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Elektro- und Solarflugzeuge (II) 1997 - 2009


Am 20. August 1997 gibt es auf dem Flugplatz Aachen-Merzbrück eine Weltpremiere: Stefan Gehrmann startet mit seinem Elektro-Klapptriebwerks-Motorsegler ‚Air Energy AE-1 Silent’ zum Erstflug, nachdem der Segler bereits im Frühjahr auf der Aero in Friedrichshafen vorgestellt worden war. Die ‚Silent’ ist ein italienisches Leicht-Segelflugzeug mit 12 m Spannweite in GFK/CFK Vollkunststoffkonstruktion, von dem bisher etwa zehn Exemplare hergestellt wurden.

Elektromotor-Segler Silent AE-1

Silent AE-1

Ab 1998 gilt die ‚Silent AE-1’ als das weltweit erste serienfertige Segelflugzeug mit Elektroantrieb, das eine Musterzulassung besitzt.

Es ist von der 1992 gegründeten Firma Air Energy in Aachen umgerüstet worden, die unter anderem auch Helium- und Luftventile, Ballonet-Gebläse und Überstromventilatoren für Luftschiffe anbietet. Außerdem verkauft das entwicklungsorientierte Unternehmen exklusiv den ‚Scoot’elec’ Elektroroller von Peugeot (s.d.).

Die ‚Silent AE-1’ besitzt ein neu entwickeltes Klapptriebwerk mit einem wartungsfreien 13 kW Motor und einem Faltpropeller mit 1,92 m Durchmesser, der nach dem Start vollständig im Rumpf verschwindet. Eine Ladung des 35 kg wiegenden Lithium-Akkus reicht für 3 Starts auf ca. 600 m Höhe. Mit einem Schnelladegerät dauert eine vollständige Ladung nur 90 min. Selbst auf Graspisten reicht der AE-1 eine Startstrecke unter 200 Metern. Der lautlose Steigflug bringt den Segler in knapp 5 min. auf eine Höhe von 600 Metern, das entspricht einer Steigleistung von 2,2 m/s und verbraucht dabei nur knapp ein Drittel der Batteriekapazität. Das Leergewicht der AE1 liegt bei 200, das maximale Startgewicht bei 300 Kilogramm, die Minimalgeschwindigkeit ist unter 65 km/h. Als Preis wird rund 50.000 € angegeben.

Im Februar 1999 wird die ‚Silent AE-1’ mit dem renommierten Berblinger Preis der Stadt Ulm für Innovation auf dem Gebiet der Allgemeinen Luftfahrt ausgezeichnet. Es ist geplant bis Ende 2000 vier weitere Elektrosegler zu bauen. Komplett ausgerüstet soll die ‚Nullserie’ zum Sonderpreis von jeweils 79.000 DM plus Steuern angeboten werden.

Zu den Elektrofliegern gehören auch die mikromechanischen Fluginsekten (micromechanical flying insect MFI), die ab Mitte 1998 am MIT entwickelt werden. Ziel ist es, ein selbständig fliegendes Objekt mit den Maßen von 25 mm (Flügelspitze bis Flügelspitze) zu schaffen.

Tatsächlich gelingt es im Laufe der Folgejahre den Flügelschlag von Fliegen nachzuahmen und einen piezoelektrischen Muskel zu entwickeln, der dem natürlichen energetisch sogar überlegen ist. Im März 2003 wird eine entsprechende, mikroskopisch kleine Kohlefaser-Struktur vorgestellt, an deren Seiten die Flügel mit 150 Hz schwingen.

Wasp

Wasp

Ebenfalls ab 1998 arbeitet AeroVironment an einem Nachfolgemodell seiner ‚BlackWidow’ Minidrohne. Die Flügelspannweite des neuen MAV ‚Wasp’ beträgt 33 cm, das Gesamtgewicht 170 g. Im August gelingt bereits ein Flug mit einer kontinuierlichen Flugdauer von 1 h 47 min. Die Energie von durchschnittlich 9 W wird von einer Lithium-Ionen Batterie geliefert.

Am CalTech MEMS Laboratory des California Institute of Technology wird zwischen 1998 und 2001 die Entwicklung der Ornithopter MAV ‚MicroBat’ Reihe vorangetrieben, finanziert durch die DARPA.

