Erstmals erforschen autonome Flugroboter das Klima der Antarktis

Das eingesetzte meteorologische Miniflugzeug (M²AV) ist ein am Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme (ILR) der Technischen Universität Braunschweig entwickelter Flugroboter (unmanned aerial vehicle (UAV) „Carolo“ T 200), der mit meteorologischen Messinstrumenten ausgestattet ist.

In Kooperation mit dem British Antartic Survey (BAS) wurden mit dem M²AV von Januar 2007 bis Januar 2008 erfolgreich die ersten Messflüge in der Antarktis durchgeführt.

Bis auf den Start und die Landung, die funkgesteuert durchgeführt werden, agiert das M²AV völlig autonom. Die Flugroute kann im Voraus am Computer mittels einer digitalen Landkarte festgelegt werden. Während der Flugzeit von 45 Minuten fliegt das UAV 15 bis 300 Meter über dem Boden. Auf den rund 50 Kilometern, die pro Flug zurückgelegt werden können, kann das Miniflugzeug pro Sekunde 100 Messungen vornehmen. Der Flugroboter mit einer Spannweite von zwei Metern wiegt sechs Kilo und wird mit Hilfe einer Startleine gestartet, wie bei klassischen Modellflugzeugen.

Der Braunschweiger Meteorologe Dr. Thomas Spieß vom ILR war 12 Monate auf der britischen Forschungsstation Halley auf dem Brunt Ice Shelf für die Messflüge mit dem unbemannten Flugroboter verantwortlich. Das BAS hat ein autonomes UAV „Carolo“ T 200 und ein M²AV vor der gemeinsamen Expedition vom ILR erworben. Spieß hatte noch zwei weitere M²AVs im Gepäck, mit denen er für das ILR eigene Experimente durchgeführt hat.

m Rahmen des Schwerpunktprogramms 1158 „Antarktisforschung“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) sammelte das Braunschweiger Miniflugzeug Daten zur Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Windgeschwindigkeit in den unteren Luftschichten über der Antarktis, die zurzeit am ILR ausgewertet werden. „Unsere Daten dienen der Grundlagenforschung, sie geben Auskunft über den Energieaustausch zwischen Boden und unteren Luftschichten, langfristig werden die Ergebnisse auch Rückschlüsse auf den Klimawandel zulassen“, so Dr. Thomas Spieß.

Die klimatischen Bedingungen der Antarktis waren für die Miniflugzeuge eine besondere Herausforderung. Nach zehn Monaten Vorbereitung im ewigen Eis gelang am 30. Oktober 2007 der erste erfolgreiche unbemannte Messflug. Bis zum Dezember 2007, im kurzen antarktischen Sommer, folgten 20 weitere Messflüge. Besonders zeitintensiv war die Vorbereitung des Einsatzes für die extremen klimatischen Bedingungen. Die Miniflugroboter konnten nur eingesetzt werden, wenn es wärmer als minus 30 Grad war, sonst froren die Akkus und die Startleine ein, obwohl beide vorgewärmt wurden.

„Die Vorteile, Messungen mit UAVs vorzunehmen sind enorm“, so Spieß. Sie können dort eingesetzt ist, wo es gefährlich und unwegsam ist. Die Messungen können flächendeckend durchgeführt werden und sind kostengünstig, da die kleinen Flugroboter immer wieder zurückkehren. Am ILR wird das Trägerflugzeug „Carolo“ zurzeit weiter entwickelt. Als nächste Herausforderung soll „Carolo“ Hindernisse selbstständig erkennen und ihnen ausweichen. „Damit wollen wir die Einsatzmöglichkeiten autonomer Miniflugzeuge noch ausbauen“, so der Institutsleiter des ILR, Professor Peter Vörsmann.

Das BAS ist auf jeden Fall vom ersten Einsatz der Flugroboter ganz begeistert. „Die Zukunft der autonomen Erforschung der Atmosphäre hat begonnen“, urteilt Dr. Phil Anderson vom BAS. Gemeinsames Ziel vom ILR und BAS ist es, dass die autonomen Flugroboter auch im langen antarktischen Winter eingesetzt werden können, da zu dieser Jahreszeit bislang noch keine flächendeckenden Messungen möglich sind.

Kontakt
Dr. Thomas Spieß
Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme
Technische Universität Braunschweig
Tel.: 0531/391-9977
E-Mail: t.spiess@tu-braunschweig.de
Dr. Jens Bange
Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme
Tel.: 0531/391-9973
E-Mail: j.bange@tu-braunschweig.de