Ein Flugzeug, aus den Laserstrahlen hinaus schießen, klingt nach kitschigem Science-Fiction-Film. Genau das plant jedoch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR ganz real. Die Forschungsanstalt will 2022 in Flugtests hochgebündelte Lichtstrahlen als Sensoren für Flugdaten erproben.
Viele Sensoren, mit denen Flugzeuge Geschwindigkeit, Höhe oder Steig- und Sinkrate ermitteln, arbeiten mechanisch. Dies sei bereits seit Anbeginn der Luftfahrt so, schreibt das DLR. Mit dem Projekt Fame - die Abkürzung steht für Future Air Data System Module Evaluation oder zu Deutsch: Auswertung zukünftiger Luftdatensysteme – wollen die Forscher die Ermittlung flugrelevanter Daten allen voran zuverlässiger machen.
Sehr wichtige Komponenten
Bisherige Messsonden ragen aus dem Flugzeugrumpf heraus, wodurch sie die Luftströmung beeinflussen. Dies kann laut DLR Einfluss auf die Qualität der Messwerte haben. «Bisherige Sonden und Sensoren können außerdem verschmutzen oder vereisen. Die Messwerte verschlechtern sich dann schleichend», erklärt DLR-Forscher Oliver Kliebisch. Er ist auf Festkörperlaser und nichtlineare Optik spezialisiert.
«Das bekommt man im Cockpit nicht unbedingt gleich mit», sagt Kliebisch. In Zeiten hochautomatisierter Flugsteuerungssysteme kann das Einspeisen falscher Daten fatale Folgen haben. Der Absturz eines Airbus A330 von Air France auf Flug AF447 im Jahr 2009 wurde etwa durch Pilotenfehler verursacht, nachdem widersprüchliche Geschwindigkeitsangaben aufgrund vereister Pitotsonden das Abschalten des Autopiloten zur Folge hatten.
«Bis zu tausend Messungen pro Sekunde»
Bei den Abstürzen der beiden Boeing 737 Max in Indonesien sowie Äthiopien spielten Strömungssensoren eine Rolle, die sogenannten Anstellwinkel-Sensoren oder Angle-of-attack sensors. Weil diese falsche Daten lieferten, verursachte die fehlerhafte Flugsteuerungssoftware MCAS unstoppbare Sturzflüge. Der Einsatz von Lasern soll mehr Sicherheit bringen, vereisen oder verschmutzen können Lichtstrahlen nicht.
Auch stören sie nicht die Aerodynamik. Beim sogenannten «Optical Air Data» (zu Deutsch: Optische Luftdaten) untersuchen Systeme Wechselwirkungen von Laser und Luftmolekülen. «Je nach Verfahren führen wir pro Sekunde bis zu tausend Messungen durch in einem Abstand von bis zu einem Meter von der Flugzeughülle», sagt Kliebisch.
Einsatz gegen Turbulenzen denkbar
Mit insgesamt drei verschiedenen Messmethoden lassen sich Rückschlusse auf relative Windgeschwindigkeit, Temperatur und Druck ermitteln. Also genau jene flugrelevanten Parameter, mit denen heutige Cockpitsysteme Fluggeschwindigkeit und -Höhe errechnen. Ein weiterer Vorteil der Laser ist laut Kliebisch auch, dass sie sich mit relativ wenig Aufwand kalibrieren lassen.
«Optical Air Data hat das Potenzial, die klassische Sensorik zu ergänzen oder zu ersetzen», ist sich Kliebisch sicher. Auch sieht der Forscher woanders Chancen für Laser in der Luftfahrt. Jüngste Fortschritte in der Entwicklung sogenannter Faserlaser, eine Hochleistungsvariante, könnten es erlauben, Systeme zur Erkennung von Turbulenzen zu entwickeln.
Robust und kompakt
Vorerst konzentriert sich das DLR im Fame-Projekt aber auf die geplante Testflugkampagne im Jahr 2022. Alle benötigten Techniken sind bereits im Labor fertig entwickelt worden und werden weiter verfeinert. Derzeit werden für die Lasersysteme möglichst robuste und kompakte Konstruktionen entwickelt, um diese für den Einsatz außen an einem Testflugzeug zu wappnen.
