Wie sich Drohnen und Hubschrauber den Luftraum teilen

By Friedrich List

Für viele von uns sind Drohnen in erster Linie Spielzeug. Aber sie können immer mehr. Zivile Drohnen übernehmen immer mehr echte Aufgaben, transportieren Blutkonserven oder Medikamente, untersuchen Bahndämme, Brücken oder Industrieanlagen auf Schäden oder sammeln Umweltdaten. Dieser Bereich wird in den nächsten Jahren trotz der prekären wirtschaftlichen Gesamtlage weiter wachsen.

So rechnet der deutsche Verband der Unbemannten Luftfahrt in einer aktuellen Studie bis 2030 mit einem Wachstum des Drohnenmarkts um 525 Prozent. Dann würden 126 000 kommerzielle und um die 721 000 private Drohnen über Deutschland unterwegs sein. 

DLR-Großversuch

Gerade über großen Städten müssten sich dann Drohnen, Flugtaxis, Hubschrauber und Flugzeuge kontrolliert im gleichen Luftraum bewegen. Die EU hat hierzu bereits eine Richtlinie erlassen, die genau das regelt. Sie tritt am 23. Januar 2023 in Kraft. Wie das Management des Luftverkehrs unter solchen Umständen funktionieren soll, haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Forschungsflughafen Cochstedt bei Magdeburg praktisch erprobt.

Unter dem Dach des Projekts „CORUS-XUAM“ testeten die Forscher mit einer „Volocopter“-Frachtdrohne und einem DLR-Hubschrauber verschiedene Einsatzszenarien, wie sich schon in naher Zukunft über unseren Städten abspielen könnten. „CORUM-XUAM“ steht für „Concept of Operations for European UTM systems – Extensions für urban air mobility“. Ziel war, zu lernen, wie sich Drohnen und Hubschrauber am besten aus dem Weg gehen und wie eine Luftverkehrskontrolle funktionieren für beide funktionieren kann. Neben dem DLR waren auch die Deutsche Flugsicherung DFS, deren Dienstleistungstochter Droniq und der Lufttaxi-Hersteller Volocopter beteiligt. 

Selbstfliegende Drohne macht Rettungsdienste effizienter

Noch vor wenigen Jahren befanden sich die Entwickler von Drohnen in einer modernen Version des Wilden Westens, da es keine klaren Richtlinien oder Vorschriften gab.

Ein besonderer Luftraum für Drohnen 

Die Luftverkehrskontrolle oder Flugsicherung von heute steht auf zwei Säulen. Die eine Säule ist ein umfangreiches Regelwerk für den Luftverkehr, das Flugwege, Flughöhen, Start- und Landeverfahren, aber auch Ausweichregeln vorschreibt. Die zweite Säule ist der ständige Funkkontakt zwischen den Piloten und den Fluglotsen am Boden. Allerdings stößt dieses System an seine Grenzen. Viele Drohnen sind zu klein und fliegen zu tief, um von Überwachungsradars erfasst zu werden. Außerdem werden es immer mehr. Zudem werden viele Drohnen autonom unterwegs sein. Das erfordert ein stark automatisiertes Flugleitsystem, das die herkömmliche Flugsicherung ergänzt und in die extrem niedrigen Höhenbereiche ausdehnt. 

Das DLR und europäische Partner arbeiten am so genannten „U-Space“. In dem sollen Drohnenflüge vom Start bis zur Landung am Zielpunkt automatisiert geführt werden. Ein U-Space ist ein abgegrenzter Bereich im unteren Luftraum von unter 120 Metern über einem städtischen Umfeld. In ihm werden sowohl Drohnenflüge als auch die von Lufttaxis, Hubschraubern oder Flugzeugen überwacht und koordiniert. Das soll, ähnlich wie heute schon, sicherstellen, dass ein Rettungshubschrauber jederzeit passieren kann.

