OBeLiSK optimiert den Einsatz hochfliegender Pseudo-Satelliten

11.02.2021.- Ein Team aus Leichtwerk Research GmbH, Unisphere GmbH, der DFS Deutsche Flugsicherung GmbH, dem Deutschen Wetterdienst und der TU Braunschweig, Institut für Flugführung hat sich im Projekt OBeLiSk zum Ziel gesetzt, erstmals ein operationelles Betriebskonzept zur sicheren und effizienten Luftraumintegration von HAPS (High Altitude Pseudo Satellites) zu entwickeln und zu validieren. Damit soll der Einsatz zur flächendeckenden Versorgung mit Informationen aus großen Höhen ermöglicht werden. Das Projekt OBeLiSk wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Unter HAPS verstehen Experten ein unbemanntes Luftfahrzeug, das in der Stratosphäre unterwegs ist. HAPS sind vollautomatische Systeme und sind – vereinfacht gesagt – Satelliten, die sich deutlich näher an der Erde bewegen. Aufgrund ihrer hohen örtlichen Verweilfähigkeit als auch der Nähe zur Erde können HAPS zu Beobachtungszwecken oder für Telekommunikationsanwendungen eingesetzt werden. So liefern diese Tag und Nacht wichtige Erkenntnisse - zum Beispiel für Such- und Rettungseinsätze, für die Katastrophenhilfe, zur Überwachung von umweltrelevanten Ereignissen oder für die Landwirtschaft. HAPS können außerdem einen flexiblen und effizienten Beitrag zur flächendeckenden Versorgung des 5G-Mobilfunknetzes leisten. 

Die besonderen Flugleistungen der HAPS hinsichtlich Geschwindigkeit, Steig- und Sinkraten sowie die lange Flugdauer erfordern eine sorgfältige und gründliche Flugplanung. Besondere Herausforderung sind jedoch wechselnde Wetterbedingungen, die eine kontinuierliche und effiziente Optimierung der Routenplanung während des Fluges erfordern. Für diese Aufgabenstellung wollen die Projektpartner Konzepte, Verfahren und Regeln für den dynamischen Betrieb von HAPS entwickeln. Besondere Berücksichtigungen finden dabei die Anforderungen des Betreibers an die Routenplanung und -optimierung, sowie die Optimierung am Arbeitsplatz der Fluglotsen. Diese sogenannten „Mensch-Maschine-Schnittstellen“ verbessern die Zusammenarbeit zwischen digitaler Technik und dem Flugsicherungspersonal.

 „Mit dem Projekt OBeLiSK wollen wir eine Möglichkeit der Flugplanung, die einerseits den Anforderungen an Stabilität und Verlässlichkeit Rechnung trägt, aufzeigen. Zum anderen ermöglichen wir erstmals die automatische Verhandlung von Flugplänen von HAPS mit der Flugsicherung“ So Thomas Krüger, von Leichtwerk Research in Braunschweig. „Diese Entwicklungen sind elementar für den wirtschaftlichen und sicheren Betrieb von HAPS in der Zukunft“ so Krüger weiter.

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Die DFS Deutsche Flugsicherung GmbH ist ein bundeseigenes, privatrechtlich organisiertes Unternehmen mit rund 5.600 Mitarbeitern (Stand 30.06.2020). Die DFS sorgt für einen sicheren und pünktlichen Flugverlauf. Die rund 2.200 Fluglotsen leiten täglich bis zu 10.000 Flüge durch den deutschen Luftraum, im Jahr mehr als drei Millionen. Deutschland ist damit das verkehrsreichste Land in Europa. Ziel der Aktivitäten im Projekt OBeLiSk ist die Erstellung eines Betriebskonzepts zur reibungslosen Integration von HAPS in den deutschen Luftraum. Dieses wird mittels Realzeitsimulation am Ende des Projekts validiert.

Die Leichtwerk Research GmbH mit Sitz in Braunschweig ist ein Dienstleister für anspruchsvolle Forschungs- und Entwicklungsprojekte auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrttechnik. Das Spektrum der Themen umfasst dabei die Entwicklung und den Bau von bemannten und unbemannten Luftfahrzeugsystemen, innovativen Leichtbaustrukturen, sowie die Erarbeitung von Flugbetriebsverfahren und Mensch-Maschine-Schnittstellen. Das Ziel im Projekt OBeLiSk ist die Entwicklung und Validierung eines Kontrollzentrums für HAPS zur Planung, Verhandlung und Überwachung von abgestimmten Flugplänen. 

Der Deutsche Wetterdienst ist eine Bundesbehörde und dem Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) nachgeordnet. Im Bereich der Luftfahrt obliegt dem DWD die meteorologische Sicherung des Flugverkehrs in Deutschland. Innerhalb dieses komplexen Aufgabengebiets werden meteorologische Vorgänge erfasst, analysiert und vorhergesagt. Dazu betreibt der DWD ein umfangreiches meteorologisches Beobachtungssystem und ein Rechenzentrum zum Betrieb seiner numerischen Wettervorhersagemodellkette. Diese Infrastruktur ermöglicht es dem DWD auf die Anforderungen der verschiedenen Luftfahrtnutzer zugeschnittene Produkte anzubieten. Zur Erweiterung des Produktportfolios für Drohnennutzer soll u.a. dieses Projekt dienen.

Die Unisphere GmbH hat sich auf Flugwegvorhersagen für HAPS, Lufttaxis und Drohnen spezialisiert. Das Team von Unisphere unterstützte Solar Impulse bei der ersten erfolgreichen Weltumrundung mit einem Solarflugzeug. Das Ziel von Unisphere ist eine Flight Management Platform zur Flugwegoptimierung von HAPS. Dazu werden aktuelles Wetter, Wettervorhersagen, Luftraumstruktur sowie detaillierte Flugleistungsmodelle für unbemannte Systeme integriert. Mittels simulierter 4D-Trajektorien und in der Software abgebildeten Pilotenwissen lassen sich HAPS hochautomatisiert und wirtschaftlich betreiben.

Das Institut für Flugführung (IFF) der Technischen Universität Braunschweig (TUBS) beschäftigt sich mit der Forschung und Lehre in den Bereichen Navigation, Luftverkehrsmanagement, Flugmesstechnik, Flugführungssysteme und -regelung. Das übergeordnete Ziel der Forschung am IFF ist die Entwicklung von Methoden und technischen Mitteln zur Unterstützung des Menschen bei der sicheren Abwicklung von Flugführungsaufgaben. Dies spiegelt sich in den Zielen des IFFs als Projektpartner beim OBeLiSk Vorhaben, die Interoperabilität zwischen HAPS und zukünftigen Flugsicherungskonzepten zu ermöglichen. Dazu werden Anforderungen an Flugsicherungskonzepte und HAPS formuliert, die einen sicheren und effektiven Betrieb von HAPS ermöglichen sollen. Im weiteren Projektverlauf werden entsprechende Konzepte und die dazu notwendigem Mensch-Maschine-Schnittstellen prototypisch implementiert und anhand von Demonstratoren validiert.