Bei den Olympischen Spielen 2024 in Paris können sich Besucher wie Teilnehmer erstmals von Flugtaxis zu den Spielstätten bringen lassen. Das werden ganz moderne Geräte sein, die senkrecht starten, darum werden die Anlagen mit der Start- und Landezonen auch „Vertiports“ genannt, also vertikale Flugplätze. Damit solch einen Flugbetrieb reibungslos abläuft und die Fluggäste sich sicher fühlen dürfen, bedarf es einer guten Luftüberwachung. Das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) in Wachtberg arbeitet gerade an solch einem System. Das steckt zwar noch im Stadium von Konzepten und Simulationen, doch die Tür in die Zukunft ist aufgestoßen.

Bei der Luftüberwachung eines Vertiports hat die Technik ganz schön viel zu tun, vor allem wenn Drohnen und Multikopter gleichzeitig starten oder landen sollen. Die Wachtberger Forscher haben dazu ein volldigitales Sensornetzwerk inklusive Radarsensor ausgetüftelt, das den Flugverkehr an solchen Vertiports hochgenau verfolgen kann. „Das System kombiniert aktive und passive Sensoren, die vollständig autonom funktionieren, sich selbst miteinander vernetzen und gemeinsam den gesamten Start- und Landeplatz abtasten“, erklärte ein Sprecher von Fraunhofer.

Drohnen sind im Alltag angekommen

Drohnen und Multikopter sind längst Alltag. Katastrophenschutz, Feuerwehr, Brückeninspektoren nutzen sie. Und es gibt immer mehr Aufgaben für diese unbemannten Luftfahrzeuge, die in der Fachsprache Unmanned Aerial Vehicles, also UAV, genannt werden, zu bewältigen haben. So hat der Heinen-Verlag, der auch die Bonner Rundschau herausgibt, schon im Jahr 2017 ein Forschungsprojekt zur drohnengestützten Zustellung von Presseprodukten initiiert, aus der die Aro Technologies GmbH entstand. Vermessungen und Sicherheitsanwendungen sind inzwischen das Hauptthema dieses 2020 gegründeten Unternehmens.

Auch bei den Olympischen Spielen wird es um Auslieferungen per Drohne gehen. Vor allem die Paketzustellung soll durch die Luft erledigt werden, aber erstmals geht es auch um den Transport von Passagieren in Flugtaxis. Je ein Fluggast soll in einem Lufttaxi Platz haben, und das muss noch von einem menschlichen Piloten gesteuert werden. Bis diese Taxis autonom fliegen dürfen, werden noch ein paar Jahre ins Land gehen, schätzt selbst der Fraunhofer-Sprecher: „Die gesellschaftliche Akzeptanz vorausgesetzt.“

Noch ein Fachbegriff: „Electrical Vertical Takeoff and Landing“-Systeme, also elektrische Systeme zum vertikalen Starten und Landen werden von Fachleuten kurz „eVTOL“ genannt. Die Systeme können auf Dächern, in Bahnhöfen, Parkplätzen oder anderen urbanen Strukturen integriert werden.

Sensoren vernetzen sich selbst

Aber was soll die Wachtberger Technik können? Das modulare, volldigitale Sensornetzwerk samt Radarsensor muss sich beliebig an die Größe des jeweiligen Vertiports anpassen können. „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“, erläutert Oliver Biallawons, Wissenschaftler der interdisziplinären Kompetenzgruppe „Civil Drone Systems“ am Fraunhofer FHR in Wachtberg-Villip, beim Blick in die Zukunft: „Jeder Sensor verfügt im Sinne von Edge Computing über eine eigene Recheneinheit und kennt den Standort des anderen im Netzverbund. Die Sende- und Empfangsaufgaben werden auf die einzelnen Sensoren verteilt, die sich hierbei untereinander abstimmen.“

In der Praxis tasten alle Sensoren, die am Boden angebracht sind, gemeinsam den gesamten Start- und Landeplatz ab, ebenso den darüber befindlichen Luftraum. Das Netzwerk entscheidet selbst, welcher Sensor aktiv senden soll und welcher bloß passiv empfangen. Fällt einer aus, funktioniert das Netz dennoch einwandfrei, gibt Biallawons als Devise aus.

Kommuniziert wird drahtlos

„Der Schlüssel zur Selbstorganisation und dezentralen Verarbeitung des Netzwerks ist die Verbindung der einzelnen Knoten über drahtlose Kommunikationskanäle, die in das Radarsignal integriert werden“, verriet Fraunhofer. Die gesamte Technik solle so ausgelegt werden, dass sie problemlos in eine Telekommunikationsinfrastruktur eingebunden werden könne. „Wir werden das Kommunikationssignal vollständig in die Radarwelle integrieren und keine separaten Kanäle für Radar und Kommunikation verwenden“, kündigte Biallawons an. Dies werde ein Meilenstein der Technik.

Das Radarnetzwerk, von den Forschern „Civil Drone Systems (CDS) Network“ genannt, kann jedenfalls anders als bisherige Test-Überwachungssysteme, die auf Mobilfunk basieren, auch solche Fluggeräte erkennen, die kein Kommunikationsgerät wie einen Chip oder ein Tag an Bord haben.

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Von

Manfred Reinnarth

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Künstliche Intelligenz ist integriert, um Hindernisse in der Ein- und Ausflugsschneise rechtzeitig zu erkennen und auch zu klassifizieren. „Das heißt, das System ist in der Lage, Objekte wie etwa Bäume, Vögel oder Drohnen zu unterscheiden“, so Biallawons: „Das Radarnetzwerk erkennt sogar die Größe einzelner Drohnen und registriert, mit wie vielen Rotoren diese jeweils ausgestattet sind.“

Das System wird laut Fraunhofer strahlungsarm arbeiten und komme nicht nur für Vertiports infrage. Es könne künftig auch Korridore überwachen, auf denen sich Transportdrohnen durch Städte bewegten. Noch ist das alles zum größten Teil Zukunftsmusik, aber die Zukunft kann schnell da sein.