Service-Provider

In den U-Spaces sollen primär kommerzielle und industriell genutzte Drohnen fliegen. Die Koordination eines U-Spaces übernimmt ein U-Space-Service-Provider. Über den können die Nutzer ihre Flüge anmelden und den den Flug selbst überwachen. Hier bekommen sie die Flugfreigabe und eine sichere Flugroute. 

Der U-Space-Service-Provider bietet folgende Dienste:

• Identifizierung der Drohne, die mit einem elektronischen Nummernschild ausgestattet wird und ihre Position sendet.
• Genehmigung, Flugfreigabe und Routenplanung.
• Informationen über den aktuellen Verkehr und etwaige Flugbeschränkungen im U-Space. 

„Wir übernahmen bei den CORUS-XUAM-Flugversuchen in Cochstedt im Detail die Bereitstellung eines U-Space-Dienstes, der sowohl in der Planungsphase als auch während des aktiven Fluges Routenkonflikte eines Flugtaxis erkennen und auflösen kann“, sagte Karolin Schweiger vom DLR-Institut für Flugführung. „Dadurch wird sichergestellt, dass das Flugtaxi auch während es in der Luft ist, sicher mit spontan aufkommenden und unvorhersehbaren Verkehrsteilnehmern wie Rettungshubschraubern interagieren kann.“

Urbane Szenarien im Flugversuch 

Die DLR-Wissenschaftler stellten in Cochstedt zwei Szenarios nach. Das eine simulierte eine Verbindung zwischen der Innenstadt von Frankfurt und dem Rhein-Main-Großflughafen. Das zweite Szenario bildete eine Drohnenflug-Verbindung zwischen dem London City Airport und London-Heathrow nach. Für beide Szenarien hatten die Experten Positionen festgelegt, die verschiedene Vertiports darstellen sollten. Anmeldung, Freigabe, aber auch Planung der einzelnen Flugrouten erfolgten über den digitalen Verbunds des U-Space-Dienstes. Teil der Flugversuche waren auch Ausweichszenarien, etwa für den Fall, dass ein Rettungshubschrauber den U-Space durchfliegen oder dort landen muss.

Kurskorrekturen

Den Part des Rettungshubschraubers übernahm dabei ein echter Hubschrauber des ADAC. In den einzelnen Szenarien testeten die Wissenschaftler dann unterschiedliche Reaktionsmöglichkeiten. Im „Frankfurt“-Szenario musste die Volocopter-Drohne dem Hubschrauber durch automatische Kurskorrektoren ausweichen. Über dem virtuellen London verfolgten die Forschungsteams einen anderen Ansatz. Dieses Mal ließen sie die Drohne langsamer fliegen, um Abstand zum normalen Luftverkehr zu halten oder wiederum einem Hubschrauber auszuweichen. Eine geringere Fluggeschwindigkeit hilft auch, wenn es darum geht, Verzögerungen am Ziel aufzufangen. 

Europäische U-Spaces

Die Versuche am Forschungsflughafen Cochstedt sind Teil einer ganzen Reihe von ähnlichen Versuchen in ganz Europa. In Deutschland gab es bereits andere Großversuche mit einem U-Space. Ein Beispiel ist ein Großversuch über dem Hamburger Hafen. Zwischen Mai 2021 und November 2021 führten die DFS und Droniq zusammen mit Partnern aus Hamburg ein U-Space-Reallabor durch. Beteiligt waren etwa die Hamburg Port Authority, Hamburg Aviation und die städtische Wirtschaftsbehörde. Ähnlich wie in Cochstedt sollten die für einen U-Space wichtigen Dienste unter realen Bedingungen erprobt werden. Über einem 30 Quadratkilometer großen Abschnitt des Hamburger Hafen verkehrten also erstmals Drohnen entsprechend den Anforderungen der Europäischen Agentur für Flugsicherheit EASA. Die Ergebnisse fließen dann in die Ausgestaltung realer U-Spaces über unseren Städten ein. 

Foto oben: Eine Drohne bei einem Flug im Rahmen des U-Space-Reallabors Hamburger Hafen.