Hoch­flie­gen­de un­be­mann­te Platt­form HAP-alpha

Visualisierung des finalen HAP-alpha Designs
Die Hochfliegende unbemannte Plattform HAP-alpha soll später in der Lage sein, in die untere Stratosphäre (etwa 20 Kilometer Höhe) aufzusteigen.
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DLR-Projektteam vor dem HAP-alpha-Flügel im Flugzeughangar in Braunschweig
Die Verantwortlichen für die Flugzeugstruktur aus dem DLR-Projektteam vor dem HAP-alpha-Flügel im Flugzeughangar Braunschweig. Die Flügelkonstruktion wurde im DLR entwickelt und in extremer Leichtbauweise hergestellt. Die Flügelspannweite beträgt 27 Meter bei einem Gewicht von nur 40 Kilogramm. Montage des HAP-Flügels im Flugzeughangar Braunschweig (High Altitude Platform).
Visualisierung der Hochfliegenden unbemannten Höhenplattform HAP-alpha
DLR-Wissenschafterlinnen und Wissenschaftler aus insgesamt 16 beteiligten Instituten und Einrichtugnen aus den Bereichen Luftfahrt, Raumfahrt und Sicherheit haben ihre Kompetenzen in die Entwicklung und die einzigartige Konstruktion der Hochfliegenden unbemannten Plattform HAP-alpha eingebracht.
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Stratosphärentaugliche Höhenflugzeuge, auch als hochfliegende unbemannte Plattformen (HAPs – High Altitude Platforms) bezeichnet, stellen eine Alternative zu Satelliten dar, um Aufgaben im Bereich der Erdfernerkundung und der Kommunikation nachhaltig wahrzunehmen. Im Gegensatz zu ihren Pendants im Erdorbit können die HAPs kostengünstiger hergestellt und gestartet werden. Sie können wieder gelandet und für andere Missionen weiterverwendet werden. HAP-alpha ist ein Verbundprojekt von 16 DLR-Instituten und -Einrichtungen, in dem eine unbemannte und solarbetriebene hochfliegende Plattform als Technologiedemonstrator gebaut und flugerprobt werden soll. Der HAP-alpha soll später in der Lage sein, in die untere Stratosphäre (etwa 20 Kilometer Höhe) aufzusteigen.

Hochfliegende unbemannte und solarbetriebene Plattformen wecken wegen ihres großen Anwendungspotenzials zunehmend Interesse in Forschung und Industrie.

Im Gegensatz zu Flugzeugen und nicht-geostationären Satelliten sind HAPs permanent an beliebigen Orten stationierbar. Sie operieren im Unterschied zu bemannten Flugzeugen autonom – wie Satelliten. Anders als bei Satelliten sind durch ihre Start- und Landefähigkeit jedoch Wartung und Ausrüstung mit wechselnden Nutzlasten möglich. Neben konventionellen Anwendungen wie Fernerkundung oder In-Situ-Messung für die Erdbeobachtung, ermöglichen HAPs beispielsweise Einsätze in Krisengebieten oder dienen als Knotenpunkt für Kommunikationsnetze.

Ziel des Querschnittsprojekts Hochfliegende unbemannte Plattform (HAP-alpha) ist der Aufbau einer umfassenden Systemkompetenz für Höhenflugzeuge im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Diese Kompetenz soll ermöglichen, ein zulassungsfähiges Gesamtsystem (Plattform, Nutzlast, Bodenstation, operationelle Prozeduren) für den Dauerbetrieb zu entwickeln, zu bauen und zu betreiben.

Mit fortschrittlichen Leichtbaukonzepten, Miniaturisierungen im Bereich der Sensorik und Avionik sowie Weiterentwicklungen im Bereich von Speichertechnologien, soll eine breite Palette von Anwendungen realisierbar werden.

Über die Erforschung der Grundlagen und den Know-how-Aufbau hinaus berät sich das DLR mit den Zulassungsbehörden, um die Entwicklung von gesetzlichen Rahmenbedingungen voranzutreiben, die den Betrieb solcher Plattformen im kontrollierten Luftraum ermöglichen. Ein Beispiel ist die Mitarbeit bei den Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems (JARUS).

