18.12.2017

Die Bedeutung und auch der Einsatz unbemannter Luftfahrzeuge nehmen stetig zu. In Zukunft könnten Frachtflugzeuge zunehmend vom Boden aus gesteuert werden. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat sich im Projekt Unmanned Freight Operations (UFO) mit der Integration dieser Flugzeuge in den bestehenden Luftverkehr beschäftigt.

"Vom Boden aus gesteuerte Frachtflugzeuge bieten einige Vorteile", erklärt Dr. Annette Temme vom DLR-Institut für Flugführung. "Ihre Crews am Boden sind beispielsweise flexibler einsetzbar, da sie nicht an Bord von Langstreckenflügen mitreisen müssen, sondern das Fluggerät immer vom selben Ort aus bedienen können." So werden längere Flugzeiten und eine ausgewogene Verteilung der Arbeitsbelastung möglich.

Die DLR-Institute für Flugführung, Flugsystemtechnik, Kommunikation und Navigation, Luft- und Raumfahrtmedizin sowie die DLR-Einrichtung Lufttransportsysteme haben sich im Projekt UFO einer der wichtigsten Herausforderungen für den Betrieb der unbemannten Frachtflugzeuge angenommen: diese in den bestehenden, konventionellen Luftverkehr zu integrieren. Dafür erarbeiteten sie konkrete Lösungsansätze für den von der Flugsicherung kontrollierten Luftraum. So entstanden drei verschiedene Szenarien für die die Wissenschaftler neue Unterstützungssysteme, Verfahren und Technologien für Lotsen und Piloten entwickelten und validierten.

Die Szenarien

Die drei erarbeiteten Anwendungsszenarien umfassen den Transport von Werksgütern zwischen zwei Fabrikstandorten, den Langstreckenfrachttransport und den Hilfsgütertransport. Diese drei Beispiele unterscheiden sich vor allem in der Größe der eingesetzten Maschinen und der Länge der zurückzulegenden Strecken. "Die ausgewählten Szenarien decken ein breites Spektrum der verschiedener Fragestellungen der Integration in den Luftraum ab", erklärt Temme die Auswahl.

Neben den technischen Herausforderungen an Kommunikation, Navigation und Überwachung sowie der Zustandsüberwachung des unbemannten Luftfahrzeugs flossen auch Human-Factors-Aspekte in die Untersuchung ein. Hier entwickelten die Wissenschaftler Ideen zur Unterstützung der Bediener und Lotsen. "Zusätzlich fanden wir in einem Workshop mit der Deutschen Flugsicherung heraus, dass die Überwachungsaufgaben eines Piloten am Boden generell Ähnlichkeit zum heutigen Aufgabenspektrum eines Fluglotsen haben", berichtet Temme von den weiteren Ergebnissen.

Integration in den Luftraum

Die drei Szenarien ziehen bei der Integration in den Luftraum unterschiedliche Anforderungen nach sich. Für das Szenario des Hilfsgütertransports bietet sich als Überwachung ähnlich wie für bemannte Hilfsmissionen eine Separierung des Luftraums durch spezielle Korridore an. Hierbei werden die Luftfahrzeuge auf festgelegten Routen getrennt vom umgebenden Luftverkehr geführt. Beim Transport von Werksgütern kommt sowohl eine Zertifizierung und Zulassung für eine spezielle Transportaufgabe (EASA SORA SPECIFIC) als auch eine Integration in den konventionellen Luftverkehr in Betracht. Langstreckenfrachttransporte dagegen können nur in den konventionellen Luftverkehr integriert werden. Hier wäre eine sektorlose Führung denkbar, bei der ein Lotse unbemannte Flugzeuge über einen längeren Streckenabschnitt überwacht. Hierbei könnten speziell geschulte Lotsen die Betreuung der unbemannten Flugzeuge übernehmen, die mit einem Piloten am Boden in Kontakt stehen. Dieser führt die entsprechenden Anweisungen der Lotsen aus.

Integration am Flughafen

Im Flughafennahbereich werden die unbemannten Luftfahrzeuge unter Berücksichtigung ihrer spezifischen Anforderungen in die An- und Abflugsequenz eingegliedert. Insbesondere an hochfrequentierten Flughäfen sollen dem konventionellen Flugverkehr keine Nachteile durch die unbemannten Frachtflugzeuge entstehen. Hierzu erweiterten die Wissenschaftler die Lotsenunterstützungssysteme so, dass der Lotse Besonderheiten des unbemannten Luftfahrzeugs erkennen kann und testeten diese. In einem Beispiel wurde dabei auf etablierte Schleppvorgänge zurückgegriffen. Wie beim normalen Verkehrsflugzeug wird das unbemannte Frachtflugzeug durch die Bodenkontrollstation an den Schlepperfahrer übergeben, von der Landebahn  geschleppt, ent- und beladen, zur Startbahn geschleppt und dort an den Piloten übergeben.

