Rauchfackel und Geofence-Illustration
Eine Drohne fliegt auf die Gefahrensituation zu, die bereits durch einen aufgespannten Geofence geschützt wird. Bild: DLR

Projekt: wie können sich Flugzeuge und Paketdrohnen den Luftraum teilen

Wenn zukünftig Paketdrohnen, Lufttaxis und weitere unbemannte Luftfahrzeuge in unseren Städten fliegen, teilen sie sich den Raum mit den bemannten Luftverkehrssystemen. Um einen sicheren und effizienten Betrieb zwischen den alten und neuen „Verkehrsteilnehmern“ im urbanen Raum zu gewährleisten, müssen viele Randbedingungen beachtet und geklärt werden. Genau damit beschäftigen sich die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen im Projekt City-ATM, in dem das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit externen Partnern ein Managementkonzept für den Luftraum entwickelt.

„Mit dem Projekt City-ATM demonstrieren wir mit externen Partnern ein dichtebasiertes Luftraummanagementkonzept. Es bietet die Grundlage, um die unterschiedlichsten Luftfahrzeuge optimal im Luftraum zu nutzen“, sagt Prof. Dirk Kügler, Leiter des DLR-Instituts für Flugführung.

Gefahr erkennen und beseitigen

Im Herbst 2020 fanden nun am Nationalen Erprobungszentrum für unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt Flugversuche mit dem City-ATM-System statt, bei denen getestet wurde, wie sich mehrere Drohnen beim Auftreten plötzlicher Gefahren sicher handhaben lassen. „Während sich drei Drohnen unserer Institute für Flugführung, Flugsystemtechnik und Kommunikation und Navigation bereits in der Luft befanden, wurde der Ausbruch eines Feuers mit Rauchbomben simuliert“, erklärt Dr. Alexander Kuenz vom DLR-Institut für Flugführung den Ablauf der Versuche. Der sich ausbreitende Rauch wurde von einer speziellen Drohne für Behörden und Organisationen mit Sicherungsaufgaben (BoS), betrieben vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme, entdeckt.

Drohne stoppt vor simulierter Gefahrenzone
Eine Drohne fliegt auf den durch Flatterband am Boden gekennzeichneten Gefahrenbereich zu und stoppt bordautonom am Rand des Geofences. Bild: DLR

Nachdem das Feuer so erkannt wurde, erstellte der Operator der BoS-Drohne eine Flugverbotszone um das Feuer herum und lud diese Information auf einen zentralen Server der Firma FlyNex hoch. „Über diesen Server erfuhr die Bodenstation für unsere Drohnen von der Gefahrenzone“, erklärt Kuenz. „Das Gebiet wurde in die interne Datenbank eingepflegt, in der auch der lokale Flugverkehr von der DFS bereits eingespeist ist. So wurde unter anderem eine Konflikterkennung und -vermeidung mit den kontrollierten Drohnen ermöglicht.“ Zusätzlich wurde den drei bereits in der Luft befindlichen Drohnen die Gefahrenzone mitgeteilt. Sie erkannten eigenständig, ob sie sich nahe der Gefahrenzone befanden, hielten sofort ihre Position und warteten auf neue Anweisungen von der Bodenstation. Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen konnten dann die Drohnen um die Verbotszone herumführen. Die Versuche verliefen erfolgreich und vielversprechend“, freut sich Kuenz.

Flüge an der Hamburger Köhlbrandbrücke

Seit 2018 arbeiten mehrere Institute des DLR an der sicheren Integration neuer Luftraumteilnehmer. So gab es bereits im Jahr 2019 Versuche an der Köhlbrandbrücke in Hamburg. „In diesen Flugversuchen gemeinsam mit unseren Partnern haben wir zeigen können, wie die Kooperation und Kommunikation von Drohnen im komplexen Umfeld einer städtischen Brücke schon heute funktioniert“, erklärt Kuenz. „Neben der Erprobung des Gesamtsystems in mehreren Flügen konnte auch die beispielhafte Erkennung feiner Risse erfolgreich demonstriert werden. Der Schiffs- und Straßenverkehr lief dabei weiter.“

100 virtuelle Drohnen

Drohnen der DLR-Forscher bei einer Versuchsanordnung
Alle bei den Versuchen beteiligten Drohnen der DLR-Institute für Optische Sensorsysteme , Flugführung, Flugsystemtechnik und Kommunikation und Navigation sowie der Firmen NXP und Kopter-Kraft vor dem Nationalen Erprobungszentrum für unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt. Bild: DLR
Das Projekt City-ATM läuft noch bis Ende 2021. In der nächsten Versuchskampagne sollen dann einige physikalische, also reale, Drohnen in einem komplexen, größtenteils virtuellen, Verkehrsszenario mit etwa 100 Drohnen bewegt werden. Die Führung erfolgt sowohl vom Boden als auch bordautonom. Bis dahin rüsten die Wissenschaftler die Drohnen noch mit weiterer spezieller Technik aus. Die Versuche sollen Mitte des Jahres 2021 durchgeführt werden.

Hier noch ein Video zu der spektakulären Versuchsanordnung:

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