Projekt HAP-alpha – Hochfliegende unbemannte Plattform

  • Laufzeit: Januar 2018 bis Dezember 2025
  • Federführendes Institut: Institut für Flugsystemtechnik (FT)
  • Projektart: HGF Programmorientierte Förderung
  • Fördermittelgeber: Programmdirektion Luftfahrt, Raumfahrt und Sicherheit

Beteiligte Institute und Einrichtungen des DLR

Institut für Flugsystemtechnik

Administrative und technische Gesamtleitung im Projekt. Das DLR-Institut verantwortet außerdem die Flugmechanische Auslegung, die Bereiche Avionik, Antriebsstrang, Simulationssystem, Flugregelung, Missionsmanagement sowie die Integrationsplanung und die Flugversuchsplanung.

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum (DFD)

Das DFD verantwortet den Kommunikationsanteil im Bodensegment, also die mobile Empfangseinheit der Bodenstation.

Institut für Aeroelastik

Verantwortlich für die aeroelastische Auslegung des HAP-alpha und hat mit anderen in der Auslegung beteiligten DLR-Instituten einen Design-Loop zur Gesamtauslegung des Flugzeugs aufgebaut.

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik

Verantwortlich für die aerodynamische Auslegung des Flugzeugs und des Propellers und hat mit den anderen in der Auslegung beteiligten DLR-Instituten einen Design-Loop zur Gesamtauslegung des Flugzeugs aufgebaut.

Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe

Administrative Leitung bei den Arbeiten zum Antriebsstrang und unterstützte bei der Auslegung der elektrischen Antriebe.

Institut für Flugführung

Verantwotrlich für die Bedienung der Bodenstation. In den Stationen sitzen die Pilotinnen und Piloten sowie weitere Mitglieder der Flugversuchscrew. Es hat zudem die im DLR entwickelte Flugführungssoftware UFly auf die Bedürfnisse von HAP-alpha angepasst.

Hochfrequenztechnik und Radarsysteme

Entwickelt im Projekt ein Radar mit synthetischer Apertur, das auf HAP-alpha eingesetzt werden soll. Das HAP-SAR hat eine Bodenauflösung von 50 mal 50 Zentimeter, eine Energieaufnahme von unter 250 Watt und wiegt nur 5 Kilogramm.

Institut für Kommunikation und Navigation

Verwantwortlich für den Kommunikationsanteil auf dem Flugzeug und dessen Auslegung.

Institut für Methodik der Fernerkundung

Verantwortlich für die Entwicklung KI-gestützter Auswerteverfahren für optische Bilder des hochauflösenden Kamerasystems (MACS-HAP) und des Radars mit synthetischer Apertur (SAR).

Institut für Physik der Atmosphäre

Erfasst und wertet Wetterdaten aus und unterstützt bei der Auswahl potentieller Flugtestgebiete und Flugtestkampagnen.

Institut für Softwaretechnologie

Verantwortlich für die Entwicklung der Basissoftware des Flugsteuerungsrechners.

Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik

as Institut wurde umstrukturiert und neu ausgerichtet. Es ist seit Januar 2025 benachbarten DLR-Instituten zugeordnet.

Institut für Systemleichtbau

Verantwortlich für Auslegung und Bau der Flugzeugstruktur aus CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) und hat mit den anderen in der Auslegung beteiligten DLR-Instituten einen Design-Loop zur Gesamtauslegung des Flugzeugs aufgebaut.

Systemhaus Technik

Unterstützt beim Aufbau des digitalen Flugzeugmodells und hat große Teile der Flugzeugstruktur gefertigt. SHT setzt außerdem das Startfahrzeug sowie die Transportvorrichtungen für die Flugzeugstruktur konstruktiv und baulich um.

Institut für Vernetzte Energiesysteme

Betreut den Arbeitsanteil zum Solargenerator im Antriebsstrang.

Institut für Weltraumforschung

Das DLR-Institut für Weltraumforschung ist ein weltweit führendes Kompetenzzentrum für optische Sensorsysteme und deren Einsatz in Planetenforschung, Erdbeobachtung und Sicherheit.

Kontakt

Florian Nikodem

Projektleitung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Flugsystemtechnik
Sichere Systeme und Systems Engineering
Lilienthalplatz 7, 38108 Braunschweig