Wie man den Flugbetrieb von Drohnen und eVTOLs ohne Gefährdung der Flugsicherheit automatisiert
Die Herausforderung der Automatisierung
Unbemannte Flugzeuge bieten die einzigartige Möglichkeit, den Flugbetrieb in großem Umfang zu automatisieren. Dies ermöglicht nachhaltige Geschäftsmodelle und Anwendungen, die mit bemannten Flugzeugen bisher nicht möglich waren. Piloten von Drohnen und Lufttaxis müssen keine manuellen Steuereingaben mehr vornehmen, um die Tragflächen in der Waage zu halten oder der gewünschten Route zu folgen. Stattdessen wählen sie an ihrer Bodenkontrollstation einen gewünschten Wegpunkt oder ein Manöver aus, das dann automatisch ausgeführt wird. Diese Art der menschlichen Interaktion wird als "pilot on the loop" bezeichnet. Sie ermöglicht es den Piloten, ihre kognitiven Fähigkeiten vom Fliegen des Flugzeugs auf das Flugmanagement und die Problemlösung zu verlagern.
Flieger sind seit langem mit dem 5 P-Konzept vertraut. Es stammt von der britischen Armee und bedeutet: "Proper planning prevents poor performance" (Richtige Planung verhindert schlechte Leistung). Übertragen auf die unbemannte Luftfahrt muss die Automatisierung auch den Flugplanungsprozess und die damit verbundenen "Go/No-Go"-Entscheidungen umfassen, um unsichere Bedingungen vor dem Start zu erkennen.
Komplexes operatives Umfeld
Es liegt in ihrer Natur, dass Drohnen und Lufttaxis empfindlich auf Wetterbedingungen reagieren. Windgeschwindigkeit, Niederschlag, Sicht, Wolkenschichten und Vereisungspotenzial sind nur einige der Parameter, die jeden Flug maßgeblich beeinflussen. Beim Fliegen in Bodennähe stellen Gelände und Hindernisse eine ständige Bedrohung dar, und die Leistung und Ausdauer der Flugzeuge sind begrenzt. In der heutigen Welt der kommerziellen Luftfahrt wird diese Art von Flugbetrieb nur von spezialisierten Betreibern mit hochqualifizierten Piloten durchgeführt - z. B. medizinische Rettungshubschrauber oder Dienste für Offshore-Ölplattformen. Die unbemannte Luftfahrt steht also vor zwei Problemen. Zum einen geht es darum, unter diesen Umweltbedingungen überhaupt operieren zu können. Die andere besteht darin, die menschliche Beteiligung zu reduzieren, ohne dabei die Flugsicherheit zu beeinträchtigen.
Mit Technologie auf dem Vormarsch
Die Aufgabe, einen Piloten durch Technologie zu ersetzen, kann nur durch Daten - viele Daten - gelöst werden. Die Smart 4D Trajectory von Unisphere ist das Werkzeug zur Generierung dieser Informationen. Für jeden einzelnen Flug werden mehrere Datenquellen kombiniert, um eine genaue Darstellung der Flugbedingungen entlang der gesamten Strecke zu erzeugen. Die Flugroute selbst wird vierdimensional in Spur, Höhenprofil und Zeit dargestellt. Das Flugzeug wird mit seinen Beschränkungen für Zelle und Nutzlast dargestellt, aber auch durch ein Leistungsmodell, das je nach Anwendung von einer Punktmasse mit charakteristischen Werten bis hin zur expliziten Berechnung von Auftrieb, Widerstand und Antrieb reichen kann. Die Umweltbedingungen werden mit Hilfe von hochauflösenden Wetterdaten modelliert. Mehr als 1.000 Parameter sind weltweit mit einer Genauigkeit von bis zu 90m lateral und 5min temporal verfügbar. Die Simulation berücksichtigt darüber hinaus Höhendaten und aeronautische Informationen. Durch die Kombination dieser Quellen entsteht ein Datensatz, der die Bedingungen, denen das Fluggerät während des Fluges ausgesetzt sein wird, genau wiedergibt.
Der Unisphere Smart 4D Trajectory beinhaltet auch das Know-how der Piloten, das in automatisierte Auswertungsalgorithmen einfließt. In einem zweiten Schritt werden die Daten gescannt, um Informationen über die Machbarkeit und das Risiko eines Fluges zu generieren. Mit Hilfe der Rechenleistung der Cloud simuliert und bewertet Unisphere derzeit etwa 30.000 Flugbahnen pro Tag und ist dabei skalierbar. Als nächstes ist eine Schnittstelle zu U-Space Service Providern geplant, um Echtzeit-Luftverkehrsdaten zu integrieren, die eine sofortige Neuplanung während des Fluges ermöglichen.
Unisphere's NOVA Operations Platform ist das in Software umgesetzte Know-how der kommerziellen Luftfahrt. Die integrierte Smart 4D Trajectory ist eine Schlüsseltechnologie, um den Betrieb von BVLOS-Drohnen und eVTOLs zu automatisieren und die menschliche Interaktion für jeden einzelnen Flug zu reduzieren.