum Ozonabbau beitragen. In den letzten Jahren war die Falcon 20E-5 eines der wichtigsten Großforschungsgeräte des DLR, um die Auswirkungen von Flugzeug-Emissionen auf die Zusammensetzung der Atmosphäre zu erforschen. Ihre einzigartige Modifikation und Ausstattung machen die Falcon 20E-5 zu einer echten Mehrzweckplattform für Forschungsanwendungen, die den individuellen Bedürfnissen entsprechend angepasst werden kann.

Modifikationen

Die Falcon 20E-5 kann bis zu 1100 Kilogramm Nutzlast an wissenschaftlichen Instrumenten aufnehmen. Die Instrumente werden in- und unterhalb der Kabine sowie unter den Tragflächen installiert. Zu ihnen gehören unter anderem ein Strömungsmessgerät, der so genannte Nasenmast und Antennen, die sich außerhalb des Flugzeugs befestigen lassen.

Für Kameras und LIDAR-Systeme (Light Detection And Ranging), die zur Atmosphärenmessung eingesetzt werden, hat die Falcon 20E-5 an der Rumpfober- und -unterseite spezielle optische Fenster. Ein LIDAR sendet einen Laserimpuls aus und empfängt das von der Atmosphäre zurück gestreute Signal. Daraus lassen sich Konzentrationsprofile von Wasserdampf, Ozon oder Aerosolpartikeln oberhalb oder unterhalb der Flughöhe ableiten. Für Radarantennen kann seitlich ein Fenster durch eine Scheibe ersetzt werden.

Die Avioniksysteme der Falcon werden permanent den ständig steigenden Anforderungen der wissenschaftlichen Experimente sowie der Flugsicherheit angepasst. Dies ermöglicht eine präzise Navigation und den uneingeschränkten weltweiten Einsatz des Flugzeugs.

An der Flugzeugstruktur der Dassault Falcon 20E-5 (D-CMET) wurden folgende Modifikationen und Anbauten vorgenommen:

  • Nasenmast mit integrierter Strömungssonde für Messungen von Anströmgeschwindigkeit und -richtung
  • Insgesamt drei Spezialfenster im Dach und Boden des Flugzeugrumpfs unter anderem für den Einsatz von LIDAR-Instrumenten zur Atmosphärenmessung. Die unteren Spezialfenster können dabei während Start und Landung durch eine Rolltür vor Beschädigungen durch Steinschlag geschützt werden.
  • Neue Triebwerke mit zusätzlichen elektrischen Generatoren zur Versorgung der Experimente (zwei x 330 Ampere und 28 Volt)
  • Vier kleine Öffnungen (acht Zentimeter Durchmesser) an der Rumpfoberseite
  • Vier Befestigungspunkte unterhalb der Tragflächen zum Anbau von Partikelmesssystemen (PMS)
  • Zentraler Befestigungspunkt an der Rumpfunterseite zum Anbau variabler Messbehälter
  • Seitliche Fenster für Infrarot- und Radarantennen, so genannte Mikrowellen-Messgeräte
  • Befestigungspunkte am unteren Rumpfheck für Radiometer

Missionsbeispiel

Über Island auf den Spuren von Aeolus

Für die Aeolus-Mission waren die DLR Wissenschaftler vom Institut für Physik der Atmosphäre im Jahr 2019 mit der D-CMET über Island unterwegs. Aeolus ist ein, der griechischen Mythologie (Windgott) entliehener Name eines Satelliten, der seit 2018 mit dem Wind-Lidar ALADIN (Atmospheric Laser Doppler Instrument) an Bord den Globus umkreist. Die mit dem ersten Wind-Lidar ausgerüstete D-CMET wurde verwendet, um im Rahmen der Kampagne AVATARI (Aeolus Validation Through Airborne Lidars in Iceland) die Daten zwischen Flugzeug und Satellit zu vergleichen. Island wurde für die Vermessung ausgewählt, weil hier ideale Bedingungen zu finden sind: Wechselnde Hoch- und Tiefdruckgebiete sorgen für variable Windgeschwindigkeiten und auch ein Jetstream – ein sich immer wieder verlagerndes Band aus Starkwinden – befindet sich häufig in erreichbarer Nähe. Mit dem Vergleich sollen die Windprofile die der Satellit generiert validiert und dessen Auswertungsalgorithmen verbessert werden, um Modelle für Wettervorhersagen zu optimieren.

Technische DatenFalcon 20E, Kennung D-CMET
Länge:17,2 Meter (18 Meter mit Nasenmast)
Höhe:5,32 Meter
Spannweite:16,3 Meter
Kabinenlänge:5,5 Meter
Kabinenbreite:1,7 Meter
Kabinenhöhe:1,62 Meter
Sitzplätze:10 (Im Rahmen der DLR-Forschung drei Sitzplätze für Besatzungsmitglieder und drei Wissenschaftler oder Ingenieure, je nach Instrumentierung)
Leergewicht:7,53 Tonnen (mit ständiger Versuchsausrüstung)
Gesamtgewicht:maximal 13,2 Tonnen
Antrieb:zwei Garrett Turbojet Triebwerke TFE 731-5BR-2C
Schub:zwei mal 20.000 Newton (kein Umkehrschub)
Reichweite:circa 3700 Kilometer
Flughöhe:maximal 12,8 Kilometer (42.000 Fuß)
Geschwindigkeit:maximal 917 Kilometer pro Stunde (0,865 Mach)
Flugdauer:5:30 Stunden (abhängig von der Nutzlast)
Tankkapazität:5007 Liter (4,006 Tonnen)
Ursprüngliche Nutzung:Business Jet und Einsatz im militärischen Bereich
DLR-Flugbetrieb:Oberpfaffenhofen
Kontakt
  • Ingmar Mayerbuch
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