DLR erreicht Meilenstein bei hochfliegender Solarflugplattform HAP-alpha

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Einführung in die hochfliegenden Flugplattformen des DLR

Hochfliegende unbemannte Plattformen eröffnen neue Perspektiven im Bereich der Erdbeobachtung, Kommunikation und Umweltüberwachung. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeitet seit Jahren an der Entwicklung solcher Systeme, die langfristig in der unteren Stratosphäre in Höhen von bis zu 20 Kilometern operieren sollen. Diese hochfliegenden Solarflugzeuge sind besonders effizient und können verschiedenste Sensorsysteme tragen, um vielfältige Anwendungen – von Schifffahrtsüberwachung bis Katastrophenmanagement – abzudecken.

Das Projekt „HAP-alpha“ ist das Ergebnis dieses Engagements. Es handelt sich um eine innovative, solarbetriebene Plattform mit außergewöhnlich leichter Bauweise, die vom DLR entwickelt und am Standort Braunschweig gefertigt wird. Mit einer Spannweite von 27 Metern und einem Gesamtgewicht von nur 138 Kilogramm übertrifft HAP-alpha viele konventionelle Flugplattformen in Bezug auf Effizienz und Flexibilität.

Der Meilenstein: Standschwingungsversuch (Ground Vibration Test)

Ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur Flugfähigkeit von HAP-alpha war der kürzlich durchgeführte Standschwingungsversuch (Ground Vibration Test, GVT) am Nationalen Erprobungszentrum für unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt. Dabei wird das Schwingungsverhalten des Flugzeugs unter hohen Anforderungen analysiert und simuliert, um kritische mechanische Resonanzen zu identifizieren, die im Flug zu Instabilitäten oder gar strukturellen Schäden führen könnten.

Der erfolgreiche Abschluss des GVT stellt sicher, dass HAP-alpha den dynamischen Belastungen während des Flugs standhalten kann. Dies gilt insbesondere angesichts der sehr flexiblen und leichten Bauweise, die einerseits Effizienz und Einsatzdauer maximiert, andererseits aber auch empfindlicher gegenüber aeroelastischen Effekten ist.

Während des Tests wurden elektro-mechanische Anregungen an verschiedenen Stellen der Flugplattform angebracht. Hochauflösende Sensoren zeichneten die entstehenden Schwingungen auf, sodass präzise Modifikationen an den Simulationsmodellen vorgenommen werden konnten. Dieses Datenmaterial ist entscheidend, um Flugmanöver, Turbulenzen und Windböen realistisch abzubilden und die Steuerung der Plattform entsprechend anzupassen.

Bedeutung des GVT für die weitere Entwicklung

Der Standschwingungsversuch gilt als wichtige Voraussetzung für bevorstehende Flugversuche, die – abhängig von günstigen Wetterbedingungen – bereits im kommenden Jahr in niedriger Höhe starten sollen. Solche bodennahen Flugtestreihen ermöglichen erste grundlegende Manöver, die das Verhalten von HAP-alpha unter realen Bedingungen evaluieren und weiter verbessern werden.

Das DLR will mit HAP-alpha nicht nur ein robustes und langlebiges Fluggerät schaffen, sondern auch eine flexible Trägerplattform für modernste Sensorsysteme etablieren:

• Ein hochauflösendes Kamerasystem namens MACS-HAP (Modular Aerial Camera System High Altitude Platform) erlaubt detailreiche optische Erdbeobachtungen.
• Das High Altitude Platform Synthetic Aperture Radar (HAPSAR) ergänzt das Portfolio um Radaraufnahmen mit synthetischer Apertur, die auch bei schlechten Sichtverhältnissen hochwertige Daten liefern.

Innovationskraft und deutscher Technologie­standort

Das Engagement des DLR im Bereich hochfliegender Plattformen unterstreicht Deutschlands Rolle als Innovationsführer in der Luft- und Raumfahrt. Nach Aussage von Dr. Markus Fischer, Bereichsvorstand Luftfahrt am DLR, beweist das Projekt HAP-alpha die umfassende Systemkompetenz des Instituts – von der Konzeption über die Entwicklung bis zum Betrieb eines komplexen Luftfahrzeugs.

