Unbemannte Luftfahrzeuge in der Wissenschaft

Ketzin, Totes Meer und Zypern: In der Wissenschaft werden unbemannte Luftfahrzeuge in verschiedenen Forschungsgebieten eingesetzt.

Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV - unmanned aerial vehicle), im alltäglichen Sprachgebrauch als Drohnen bezeichnet, werden oft mit militärischen Einsätzen in Verbindung gebracht. Doch vor allem in der Wissenschaft leisten sie wertvolle Dienste. Diese selbstständig agierenden Flugsysteme können mit Sensoren oder Kameras bestückt, der Forschung in verschiedener Weise dienen.

Das Deutsche GeoForschungsZentrum in Potsdam (GFZ) verfügt über mehrere UAV‘s. In der Sektion Geodätische Weltraumverfahren ist bei Jens Wickert, Professor für GNSS-Fernerkundung, Navigation und Positionierung, ein Quadrokopter für Foto- und Videoflüge im Einsatz. In Ketzin wurden mit Hilfe des Kopters Kurzfilme über die geologische Speicherung von CO2 gedreht. In dem 40 km westlich von Berlin gelegenen Ort werden unter der Koordination des GFZ seit 2004 das wissenschaftliche Verständnis der geologischen Speicherung von CO2 weiterentwickelt und die im Untergrund ablaufenden Prozesse der CO2-Injektion und -Ausbreitung erforscht. Der Blick aus der Vogelperspektive ermöglichte der interessierten Öffentlichkeit eine spezielle Sicht auf das Gebiet und die dortigen Forschungsarbeiten. In den kommenden Wochen sind weitere Luftaufnahmen vom Standort geplant, um die zuletzt vorgenommene Änderung, den Verschluss der Bohrung Ktzi202 im vergangenen Jahr, zu dokumentieren. Diese Luftbilder finden des Weiteren Verwendung in Publikationen jeglicher Art und dienen Vortragspräsentationen für Schulen und Konferenzen.

Wickerts Mitarbeiter Marcel Ludwig und Stefan Weisheit testen derzeit einen in Eigenregie gebauten Oktokopter. Der rund vier Kilogramm schwere Drehflügler mit acht Rotoren erreicht eine maximale Geschwindigkeit von 60 km/h und kann je nach Nutzlast bis zu 30 Minuten in der Luft bleiben. Im Handel würde ein solcher Oktokopter bis zu 20.000 Euro kosten.

Das derzeit noch in der Testphase befindliche Fluggerät soll später als Plattform für GPS-Messungen zur Fernerkundung von Wasser- und Landoberflächen eingesetzt werden. Hierbei sollen reflektierte Signale von Navigationssatelliten genutzt werden, um z.B. die altimetrische Höhe von Wasseroberflächen oder auch die Bodenfeuchte zu bestimmen. UAVs bieten dabei die Möglichkeit, das Beobachtungsgebiet im Vergleich zu den bisher eingesetzten ortsfesten Bodenstationen zu erweitern und Daten über ausgedehnte und schlecht zugängliche Flächen aufzunehmen. Der Oktokopter soll auch für Studentenprojekte an der Technischen Universität Berlin im Fachbereich "GNSS-Fernerkundung, Navigation und Positionierung" genutzt werden.

UAV-Einsätze am Toten Meer und Zypern

Dass wie das GFZ ebenfalls zur Helmholtz-Gemeinschaft gehörende Umweltforschungszentrum (UFZ) nutzt ein UAV am Toten Meer im Rahmen des Projektes DESERVE* (Dead Sea Research Venue). Im Fokus steht der Abfluss von Grundwasser, das bisher in großen Teilen weder von seiner genauen Lokation noch in seiner Quantität bekannt ist, aber entscheidend zum Budget des Toten Meeres beiträgt. Zudem geht es um die Betrachtung der Entstehung der Einsturztrichter (Erdfälle), die zunehmend die Infrastruktur und den Tourismus entlang der Küste des Toten Meeres bedrohen. Der Grundwasserabstrom wird dabei mit einem am UAV montierten Thermalsensor, der die Wasseroberflächentemperaturen bestimmt, gemessen.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) nutzt Quadro- und Oktokopter mit hochauflösenden Foto- und Videokameras vor allem im Rahmen von Hilfsaktionen. Im Juli 2011 waren in einem Marinestützpunkt auf der Insel Zypern 98 Munitionscontainer explodiert. Ein nahe gelegenes 793 Megawatt Kraftwerk wurde stark beschädigt. Im Rahmen einer europäischen Hilfsaktion flogen drei Mitarbeiter des DLR nach Zypern. Die Wissenschaftler erkundeten die Lage in dem einsturzgefährdeten Kraftwerk mit UAVs und lieferten wichtige Bilder sowie Videos von den einzelnen Gebäuden und Räumen.

Die zivile Nutzung von UAV’s ist groß. So dienen sie zum Aufspüren von Rehkitzen in Feldern zum Schutz vor Mähdreschern. Hierfür wird eine Video- und Infrarotkamera am Oktokopter montiert und die Bilder in Echtzeit zum Boden übertragen. Auch für Messungen der Strömungsverhältnisse zwischen Windkraftanlagen, um deren gegenseitige Beeinflussung auszuschalten, dienen die unbemannten Luftfahrzeuge.

Für einen genehmigten Aufstieg eines UAV’s ist in Brandenburg die Untere Luftfahrtbehörde zuständig. Der Ludwig-Oktokopter ist rein theoretisch in der Lage mehrere tausend Meter aufzusteigen. Allerdings werden nicht mehr als 100 Meter Flughöhe von der Behörde genehmigt. Über Flughäfen, Gefängnissen und Menschenansammlungen ist ein Flug generell verboten, für den Überflug von Städten bedarf es einer Einzelaufstiegsgenehmigung. Testen kann Ludwig sein Gerät auf dem Telegrafenberg in Potsdam. Der Prototyp soll möglichst schnell wissenschaftlichen Zwecken dienen.

Text: Karl Dzuba, Wissensplattform Erde und Umwelt; fachliche Durchsicht: Prof. Dr. Jens Wickert, Deutsches GeoForschungsZentrum

Text, Fotos und Grafiken soweit nicht andere Lizenzen betroffen: eskp.de | CC BY 4.0
eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft

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