ALAADy-Demonstrator: Realisierung eines Prototyps

Ein Tragschrauber wird automatisiert

Die Ausrüstung eines Luftfahrzeugs mit Aktuatoren und Elektronik ist heutzutage nicht ungewöhnlich. Neu ist die Ausrüstung eines bemannten Tragschraubers mit einer Steuerung, die einen vollständig selbstständigen Flug erlaubt. Im Prinzip ist der ALAADy-Demonstrator ein riesiges Flugmodell – aber in Originalgröße. Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung dieses Prototyps stellen allerdings tatsächlich die Aktuatoren dar – also die Motoren, welche die Steuerung im Flug realisieren. Es wurden spezielle für diesen Einsatzzweck geeignete Motoren ausgewählt und vor dem Einbau ausgiebig getestet. Es galt bei der Auswahl der Motoren vor allem einen Kompromiss zwischen Gewicht, Verstellgeschwindigkeit, Kraft und Energieverbrauch zu finden. Aus der Verfügbarkeit geeigneter Stellmotoren folgte die Auswahl der Rechner, die sicher und zuverlässig eine Verbindung zum Piloten herstellen sollen. Rechner erfüllen nur mit Software ihre eigentliche Funktion. Die Software ist dabei eine Art Arbeitsanweisung für den Rechner. Diese Anweisungen zu programmieren ist eine aufwendige und komplexe Aufgabe, vor allem, wenn die Software zuverlässig genug sein soll, um die Steuerung eines Luftfahrzeugs zu übernehmen. Natürlich fallen den Forschenden viele weitere Aufgaben ein, die ein derartiger Rechner übernehmen soll. Am Ende wurden mehrere Rechner eingebaut, um die Aufgaben nach ihrer Bedeutung für den Flug gruppieren zu können.

Der ALAADy-Demonstrator ist ein Tragschrauber, der auf dem Modell MTOfree der Firma AutoGyro aus Hildesheim basiert. Er besitzt einen Rotax Verbrennungsmotor der mit seinen 100 PS den notwendigen Vortrieb erzeugt. Auftrieb erzeugt ein im Flug nicht angetriebener Rotor mit 8,4 m Durchmesser, der sich wie bei einem Windrad infolge der Luftströmung von allein dreht. Für die Realisierung einer „Transportdrohne“ als Technologiedemonstrator wurde besonders auf die sicherheitstechnischen Aspekte, die betrieblichen Randbedingungen, die Systemarchitektur und die notwendigen Fähigkeiten geachtet. Tragschrauber besitzen die besondere Eigenschaft einer inhärenten Sicherheit, da der frei drehende Rotor im Fehlerfall eine sanfte Landung, wie an einem Fallschirm, ermöglicht.

Es ist ein fernes Ziel der Forschenden, dass das Luftfahrzeug über große Entfernungen selbstständig fliegen kann und sie nur im Notfall eingreifen müssen

Die im Flugzeugbau klassischerweise verwendeten, mehrfach gegen Ausfälle abgesicherten Architekturen, wurden absichtlich nicht verwendet, da ein Ausfall einzelner Komponenten oder gar der gesamten Steuerung keinen Einfluss auf die Betriebssicherheit des Demonstrators hat bzw. haben soll. Das Konzept, dass sich hinter dieser zunächst widersprüchlichen Forderung verbirgt, ist ein Verfahren zum Betrieb von unbemannten Luftfahrzeugen, das sich seit einiger Zeit etabliert hat. Unbemannte Luftfahrzeuge werden aus Kostengründen und wegen der vergleichsweise geringen Nutzlast meist nicht gegen Ausfälle einzelner Komponenten abgesichert. Ein sicherer Betrieb wird stattdessen durch Einschränkungen im Flugbetrieb erreicht. Derartige Einschränkungen können Limitierungen in der Flughöhe, dem Betrieb im Sichtbereich oder die Einrichtung eines Flugbeschränkungsgebiets sein. Der Betreiber stellt im Rahmen seines Antrags zur spezifischen Aufstiegsgenehmigung dar, wie die Betriebssicherheit erreicht wird bzw. wie eine Verletzung der Limitierungen verhindert wird. Ein Absturz wird daher unter Umständen zu einem wirtschaftlichen Risiko, dass unabhängig von der Betriebssicherheit betrachtet werden kann. Strukturiert wird der Prozess durch ein Verfahren, das als SORA (Specific Operational Risk Analysis) bezeichnet wird. Dieses Konzept einer missionsbezogenen Flugfreigabe für unbemannte Luftfahrzeuge soll die Balance zwischen der notwendigen Sicherheit und dem wirtschaftlichen Betrieb von unbemannten Luftfahrzeugen ermöglichen. Für den Transport von Fracht in geringer Flughöhe über dünn besiedeltem Gebiet werden gegenwärtig im DLR Konzepte bewertet und Demonstratoren gebaut.

Das DLR ist neutraler Vorreiter ziviler Forschungsthemen der unbemannten Luftfahrt

Dem Erstflug ging am 20.02.2018 ein Rollout voraus. Diese offizielle Präsentation des Luftfahrzeugs war der Beginn zahlreicher System- und Rolltests, bei denen das Luftfahrzeug soweit wie möglich vorgetestet wurde. Unter anderem wurde dabei untersucht, ob sich das Luftfahrzeug sicher beschleunigen und abbremsen lässt – sicher eine der wichtigsten Voraussetzungen, um einen Erstflug realisieren zu können. Darüber hinaus wurden zahlreiche Sensordaten analysiert und Parameter der Steuerung optimiert. Schließlich sollten selbst bei einem nicht ganz unwahrscheinlichen Zwischenfall während des Erstfluges ausreichend Daten vorliegen, um die Ursache analysieren zu können.