Flugtaxis sicher auf Vertiports starten und landen
Flugtaxis klingen nach wie vor etwas nach Science-Fiction, doch bereits bei Olympia 2024 in Paris sollen welche starten. Längst sind auch Drohnen und Multikopter unterwegs. Das erfordert ausgeklügelte Lösungen für sicheren Start und Landung dieser senkrecht startenden Flugobjekte. Das Fraunhofer FHR arbeitet daran.
An Start- und Landeplattformen von Multikoptern und Flugtaxis herrscht viel Verkehr. Künftig könnte ein Netzwerk aus Radarsensoren den dortigen Flugverkehr hochgenau überwachen.
Foto: Fraunhofer FHR / Andreas Schoeps
Bei den Olympischen Spielen 2024 transportieren Flugtaxis Besucher zu den Wettkampforten. Diese vertikal startenden Fluggeräte, zu denen auch Drohnen und Multikopter zählen, nutzen spezielle Vertiports für Start und Landung. Ein wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang ist die Sicherheit der Flug- und Landeplätze. Ein vom Fraunhofer FHR entwickeltes, vollständig digitales Sensornetzwerk soll die Sicherheit dieser Vertiports gewährleisten. Es besteht aus autonomen, vernetzten Sensoren, die den gesamten Bereich der Vertiports überwachen, um einen sicheren Flugbetrieb zu ermöglichen.
Multikopter kommen längst zum Einsatz
Multikopter sind weit mehr als nur Unterhaltungselektronik. Sie werden bereits von Feuerwehr und Katastrophenschutz eingesetzt und sollen künftig in noch vielfältigeren Bereichen, wie Logistik und Pakettransport, genutzt werden. Darüber hinaus könnten sie in Form von „Electrical Vertical takeoff and landing“-Systemen (eVTOL) sogar Personen transportieren. Verschiedene Luftfahrtunternehmen planen, die Olympischen Spiele mit eVTOLs zu unterstützen, um Gäste vom Flughafen zu den Wettkampfstätten zu befördern.
Aktuell werden diese Systeme noch von Piloten gesteuert und bieten Platz für einen Passagier. Die Hoffnung besteht, dass diese Drohnensysteme die gesellschaftliche Akzeptanz so steigern, dass in fünf bis zehn Jahren autonomes Fliegen realisierbar ist. Die Forschenden des Fraunhofer FHR sind sich sicher, dass es angesichts der fortschreitenden Urbanisierung notwendig wird, Transportwege in die dritte Dimension zu erweitern.
Sicherheit von Flug- und Landeplätze elementar
Vertiports sollen auf Dächern, in Bahnhöfen oder auf Parkplätzen in städtischen Gebieten errichtet werden und höchsten Sicherheitsstandards genügen. Wie bereits geschrieben, arbeiten Forschende des Fraunhofer FHR daran. Ein wichtiger Bestandteil ist ein volldigitalisiertes Sensornetzwerk. Dieses Netzwerk, samt Radarsensorik, lässt sich flexibel an die Größe jedes Vertiports anpassen und nutzt sowohl aktive als auch passive Sensoren.
„Die Knoten sind volldigital, und jeder Sensor im Netzwerk funktioniert vollständig autonom. Die Sensoren werden nicht über eine zentrale Rechnereinheit koordiniert, sie vernetzen sich selbst miteinander. Sie können sich eigenständig untereinander lokalisieren und organisieren. Jeder Sensor verfügt im Sinne von Edge Computing über eine eigene Recheneinheit und kennt den Standort des anderen im Netzverbund“, erläutert Oliver Biallawons, Wissenschaftler der interdisziplinären Kompetenzgruppe „Civil Drone Systems“ am Fraunhofer FHR in Wachtberg.
Sensoren organisieren sich selbst
Die Aufgaben der Signalübertragung und -empfang werden auf mehrere Sensoren verteilt, die sich miteinander abstimmen. Die Sensoren sind am Boden installiert und überwachen den gesamten Start- und Landebereich sowie den darüberliegenden Luftraum. Das Sensornetzwerk reguliert eigenständig, welche Sensoren aktiv (senden und empfangen) oder passiv (nur empfangen) arbeiten. Die Anzahl der Sensoren bestimmt die Größe des überwachten Bereichs. Selbst bei Entfernung oder Hinzufügung eines Sensors bleibt das Netzwerk funktionstüchtig.
Ein wesentlicher Aspekt des Netzwerks ist seine Fähigkeit zur Selbstorganisation und dezentralen Verarbeitung. Dies wird durch die Vernetzung der Sensoren über drahtlose Kommunikationskanäle erreicht, die in das Radarsignal integriert sind. Dadurch kann das Netzwerk nahtlos in zukünftige Telekommunikationsstrukturen eingebunden werden, was die Verschmelzung von Radar- und Kommunikationstechnologien vorantreibt. Der Diplom-Ingenieur erklärt: „Wir werden das Kommunikationssignal in die Radarwelle integrieren und keine separaten Kanäle für Radar und Kommunikation verwenden.“
Sensoren detektieren und klassifizieren Hindernisse
Das von Forschenden entwickelte Civil Drone Systems (CDS) Network unterscheidet sich grundlegend von bestehenden Test-Überwachungssystemen. Es basiert nicht auf Mobilfunk und kann daher auch eVTOLs (elektrische Senkrechtstarter und -lander) erfassen, die kein Kommunikationsgerät wie Chips oder Tags tragen.
Ein weiteres Merkmal des Systems ist die Integration von Künstlicher Intelligenz. Diese ermöglicht es, Hindernisse in Start- und Landebereichen nicht nur zu erkennen, sondern auch zu klassifizieren, beispielsweise Bäume, Vögel oder andere Drohnen. Außerdem kann das Netzwerk die Größe und die Anzahl der Rotoren einer Drohne identifizieren.
Radarsensorik ist noch ein Prototyp
Aktuell existiert die Radarsensorik des Fraunhofer FHR als Prototyp. Für den praktischen Einsatz ist eine erhebliche Verkleinerung notwendig, wie Oliver Biallawons erläutert. Der Forscher betont jedoch die Bedeutung solcher Sicherheitssysteme für die Zukunft urbaner Mobilität: Mit fortschreitender Urbanisierung wird die Verlagerung von Transportsystemen in die Luft unumgänglich.
Dies erfordere ausgefeilte, hindernisfreie Sicherheitslösungen für Start und Landung, wie sie das modulare und resiliente Radarnetzwerk bietet. Das strahlungsarme Netzwerk eigne sich nicht nur für Vertiports, sondern könne auch Überwachungsaufgaben für Transportkorridore in Städten übernehmen, die von Transportdrohnen genutzt werden.
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