Forscher bei EADS messen Winde vor dem Flugzeug

Forscher von EADS Innovation Works, dem Forschungszentrum des Unternehmens, arbeiten an einem System, das Turbulenzen und Böen schon erkennt, bevor das Flugzeug in sie hinein fliegt. Es beruht auf dem LIDAR-Sensor-Prinzip. LIDAR bedeutet "LIght Detection And Ranging", es geht also um das Entdecken von Hindernissen und das Messen der Entfernung mit Hilfe von Licht.

Dazu strahlt der von EADS Innovation Works konzipierte LIDAR-Sensor ultraviolette (UV) Lichtimpulse aus, mit einer typischen Rate von 60 Hertz, die von den Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen in der Luft gestreut werden. Insgesamt vier Strahlen messen so permanent den Luftbewegungsvektor 50 bis 200 Meter vor der Nase des Flugzeugs.

Kein Absacken in Luftlöchern – Höchstens eine Sekunde voraus

Im Falle von Turbulenzen ändert sich das Bewegungsprofil der Moleküle und damit die Signatur, die das System empfängt. Zukünftig könnte das LIDAR Daten an die Flugsteuerung schicken, die dann die Klappen in den Flügeln ansteuern würde, um entsprechend gegenzusteuern. "Wir werden die Signale an den Flugsteuerungsrechner senden, sodass das Flugzeug automatisch reagieren kann", sagt Dr. Nikolaus Schmitt von EADS Innovation Works. "Was unser LIDAR sieht, ist nämlich höchstens eine Sekunde voraus. Das reicht für eine Maschine, aber nicht für das menschliche Gehirn. Dafür messen wir aber die Luftströmung in dieser Entfernung vor dem Flugzeug mit großer Präzision, sodass das Flugzeug aufgrund unserer Vorinformation tatsächlich automatisch reagieren kann."

Auf diese Weise lässt sich nicht nur das plötzliche Absacken des Flugzeugs vermeiden (Clear-Air-Turbulenzen, sogenannte "Luftlöcher"). Das Flugzeug wäre mit so einem Frühwarnsystem auch weniger großen Belastungen ausgesetzt, da bei Luftturbulenzen starke Kräfte auf Rumpf und Flügel wirken.

Noch befindet sich das System in der Erprobung, und Nikolaus Schmitt schätzt, dass es in etwa zehn Jahren in Serie gehen könnte. Das LIDAR wurde auf einem Airbus A340 im Flug erfolgreich getestet. Derzeit denken die Forscher über die Miniaturisierung der Sensoren und die Integration in das Flugsteuerungssystem nach. Flugzeugbauer aus Europa und den Vereinigten Staaten sind an dieser neuen Technologie interessiert. Wer das System zuerst einsetzen wird, ist noch offen.

Wirbelschleppen erkennen und früher starten

Nicht nur für Luftlöcher könnte das System zukünftig verwendet werden, sondern auch für Wirbelschleppen (von Flugzeugen verursachte Turbulenzen). LIDAR könnte somit dazu beitragen, Position und Abstand von Flugzeugen zu den Wirbelschleppen zu messen, die startende Flugzeuge hinter sich her ziehen.

Normalerweise halten startende Flugzeuge einen vorgeschriebenen Abstand zueinander ein, um nicht in die Wirbelschleppe des Vordermanns zu geraten. Diese Abstände basieren jedoch nicht auf Echtzeitmessungen und können derzeit entsprechend den Vorgaben der einzelnen Behörden variieren. Wie Luftlöcher sind auch Wirbelschleppen für das bloße Auge nicht sichtbar. Mit LIDAR-Technologie ließe sich erkennen, wie weit die Schleppen wirklich reichen.

Auf diese Weise könnte der erforderliche Sicherheitszeitraum zwischen Starts und Landungen auf der Basis eines gemeinsamen globalen Standards in Echtzeit exakt festgelegt werden. Dadurch könnten zudem die Abstände an manchen Flughäfen reduziert und der Durchsatz erhöht werden. Derzeit untersuchen die Forscher von EADS Innovation Works, wie die Lichtimpulse ausgerichtet sein müssen, um ein vollständiges Bild von der Lage einer Wirbelschleppe zu erhalten.

Weitere Luftuntersuchungen durch LIDAR

LIDAR-Technologie könnte auch zum Einsatz kommen, um im Flug wichtige Daten wie Geschwindigkeit, Temperatur oder Dichte und Druck der Luft zu messen. Diese werden heute mit Hilfe verschiedener mechanischer Methoden ermittelt. Durch optische Datenerhebung stünde eine weitere Messmethode zur Verfügung, was durch zusätzliche Systemredundanz für mehr Sicherheit sorgt. Zudem könnten Partikel in der Luft, wie zum Beispiel Vulkanascheteilchen, erkannt und deren Konzentration bestimmt werden. Dies würde bei Vulkanausbrüchen den sicheren Betrieb in Gebieten mit geringer Aschekonzentration ermöglichen.