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Wissen & Umwelt

Wenn der Pilot am Boden bleibt

Unbemannte Flugzeuge setzt bisher vor allem das Militär ein. Sie würden sich auch für viele zivile Anwendungen eignen. Wie aber stellt man sicher, dass sie bemannten Fliegern nicht in die Quere kommen?

Der Volksmund und die Medien nennen sie "Drohnen": Flugzeuge, die ohne Menschen an Bord fliegen. Ingenieure und Entwickler mögen diesen Begriff aber nicht, denn Drohnen sind eigentlich männliche Honigbienen. Einerseits ist das Wort ihnen zu gewaltlastig, weil Bienen stechen können, andererseits zu unpräzise.

Profis sprechen lieber von "unbemannten Luftfahrzeug-Systemen", kurz UAV-Systemen. Denn zu einem komplexen System gehört viel mehr als nur ein Flugzeug, das sich selbst lenkt. "Zum System wird es dadurch, dass über eine Funkverbindung Daten zwischen dem Flugzeug und der Bodenstation ausgetauscht werden, in der der Pilot sitzt, der das Flugzeug steuert oder führt", erklärt Dirk-Roger Schmitt vom Institut für Flugführung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt.

Keinesfalls führungslos

Auch ein unbemanntes Flugzeug hat also einen Piloten. Er trägt die Verantwortung dafür, dass es keine Unfälle gibt, und muss im Notfall eingreifen. Das tut er allerdings nicht wie ein Sportpilot mit einem Steuerknüppel. Stattdessen gibt er Wegepunkte und Koordinaten in den Autopiloten ein, der dann das eigentliche Fliegen übernimmt.

Eine Drohne vom Typ Tactical Reconnaissance TR-170 KZO (Foto: Wolfgang Kumm dpa/lbn)

Auch unbemannte Flieger können sehen - mit Sensoren

"Das ist heutzutage auch nicht sehr viel anders in den großen Verkehrsflugzeugen, die ja über große Strecken auch vollautomatisch mit dem Autopiloten geflogen werden", sagt Luftverkehrsexperte Schmitt.

Der Autopilot errechnet seine Position aus einer Fülle von Daten: Er verfügt über Kreiselsysteme, die die Lage des Flugzeugs im Raum erkennen, über einen Kompass, Höhenmesser, Geschwindigkeitsmesser und Satellitennavigation, also GPS.

Unbemannte Flugzeuge, die sich über mehrere hundert Kilometer von der Bodenstation entfernen, kontrolliert der Pilot aber nicht mehr über Funk, sondern über eine Satellitenverbindung. Denn die funktioniert auch dann noch, wenn der direkte Funkkontakt abbricht.

Hindernisse erkennen und ihnen ausweichen

Nur eins kann der Pilot eines unbemannten Flugzeugs nicht: aus dem Cockpit herausschauen. Und das ist ein rechtliches Problem, denn in der Luftfahrt gilt die Regel: "See and avoid!" Auf Deutsch: "Sehen und ausweichen". Der Pilot muss die Augen aufhalten und Kollisionen mit anderen Flugzeugen vermeiden.

Tower der Deutschen Flugsicherung (DFS) am Flughafen in Frankfurt am Main arbeitet ein Techniker (Foto: Mario Vedder/dapd)

Der Pilot eines UAVs muss ständig im Kontakt zum Tower des nächsten Flughafens stehen

Aber auch dafür gibt es eine Lösung, so Schmitt: Verkehrsrechtler diskutieren die Möglichkeit, die Anforderung "see and avoid" anzupassen in ein "detect and avoid", also in "erkennen und ausweichen". Das Flugzeug kann also Hindernisse auch mit Sensoren aufspüren. Zum Beispiel mit optischen oder Infrarot-Kameras oder einem Bord-Radar.

Auch sind viele Verkehrsflugzeuge mit ADSB-Transpondern ausgestattet. Das sind Sender, die eine Kennung an andere Flugzeuge funken. Sie enthält Informationen über Flughöhe, Position und Geschwindigkeit. "Wenn das Flugzeug so etwas empfängt und an den Piloten am Boden weiterleitet, könnte der sich ein Lagebild über die Umgebung machen", so der DLR-Forscher. Das sieht dann so ähnlich aus wie ein Radarbild.