Diese Technologie soll nicht nur der Wissenschaft und Industrie dienen, sondern auch neue Formen der Zusammenarbeit und einen aktiven Wissensaustausch mit internationalen Partnern ermöglichen. Die erfolgreiche Integration erneuerbarer Energien und modularer Sensorsysteme in einer platformübergreifenden Architektur fördert nachhaltig wirtschaftliche und ökologische Vorteile.

Herausforderungen bei der Entwicklung der hochfliegenden Plattform

Die Konzeption von HAP-alpha umfasst viele technische Herausforderungen. Die Plattform muss extrem leicht gebaut sein, um mit den begrenzten solar bereitgestellten Energiequellen in der unteren Stratosphäre operieren zu können. Gleichzeitig sind Stabilität, Steuerbarkeit und Sicherheit im Flugvorgang unverzichtbar, besonders angesichts der potenziell stark variierenden Wind- und Wetterbedingungen in dieser Region.

Ein weiterer Fokus liegt auf der aeroelastischen Auslegung, bei der Tragflächen und Rumpf auf Schwingungsanfälligkeiten geprüft werden. Die flexible Bauweise führt oft zu komplexem Schwingungsverhalten, das sorgsam modelliert und getestet werden muss – hier liefert der Ground Vibration Test unverzichtbare Erkenntnisse.

Darüber hinaus stecken in den Sensorsystemen high-end Technologien, die den Betrieb in dünnerer Atmosphäre mit extremen Temperaturen ermöglichen müssen. Die Sammlung und Verarbeitung der erfassten Daten erfolgt zeitnah durch optimierte Auswertungsverfahren, die das DLR ebenfalls parallel entwickelt.

Ausblick: Flugerprobung und zukünftige Anwendungen

Mit dem erfolgreichen Standschwingungsversuch ist das DLR-Team zuversichtlich, die nächsten Entwicklungsschritte bald einleiten zu können. Die anvisierten ersten Flugtests in niedriger Höhe sollen wichtige Referenzdaten für weitere Anpassungen liefern. Erst danach strebt das Projekt einen Aufstieg bis zur angestrebten Flughöhe in der unteren Stratosphäre an, um dort langfristig Technologien und Sensoren zu erproben.

Die möglichen Einsatzgebiete von HAP-alpha und vergleichbaren Plattformen sind breit gefächert, unter anderem:

• Frühwarnsysteme bei Naturkatastrophen und Unwettern
• Langzeitüberwachung von Klima– und Umweltparametern
• Unterstützung von Kommunikationsinfrastrukturen in entlegenen Gebieten
• Verkehrs- und Schifffahrtsüberwachung

Im Rahmen der Nachhaltigkeit verspricht die solarbetriebene Plattform zudem emissionsfreie Flüge, die eine umweltfreundliche Alternative zu Satelliten oder großen bemannten Fluggeräten darstellen.

Fazit

Das DLR hat mit dem erfolgreichen Ground Vibration Test der hochfliegenden Solarplattform HAP-alpha einen entscheidenden Meilenstein erreicht. Die umfangreichen Bodentests schaffen die Grundlage für anstehende Flugerprobungen und bestätigen die innovative technische Auslegung der Plattform. Mit dieser Entwicklung wird Deutschland im globalen Wettbewerb um leistungsfähige, flexible und nachhaltige Erdbeobachtungs- und Kommunikationsflugzeuge eine Vorreiterrolle übernehmen.

Das Projekt trägt maßgeblich zum Aufbau von Zukunftstechnologien bei, die von Forschung über Industrie bis hin zum gesellschaftlichen Nutzen zahlreiche Synergieeffekte entfalten werden. Die nächste große Herausforderung wird nun der erfolgreiche Erstflug sein, der HAP-alpha endgültig als hochfliegende Plattform tauglich macht und die Tür zu neuen Anwendungen und Kooperationen auf internationaler Ebene öffnet.