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Die Fluggeräte FHS (Flying Helicopter Simulator) und SuperARTIS (Autonomous Research Testbed for Intelligent Systems)auf dem Vorfeld. Alle Abb.: © DLR

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Assistenzsystem unterstützt Piloten bei gemeinsamen Flügen von unbemannten und bemannten Hubschraubern. Solche Testflüge haben erfolgreich stattgefunden.

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Das unbemannte Fluggerät SuperARTIS bei der Landung auf einem Schiff. Es wurde vom DLR als ein ferngesteuertes Luftfahrzeug als RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) auch im Projekt MaRPAS im maritimen Bereich eingesetzt. Nach den Flugerprobungen zum Abschluss des Projekts MaRPAS an Bord der an ihrem Liegeplatz liegenden BP 21 »Bredstedt« im Hafen Hohe Düne sollen im Folgeprojekt MaRPAS 2, das für 2019 bis 2021 geplant ist, die weiterentwickelten Systeme auch auf See getestet werden.

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Verbandsflug von bemannten und unbemannten Luftfahrzeugen

 

Das Fliegen von zwei Luftfahrzeugen in einer Formation, beispielsweise bei Erkundungsflügen nach Naturkatastrophen, stellt für die Piloten beider Luftfahrzeuge immer eine besondere Herausforderung dar. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeitet an Lösungen, welche die Piloten entlasten und so einen Formationsflug von bemannten und unbemannten Hubschraubern erleichtern. Das so genannte »Fliegen im Verband« wurde nun in realen Flugversuchen mit dem Einsatz eines Assistenzsystems untersucht.

 

Die Flugversuche wurden mit dem FHS - das ist ein Piloten-gesteuerter modifizierter Eurocopter EC135 als Flying Helicopter Simulator - und dem superARTIS durchgeführt und dabei das kooperative Verhalten der Drohne erprobt. Der unbemannte Forschungshubschrauber SuperARTIS (Autonomous Research Testbed for Intelligent Systems) gehört ebenfalls zur DLR-Forschungsflotte. Bei den Flugversuchen wurden die Position- und Geschwindigkeitsdaten übermittelt, um so die gegenseitige situative Wahrnehmung zu verbessern. Mit im Einsatz war bei den Testflügen ein Assistenzsystem, das Piloten bei gemeinsamen Flügen von unbemannten und bemannten Hubschraubern unterstützt.

Während der Forschungsarbeiten wurden vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik drei mögliche Arten des Formationsfluges untersucht. Dazu gehören der Wegpunktmodus, die Relative Navigation und der Korridormodus. Bevor die realen Flugversuche stattfinden konnten, musste das System ausgiebig im Simulator getestet werden. Die Piloten des DLR erprobten das Assistenzsystem und die drei verschiedenen Modi im Hubschraubersimulator des Simulatorzentrums AVES (Air Vehicle Simulator) und bewerteten es. 

Den Anfang jedes gemeinsamen Teamflugs bildet der Pairing Modus. In diesem wird der Ausgangszustand für den Verbandsflug geschaffen: Die Luftfahrzeuge nähern sich einander an und bilden eine stabile Formation. Ist dies geschehen, kann der Pilot beispielsweise in den Wegpunktmodus schalten. Bei diesem fliegt das UAS (Unmanned Aircraft System) einen Pfad anhand von vorgegebenen Wegpunkten exakt ab. Der bemannte Hubschrauber folgt ihm manuell durch den Piloten gesteuert analog zu einem Formationsflug von zwei bemannten Hubschraubern.

Eine andere Möglichkeit ist die relative Navigation. Hierbei wird der unbemannte Hubschrauber relativ zum bemannten positioniert. Das UAS fliegt automatisch vorweg, passt aber sein Flugverhalten dem des bemannten Hubschraubers an und muss die Position selbstständig halten. Sinn und Zweck der relativen Navigation ist es, einen Flug im engen Verband zu ermöglichen. Dieser Flugmodus kann z. B. zur Entlastung der Besatzung bei Überführungsflügen eingesetzt werden. Wird eine solch enge Formation ohne ein Assistenzsystem geflogen, bedeutet das eine hohe Arbeitsbelastung für die Piloten, da die Position innerhalb des Verbandes immer manuell eingehalten und visuell kontrolliert werden muss.

Das von den Wissenschaftlern entwickelte Assistenzsystem übernimmt diese Aufgaben, indem das UAS die Position durch einen Algorithmus von selber hält und die UAS-Position zusätzlich durch ein Antikollisionsdisplay dargestellt wird.

Das dritte Szenario ist der so genannte Korridormodus. Dabei fliegt das UAS einen zuvor berechneten Flugpfad innerhalb eines Korridors ab, der bemannte Hubschrauber folgt ihm in sicherem Abstand. Der Pfad ist nicht so streng festgelegt wie der im Wegpunktmodus. Kommen sich in diesem Szenario bemannter und unbemannter Hubschrauber zu nahe, darf das unbemannte Luftfahrzeug innerhalb des vorgegebenen Korridors frei ausweichen. So können die Flugbewegungen auch entsprechend voneinander abweichen. Das Sagen hat auch in diesem Szenario der bemannte Hubschrauber. Damit die Arbeitslast für die Piloten möglichst klein gehalten wird, muss das UAS selbständig im Sichtbereich des bemannten Hubschraubers bleiben. Ist dies nicht möglich, schaltet das System automatisch in den Modus der relativen Navigation. Besonders in arbeitsintensiven Situationen soll durch diese Modi die Arbeitslast aufgrund des kooperativen Verhaltens des UAS deutlich reduziert werden. Außerdem ist das UAS in der Lage, im Falle einer kritischen Situation den Formationsflug automatisch zu beenden.

 

Zwei Modi im Flugversuch bewertet

 

Nach der Simulation stand den realen Flugversuchen auf dem Flughafen Magdeburg-Cochstedt nichts mehr im Wege. Der unbemannte superARTIS und der DLR-Forschungshubschrauber FHS flogen in mehreren Versuchen zwei der drei im Simulator erprobten Modi: den Wepunkt- und den Korridormodus.Die Erprobung der Modi lief praktisch reibungslos, und die Forscher konnten vor allem den vielversprechenden Korridormodus ausgiebig testen. Die offensichtliche Entlastung und die zunehmende Akzeptanz der Piloten hat die Forscher besonders gefreut, wurde nach den erfolgreichen Flugversuchen mitgeteilt. Als nächstes sollen auf einer breiter angelegten Erprobungskampagne die Modi in weiteren Testmanövern durch externe Piloten bewertet werden.

 

Quelle: DLR (www.dlr.de), Bearbeitung: WK

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