Am überfüllten Himmel Platz für Kleinflugzeuge schaffen
Luftraum ist keine unendliche Ressource. Satellitennavigationssysteme haben entscheidende Bedeutung für die Ordnung im Luftraum, wo es von Luftfahrzeugen wie zum Beispiel Düsenverkehrsfliegern oder militärischen Strahlflugzeugen, Kleinflugzeugen, Hubschraubern, Ballons und unbemannten Fluggeräten nur so wimmelt. Fallen diese Systeme aus, werden die Navigationssysteme der Gegenwart nicht mehr damit fertig. Dazu kommt noch, dass unbemannte Luftfahrzeuge wie etwa Drohnen und Leichtflugzeuge der VLA-Klasse aufgrund von Beschränkungen in Bezug auf Kosten, Größe oder Leistungsverbrauch normalerweise keinen Zugang zu standardmäßigen Navigationssystemen haben. Das EU-finanzierte Projekt NAVISAS beschäftigte sich mit den Möglichkeiten der Bereitstellung von APNT-Lösungen zur Unterstützung von Kleinflugzeugen. „Die heutigen Lösungen umfassen bodengestützte Infrastrukturen, die nicht per Satellit im Weltraum übertragene Signale an die Bordelektronik senden“, sagt Projektkoordinator André Oliveira. „Aber diese Lösungen können Kleinflugzeuge nicht ohne Umarbeitung ihrer Avioniksysteme nutzen.“ NAVISAS untersuchte die Verschmelzung mehrerer Navigationslösungen zu einem einzigen Paket, das sich problemlos in das Flugzeug integrieren lässt. Man analysierte mehrere Wege für Technologiezusammenführungen von Satellitenortungssystemen (GPS und GALILEO), einer Miniatur-Atomuhr, einem Miniatur-Atomgyroskop (MAG) und Sichtsystemen für Anwendungen in der Navigation von Kleinflugzeugen. Neumodisches, kosteneffizientes Instrument Das Projekt plant für die Zukunft eine Verschmelzung von zwei verschiedenen Navigationssystemen an Bord des Flugzeugs. Erreicht werden könnte das durch Fusion eines globalen Satellitennavigationssystems (GNSS) mit einer modernen Trägheitsplattform mit speziellen Innovationen auf Ebene des Gyroskops unter Einsatz einer mikroelektromechanischen Systemtechnik (MEMS). Dieser Ansatz wird eine pilotenfreundlichere, flexiblere, zuverlässigere und genauere Lösung in einem einzigen Gerät erschaffen. „NAVISAS wird den Weg für ein neues kostengünstiges Instrument bereiten, das von Kleinflugzeugen zur Sicherung des Leistungsniveaus der Navigation im Einklang mit der Entwicklung des Luftraums und des Luftverkehrs eingesetzt werden kann“, beschreibt Oliveira. Trägheitsplattformen auf Grundlage von Atomgyroskopen und MEMS-Beschleunigungssensoren werden voraussichtlich in der Fertigung kostengünstiger sein. Das bedeutet, dass in der NAVISAS-Lösung das Potenzial steckt, die heute üblichen, hochwertigen und zertifizierten Trägheitsnavigationsssysteme mit Lasergyroskopen ersetzen zu können. Versuche im Lauf des Projekts bestätigten, dass die NAVISAS-Lösung eine ähnliche Leistungsfähigkeit wie ein Lasergyroskop erbringen würde. Auf diese Weise wird die Lösung für kommerzielle Flugzeughersteller attraktiver und der Markt der leistungsstarken Trägheitsnavigationssysteme für kleinere Flugzeuge eröffnet. „Es bleibt zwar noch ein weiter Weg zu gehen, bis ein ausgereifter und kostenmäßig erschwinglicher Atomgyroskop zur Verfügung steht, aber die angedachten Leistungskapazitäten sind vielversprechend und könnten eine Herausforderung für den Lasergyroskop nach Stand der Technik darstellen“, fügt Oliveira hinzu. Zusätzliches Sichtelement In der Studie wurde eine auf Sicht basierende Navigation hinzugefügt, die zu Beginn nicht in den Umfang von NAVISAS fiel. Eine Lösung auf Basis elektrooptischer Kameras wurde unter realen Flugbedingungen erprobt und hat ihre Nützlichkeit für Kleinflugzeuge, insbesondere unbemannte Luftfahrzeuge, unter Beweis gestellt, sofern Sichtflugwetterbedingungen eine Rolle spielen. Oliveira erläutert: „Es handelt sich um eine sehr preiswerte alternative Navigationsmethode im Vergleich zu anderen einschlägigen Systemen, die alternative Lösungen für Ortung, Navigation und Zeitgebung mit sehr akzeptabler Leistung bereitstellen kann, um die Mission während eines GNSS-Ausfalls fortzusetzen.“ Im Ganzen resultierte das Projekt in der Bereitstellung von Betriebskonzepten für Kleinflugzeuge, Ansätzen für die Verschmelzung von GNSS-Empfängern mit Miniatur-Atomuhr und Atomgyroskopen sowie einem Konzeptnachweis für sichtgestützte Navigation, bewertet anhand eines realen Flugs eines unbemannten Luftfahrzeugs. Zusätzlich führten die Projektpartner eine Machbarkeitsstudie für alternative Lösungen für Ortung, Navigation und Zeitgebung von NAVISAS durch. Laut Oliveira sucht das Konsortium nach neuen Wegen, auf denen die NAVISAS-Technologie weiter reifen und in den kommenden Jahren operativ validiert werden kann. „Wir sind davon überzeugt, dass das NAVISAS-Konzept in seiner Umsetzung gleichermaßen das Niveau der Flugsicherheit verbessern und einen positiven Beitrag in Richtung Leistungsfähigkeit und Effizienz leisten wird“, merkt er abschließend an.
Schlüsselbegriffe
NAVISAS, Kleinflugzeug, Navigationssysteme, GNSS, globales Satellitennavigationssystem, Alternative für Ortung, Navigation und Zeitgebung
