Nach dem Start agieren die autonomen Miniflieger selbstständig

Foto: NASA/T.Tschida

Studenten der Stanford University haben es geschafft, mit einem autonomen Miniaturflugzeug einen neuen Höhenrekord aufzustellen. Bis in 2.177 Meter stieg das Flugzeug mit einer Flügelspannweite von nur rund einem Meter dabei empor. Den Studenten gelang es, das Flugzeug mithilfe ausgefeilter Elektronik und entsprechender Software vollständig ohne menschliches Eingreifen aufsteigen zu lassen. Sogar an Notfälle hatte das Siegerteam bei dem Luftfahrzeug gedacht. Kommt das Flugzeug namens Blue Panther zu sehr vom Kurs ab und verliert den Kontakt zur aus zwei Notebooks bestehenden Bodenstation, wählt es den kontrollierten Absturz. "Da wir in einem abgesperrten Gebiet nahe einem Air-Force-Stützpunkt geflogen sind, mussten wir auch für den Fall vorsorgen, dass wir den Kontakt zum Flugzeug verlieren oder dass es den abgegrenzten Korridor verlässt", sagt Geoffrey Bower, Doktorand am Institut für Luft- und Raumfahrt der Stanford University.

Rekordflug

Durchgeführt wurden die Rekordflüge auf dem Dryden Flight Research Center der NASA, einem ausgetrockneten See in der Mojave-Wüste. Dort brachten die Studenten vier verschiedene Miniaturflugzeuge in Stellung, um zu überprüfen, wie hoch ihre Arbeiten steigen konnten. Für den Bau der extrem leichten Flugmaschinen verwendeten sie handelsübliche Materialien aus dem Baumarkt wie Balsaholz und Isolierschaum. Die Energie für den 100-Watt-Elektromotor des besten Modellfliegers lieferte ein Akku mit 2.100 Milliamperestunden. An Elektronik kam in dem 450-Gramm-Flugzeug ein GPS-Empfänger und ein Luftdruckmessgerät zum Einsatz. Die künstliche Intelligenz wurde in der Programmiersprache C geschrieben und kontrollierte auf Basis der Mess- und GPS-Daten mithilfe von Servomotoren die Höhen- und Seitenruder sowie den Schub. Schon im zweiten Versuch stieg das Rekordflugzeug Blue Panther in die eingangs erwähnte Höhe von 2.177 Metern empor, bevor es den Kontakt zur Bodenstation verlor, die Landeautomatik startete und eine Bilderbuchlandung auf dem ausgetrockneten See hinlegte. "Die Studenten lernen durch solche Projekte die praktische Anwendung theoretischen Wissens im Bereich Aerodynamik, Flugzeugbau und auch in der Flugsteuerung bei autonomen Systemen", lobt Andreas Schütz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die studentische Leistung.

Noch höher

Bei einem weiteren Versuch ließen die Studenten ihr intelligentes Flugzeug von einem Punkt starten, der für das Flugzeug mehr Aufstiegszeit versprach. Und tatsächlich schaffte es Blue Panther bis in eine Höhe von fast 2,5 Kilometern. Das Flugzeug driftete dabei allerdings aufgrund schlechter Windverhältnisse zu weit vom Kurs ab und aktivierte den Absturz-Modus, der verhindern sollte, dass sich das Flugzeug aus der festgelegten Flugzone bewegte. Mit Tempo 130 tauchte Blue Panther deshalb in den heißen Sand der Wüste ein. Die unsanfte "Landung" und der daraus resultierende Schaden am Gerät war letztlich der Grund, weshalb die erreichte Höhe von 2,5 Kilometern nicht als erfolgreicher Rekordversuch gewertet wurde. Die 2.177 Meter, die Blue Panther vor seinem Unglücksflug erreicht hatte, liegen der internationalen Luftfahrtbehörde derzeit aber zur Prüfung vor. Die amerikanische Luftfahrtbehörde hat den Rekord bereits anerkannt. "Hierzulande wären solche Versuche nur schwer durchzuführen. Modellflugzeuge dürfen in Deutschland nicht über eine Höhe von 1.000 Metern steigen. Außerdem muss immer eine Sichtverbindung zum Flugzeug bestehen", sagt Stefan Levedag, Direktor des Instituts für Flugsystemtechnik am DLR.

"Es gibt schier unendlich viele Anwendungsmöglichkeiten für günstige unbemannte Luftfahrzeuge. Das Problem dabei ist, dass noch an deren Zuverlässigkeit gearbeitet werden muss, wodurch sie schnell wieder teurer werden", so Levedag. Grundsätzlich wären Aufgaben in der Landwirtschaft, in der Verkehrsüberwachung, bei der Aufspürung von Waldbränden und in vielen anderen Gebieten denkbar. Bis es so weit ist, sind jedoch noch einige Probleme zu lösen. Wichtig sei vor allem, genaue gesetzliche Rahmenbedingungen hinsichtlich der Lufttüchtigkeit von Drohnen zu schaffen, die Flugdauer von Drohnen zu steigern und an der Zuverlässigkeit zu arbeiten.

Limits

Doktorand Bower stimmt dem deutschen Experten zu. "Die limitierenden Faktoren sind derzeit vor allem die Akkuleistung, die mögliche Nutzlast und die Zuverlässigkeit. Unser Flugzeug schafft es ohne Nutzlast, etwa 90 Minuten in der Luft zu bleiben", sagt er. Die Akkutechnologie mache jedoch Fortschritte, weshalb er zuversichtlich ist, dass die Flugdauer kleiner unbemannter Fluggeräte noch gesteigert werden kann. Die Zuverlässigkeit der Komponenten könnte indes zu einem Problem werden. "Um das Gewicht gering zu halten, müssen redundante Systeme vermieden werden. Deshalb kann schon der Ausfall einer einzelnen Komponente zu einem Problem für das Flugzeug werden", sagt der Fachmann. Wenn man Einschnitte bei Größe, Gewicht und Kostenintensität in Kauf nehme, seien robuste und zuverlässige autonome Luftfahrzeuge jedoch durchaus möglich. (pte)