Plattform eines höhenflugtauglichen Flugzeugentwurfs in Drachenkonfiguration mit Aufwuchspotential für Übernachtflüge
Die Plattform HAP alpha hat ein vergleichsweise robustes Design und ist in der Lage auf den potentiellen Flugtesteinrichtungen in Schweden und Australien eine Höhe von über 15,5 km zu erreichen und dort zwei Stunden zu verweilen. Dies erreicht das Flugzeug mit reduziertem Solargenerator und kann dennoch 5 kg Nutzlast tragen. Bei voller Belegung des Flügels mit Solargenerator kann mit diesem Flugzeug eine Übernachtflugfähigkeit erzielt werden. Bei dem Bodensegment handelt es sich um eine verlegbare Kommunikationsstation mit Antenne, sowie einer Operationsstation für das Fernführungs- und Erprobungsteam.
Stratosphärentaugliche Höhenflugzeuge oder auch High Altitude Platforms (HAPs) erfahren nach wie vor wegen ihres großen Anwendungspotentials im Bereich der Erdbeobachtung Interesse bei Forschung, Industrie und Militär. Dies gilt insbesondere auch für Plattformen mit denen wissenschaftliche Experimente für neuartige Technologien und Sensorkonzepte erprobt werden.
Bereits im vorangegangenen Querschnittsprojekt „Hochfliegende unbemannte Plattform“ (QSP HAP) hat das DLR den Nutzen und die Vorteile einer solchen Solarplattform gezeigt. Im Projekt wurden darüber hinaus Konzepte für ein solarbetriebenes Stratosphärenflugzeug, ein verlegbares/mobiles Bodensegment sowie für zwei Nutzlasten aus dem Bereich der Erdbeobachtung erarbeitet. Bei den Nutzlasten handelt es sich um ein hochauflösendes optisches Kamerasystem, kurz MACS-HAP, und ein Radar mit synthetischer Apertur, kurz HAPSAR. Diese Konzepte wurden jeweils in einen konkreten Technologiedemonstrator überführt und innerhalb des Projekts bis zum abgeschlossenen Preliminary Design (PDR) entwickelt.
Im vorliegenden Projekt soll unmittelbar an die im Querschnittsprojekt HAP gewonnenen Erkenntnisse und erfolgten Entwicklungsarbeiten für HAP alpha angeknüpft werden. Hierfür können die Arbeiten auf Basis des Preliminary Designs und der bisher im Detailed Design gewonnenen Erfahrungen aufgenommen und bei der Weiterentwicklung von HAP alpha zu einem vollständigen Flugzeug integriert werden. Das Flugzeug kann anschließend einem Erstflug in niedriger Höhe in der Flugversuchseinrichtung des DLR in Cochstedt zugeführt werden. Im Anschluss an die erfolgreiche Erprobung in niedriger Höhe können perspektivisch in einem Nachfolgeprojekt mit HAP alpha erste Höhenflüge, zunächst mit Flugversuchsinstrumentierung (FTI), später mit den Sensornutzlasten (MACS-HAP und HAPSAR), auf Flugversuchseinrichtungen in Schweden und Australien durchgeführt werden.
Projektziele
Neben einer Vielzahl von Unterergebnissen sind als wesentliche Projektergebnisse die verfügbare solargetriebene Höhenplattform HAP alpha als Technologiedemonstrator sowie alle damit verbundenen Begleitergebnisse wie Patente, Veröffentlichungen und Know-How zu nennen.
Die Höhenplattform wird vor dem Hintergrund eines mehrstufigen Ansatzes umgesetzt, wobei ein Luftfahrzeug mit Ausbaupotential von einer Stufe zur nächsten entsteht. Hintergrund sind die einzig für Höhenplattformen geeigneten und bereits erprobten Solarzellen auf Gallium Arsenid Basis. Diese sind im Vergleich zu anderen Komponenten der Höhenplattform mit etwa 90 k€/m² sehr teuer und lassen sich einmal auf das Fluggerät aufgebracht nicht wieder zerstörungsfrei entfernen. Zunächst wird daher innerhalb der Projektlaufzeit der HAP alpha in einer Ausbaustufe 1 umgesetzt und in niedriger Höhe erprobt. Ausbaustufe 1 verwendet hierfür keinen Solargenerator oder eine Minimalbelegung von ca. 1,5 m². Der so konfigurierte HAP alpha kann bis etwa 8 km aufsteigen und erprobt werden. Dies ist ausreichend um die Flugeigenschaften und die Flugzeugsysteme ausgiebig zu testen. Erste Erprobungsflüge werden voraussichtlich im nationalen Drohnenerprobungszentrum in Cochstedt durchgeführt. Hier ist seitens der Flugtesteinrichtung die Flughöhe auf maximal 500 m begrenzt. Bei Vorliegen befriedigender Flugeigenschaften und erfolgreicher Systemerprobung, wird die Integration der Solarfläche für die Höhenflüge erfolgen.
Die Erprobung in der Höhe erfolgt dann perspektivisch in einem weiteren Projektnachfolger über die Ausbaustufe 2 des HAP alpha. Diese ist mit etwa 12 m² Solarfläche belegt und kann in geeigneten Regionen auf bis zu 20 km Höhe aufsteigen und dort etwa 2h verweilen. Grundsätzlich könnte hierfür der bereits in Ausbaustufe 1 vorhandene HAP alpha genutzt und erweitert werden. Die finale Ausbaustufe 3 des HAP alpha weist 22 m² Solarfläche, sowie Batterien mit höherer Energiedichte auf und ist in geeigneten Regionen potentiell in der Lage über die Nacht hinweg zu fliegen.
Diese Ausbaustufe wird im Projekt und voraussichtlich auch im nächsten Projektnachfolger zunächst nicht näher betrachtet, da ein Update der HAP alpha Konfiguration mit den Erkenntnissen der Ausbaustufen 1 und 2 wahrscheinlich ist.