Zur Pflichtausstattung großer Verkehrsflugzeuge gehört ohnehin das Kollisionsvermeidungssystem TCAS. Sind zwei Flugzeuge auf Kollisionskurs, entscheidet der Computer blitzschnell, welches der beiden steigen und welches sinken soll. Dann gibt es beiden Piloten eine entsprechende Anweisung.

Bei einem unbemannten Flugzeug, das mit TCAS ausgestattet wäre, würde dann allerdings nicht der Pilot in der Bodenstation den Ausweichbefehl ausführen, sondern der Autopilot, denn es kann immer sein, dass die Funkverbindung zum Boden gerade nicht funktioniert.

Ein unbemannter Helikopter fliegt ein Gelände ab und kartografiert dreidimensional die Umgebung (Foto: DLR)

Ein kleiner DLR-Helikopter kartografiert dreidimensional ein unübersichtliches Gelände

Für Großveranstaltungen und Chemieunfälle

Obwohl es viele technische Lösungen gibt, sind bisher kaum zivile unbemannte Flugzeuge in der Luft. Der Grund: Die Zulassungsverfahren sind kompliziert und langwierig, denn die Hersteller müssen zuerst nachweisen, dass die UAV-Systeme genauso sicher sind wie bemannte Flugzeuge.

Der hohe technische Aufwand macht das unbemannte Fliegen noch immer sehr teuer. Bemannte Flugzeuge sind viel billiger. Deshalb gibt es nicht-militärische UAVs derzeit auch nur für Nischenanwendungen. Zum Beispiel startet die Europäische Raumfahrtagentur ESA dieses Jahr ein Versuchsprojekt zur Erprobung von satellitengestützten UAV-Steuerungen über dem Mittelmeer.

Ein Oktokopter im Flug (Foto: DLR)

Solche Oktokopter können mit Sensoren beispielsweise Schadstoffe aufspüren

Aber Ideen gibt es allerhand, vor allem für Polizei, Feuerwehr und Katastrophenschutz. UAVs könnten zum Beispiel Großveranstaltungen und Staus überwachen oder Vermisste suchen.

Einsetzen ließen sie sich auch nach einem Erdbeben, sagt Dennis Göge, Programmkoordinator in der DLR-Sicherheitsforschung: wenn es für Einsatzkräfte gefährlich wird. Mit UAVs könne man aus der Luft gut erkennen, wo man Einsatztrupps noch hinein- und herauslotsen kann oder wo Menschen Hilfe brauchen. Und die fliegenden Geräte könnten auch Schadstoffwolken vermessen, sagt Göge: "Bei radioaktiven, biologischen oder chemischen Belastungen möchte ich keinen Piloten da hineinschicken. Ich möchte Leib und Leben schützen."

Oktokopter für Naherkundung

Kleine und nur wenige Kilogramm leichte Flugroboter sind für zivile Anwendungen ideal: Mit Oktokoptern, das sind Hubschrauber mit acht Rotoren, kann zum Beispiel die Bergwacht Vermisste in unwegsamem Gelände suchen. Energieversorger hoffen, irgendwann ihre Hochspannungsleitungen mit Flugrobotern regelmäßig kontrollieren zu können. Bisher brauchen sie dafür Hubschrauber.

Kleine, handliche Fluggeräte wird es in Zukunft vermutlich viel häufiger geben als richtig große Flugzeuge, die aus über 10.000 Metern Flughöhe Aufklärung betreiben. Doch es kommen auch rechtliche Fragestellungen ins Spiel, die viel schwieriger zu lösen sind als die technischen Aspekte der Kollisionsvermeidung.

Ein Beispiel ist der Datenschutz: "Darf man sich irgendwann mit einem unbemannten System über Deutschland aufhalten und permanent sehr hoch aufgelöste Daten aufnehmen?", fragt sich der Sicherheitsexperte Göge. Das glaube er eher nicht.

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