"Das Projekt hat gezeigt, dass der unbemannte Langstreckenfrachttransport generell technisch und organisatorisch möglich ist", freut sich Dr. Annette Temme. Bis zur tatsächlichen Durchführung unbemannter Frachtflüge sind noch viele offene Fragen, wie beispielsweise die Festlegung der Verantwortlichkeiten für Aktivitäten, die bisher ein Pilot vor Ort durchgeführt hat, oder die Sicherheit des Kommunikationsdatenlinks, zu klären. Dann aber wäre ihr Einsatz in absehbarer Zeit umsetzbar.

Quelle: DLR

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Unmanned Freight Operations

Use of unmanned aircraft is steadily increasing, especially in the freight transport sector – and hey are becoming increasingly important. In future, freight aircraft could increasingly be controlled from the ground. The German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) Unmanned Freight Operations (UFO) project is investigating how to integrate these aircraft into the existing air transport system.

"Controlling freight aircraft from the ground has several benefits," explained Annette Temme from the DLR Institute of Flight Guidance. "For example, crews can be deployed more flexibly on the ground, as they do not need to actually travel on long-haul flights, but can operate the aircraft from a single location." This allows extended flight times and a more balanced distribution of workload.

In Project UFO, the DLR Institutes of Flight Guidance, Flight Systems, Communications and Navigationand Aerospace Medicine, together with the DLR Institute of Air Transportation Systems, accepted one of the key challenges for the operation of unmanned freight aircraft: to integrate these into the existing, conventional air transport system. To do this, they devised specific solutions for the airspace managed by air traffic control. This resulted in three different scenarios for which researchers then developed and validated new support systems, procedures and technologies for air traffic controllers and pilots.

The scenarios

The three application scenarios that were developed include freight transport between two manufacturing sites, long-haul freight transport and the transport of relief goods. These three examples primarily differ in terms of the size of aircraft used and the distances covered. Temme explains the selection: "The chosen scenarios cover a wide range of different airspace integration issues."

In addition to the technical challenges of communication, navigation and surveillance, as well as monitoring the condition of the unmanned aerial vehicle, the investigation also considered the human factor and developed ideas to help pilots and air traffic controllers. "During a workshop with Deutsche Flugsicherung, we discovered that the surveillance tasks of a pilot on the ground generally resemble the current remit of an air traffic controller," said Temme, reporting on the other results.

Integration into airspace

The three scenarios have different requirements in terms of airspace integration. For the transport of relief goods scenario, one surveillance possibility is to separate the airspace by means of special corridors, similar to those for manned relief missions. The aircraft are guided along fixed routes, separated from the surrounding air traffic. When transporting factory goods, both certification and authorisation for a special transport task (EASA SORA SPECIFIC) need to be considered, as well as integration into the air transport system. Long-haul freight transport, however, can only be integrated into conventional air transport system. In this case, sector-less guidance would be conceivable, whereby an air traffic controller monitors unmanned aircraft over a longer stretch of the route. Specially trained air traffic controllers could supervise the unmanned aircraft. These would be in contact with a pilot on the ground, who would carry out the air traffic controllers' instructions accordingly.

Airport integration

When approaching the airport, unmanned aircraft are integrated into the arrival and departure sequence, taking account of their specific requirements. At busy airports, in particular, conventional air traffic should not be adversely affected by unmanned freight aircraft. Researchers therefore enhanced and tested the air traffic control support systems so that air traffic controllers can recognise the characteristics of unmanned aircraft. In one example, they used established towing procedures. As with a normal commercial aircraft, the unmanned freight aircraft is handed over to the tractor driver by the ground control station, towed from the runway, unloaded and reloaded and towed back to the runway, where it is handed over to the pilot.

"The project has shown that unmanned long-haul freight transport is generally possible in technical and organisational terms," Temme was pleased to report. Until the actual implementation of unmanned freight flights, however, many open questions remain, such as determining responsibilities for activities that pilots have so far performed on site, or clarifying the security of the communication data link. But their use would then be feasible in the foreseeable future.

Quelle: DLR