Faszination Technik Wie ein Stratosphärenflugzeug unbemannt in 20 km Höhe fliegt

Redakteur: Katharina Juschkat

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: Ein unbemanntes Stratosphärenflugzeug.

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Das unbemannte Stratosphärenflugzeug kann unabhängig vom Wetter oder Flugverkehr in 20 km Höhe segeln.
Das unbemannte Stratosphärenflugzeug kann unabhängig vom Wetter oder Flugverkehr in 20 km Höhe segeln.

Nicht Flugzeug, nicht Satellit: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt ein unbemanntes, solarbetriebenes Stratosphärenflugzeug für wissenschaftliche Experimente, das in 20 km Höhe fliegen kann. Das Flugzeug soll die Vorzüge vom Raumfahrt und Luftfahrt vereinen und für Erdbeobachtung und globale Kommunikation eingesetzt werden.

Der Vorteil gegenüber einem Satellit oder Flugzeug: Satelliten sind teuer im Bau und der Positionierung und enden als Weltraumschrott. Und Flugzeuge sind stark wetterabhängig und brauchen in der Regel eine Crew, was sie wiederum zeitlich begrenzt.

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Wie das unbemannte Flugzeug funktioniert

Das unbemannte Fluggerät heißt „Hap Alpha“ – kurz für „High Altitude Platform“ – und ist eine solarbetriebene Plattform, die dauerhaft in der unteren Stratosphäre auf einer Höhe von etwa 20 km stationiert wird. Damit fliegt sie weit über dem zivilen Luftverkehr und dem Wettergeschehen. Sie kann an beliebigen Orten positioniert und, je nach Ausstattung, für unterschiedlichste Missionen eingesetzt werden, ausreichend Sonnenenergie vorausgesetzt. Außerdem ist sie, in der unteren Stratosphäre erst einmal angekommen, unabhängig vom Wettergeschehen und ohne Mannschaft an Bord auch unabhängig von Einsatzdauern.

Hap Alpha soll mit fünf Kilogramm Nutzlast auf 20 km Flughöhe aufsteigen, dort allerdings noch nicht für längere Zeit stationiert werden können. Die Plattform ist robust und modular aufgebaut, so dass sie leicht angepasst und modifiziert werden kann. Ihre Spannweite von 27 m entspricht bereits der einer dauerflugfähigen Variante. Das Gesamtgewicht der Struktur beträgt 36 kg, das des vollständigen Flugzeugs 138 Kilogramm – möglich wird das durch extremen Leichtbau mit kohlefaserverstärkten Kunststoffen. Hauptholm, Rumpf und Leitwerksholme bestehen aus gewickelten CFK-Rundrohren.

Mobile Bodenstation tauscht über 100 km Daten aus

Neben der Flugplattform hat das DLR auch eine mobile Bodenstation entwickelt. Dort koordinieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Missionen und den Datenempfang. Sie ist in transportablen Containern angelegt und soll auf mehr als 100 Kilometer Entfernung Daten mit der Hap austauschen können. Die drei Nutzlasten, darunter das hochauflösende Kamerasystem „Macs-Hap“ („Modular Aerial Camera System“) und das Radar System „Hapsar“ („High Altitude Platform Synthetic Aperture Radar“), bieten viele verschiedene, zukünftige Einsatzmöglichkeiten.

Aktuell bereiten die Forscherinnen und Forscher das nun folgende Critical Design Review vor. Dabei wird geprüft, ob das detaillierte Design die Projektziele erreichen kann. Im Anschluss daran können sie die Einzelkomponenten produzieren und zusammenbauen. So entsteht nach umfangreichen Tests der Demonstrator Hap Alpha.

Testflüge für Ende 2022 geplant

Ende 2022 soll Hap Alpha zum ersten Mal abheben. Dabei sind zunächst Testflüge in einigen hundert Metern Flughöhe über dem Gelände des Nationalen Erprobungszentrums für unbemannte Luftfahrzeuge in Cochstedt geplant. Nach erfolgreichen Tests in niedriger Höhe wird Hap Alpha in weiteren Höhenflugkampagnen nach und nach die Zielhöhe von 20 km erfliegen.

In solchen Höhenflügen kommen dann auch die verschiedenen Nutzlasten zum Einsatz. Mit jedem Test sammelt das Team Erfahrungen und kann die Hap so modifizieren, dass auch Dauerflüge möglich werden. Mit ausreichender Betriebssicherheit des Teams und der Plattform in der Höhe ließe sich das Stratosphärenflugzeug als Versuchsträger für Nutzlasten einsetzen. Und auch neue plattformspezifische Technologien, wie beispielsweise der Einsatz der Hap als Knotenpunkt für die digitale Kommunikation als Unterstützung für ein 5G-Netz, werden dann möglich.

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