Während das erste Modell von Supercaps angetrieben nur 9 Sekunden lang herumflattern konnte, erreicht das Folgemodell im Jahr 1999 mittels einer Nickel-Cadmium-Batterie schon eine verdoppelte Flugzeit von 18 Sekunden. Der letzte Prototyp vom November 2001 ist mit einer Li-Io-Polymer-Batterie ausgestattet, kann per Funk ferngesteuert werden und bleibt schon bis zu 6 min. 17 sec. in der Luft.

Ein weiterer Ornithopter ist das MAV ‚Mentor’, das von SRI International und der Universität von Toronto entwickelt wird. Grundlage dafür sind das Flugverhalten und die Motorik des Kolibri.

Solarflugmodell QinetiQ Mercator

QinetiQ Mercator

Am Belgischen Institute for Technological Research (Vito) beginnt 2000 das Pegasus-Projekt (Policy support for European Governments by Acquisition of information from Satellite and UAV-borne Sensors), unter dem ein solarbetriebenes Flugzeug für langandauernden Betrieb in großen Höhen entwickelt wird, wo die Temperatur bis 50°C unter Null sinken kann.

Für den ‚QinetiQ Mercator’ mit seinen 16 m Spannweite und 27 kg Gewicht will man papierdünne Solarzellen und Lithium-Akkumulatoren einsetzen, damit das Flugzeug auch eine Nutzlast von 2 kg aufnehmen kann. Versuche mit einem 40 % großen Modell verlaufen erfolgreich.

Der ‚Centurion/Helios’-Prototyp von AeroVironment erreicht im Laufe eines 17-stündigen Fluges am 31.08.2001 eine Höhe von immerhin 96.863 Fuß (29.413 km), bricht damit den bisherigen Rekord der ‚Pathfinder-Plus’, und kommt auch 2 Meilen höher als bislang jedes nicht-raketengetriebene Flugzeug.

2001 wird auch die Kooperation von NASA, UQM, FASTec (Foundation for Advanced Science and Technology Education Curriculum) und dem PEMFC-Brennstoffzellen-Hersteller Lynntech bekannt gegeben, bei der es um die Entwicklung eines 2-sitzigen Elektroflugzeugs auf Basis der ‚DynAero Lafayette III’ geht. Das ‚E-Plane’ soll wahlweise mit Lithium-Ionen-Batterien (Reichweite 160 km) oder wasserstoffbetriebenen 10 - 15 kW Brennstoffzellen (Reichweite 400 km, später auf 800 km erweiterbar) bestückt werden, wobei die Lithium-Ionen-Batterien im letzteren Fall als Reserveenergie zum Einsatz kommen. Angetrieben wird die Maschine durch einen 53 kW Elektromotor der UQM Corp.

BYU MAV

BYU MAV

Im Juni 2002 findet an der Brigham Young University (BYU) in Provo, US-Bundesstaat Utah, einer konfessionellen Universität im Besitz der Kirche Jesu Christi der Heiligen der Letzten Tage, der bereits 6. internationale Wettbewerb für ferngesteuerte Kleinstflieger (Micro Air Vehicles Competition MAV) statt. Es nehmen Teams von US-Universitäten, sowie aus Deutschland, Frankreich und Korea teil, Sponsor des Ganzen ist die NASA. Gewinner ist das 12 cm lange Mikroflugzeug des Teams der gastgebenden Uni, mit einer Flugzeit von 14 min.

Auch der 10. internationale Wettbewerb für ferngesteuerte Kleinstflieger 2006 wird wieder von der NASA gesponsert, wie auch vom Air Force Research Laboratory. Diesmal findet er auf dem Utah Valley Aeromodelers Flying Field in der Nähe von Saratoga Springs statt. Das Team der Brigham Young University beteiligt sich diesmal mit einem ‚Ornithopter’ – einem Schlagflügler, der wie eine Libelle auch an Ort und Stelle schweben kann.

Nach dem Erstflug im Oktober 2001 geht die unbemannte, kleine und von Hand zu startende Flugdrohne ,RQ-11 Raven’ der Firma AeroVironment im Jahr 2002 in die Serienproduktion für die US-Streitkräfte. Das Miniature Unmanned Aerial Vehicle (MUAV) wird für die taktische Gefechtsaufklärung in urbaner Umgebung eingesetzt und sendet Infrarot- und Nachtsichtaufnahmen in Echtzeit. Der Elektroflieger muß für den Start von einem Soldaten geworfen werden und fliegt entweder autonom per GPS vorgegebene Wegpunkte ab oder kann per Bodenkontrolle gesteuert werden.

RQ-11 Raven

RQ-11 Raven

Das je nach Ausstattung 25.000 $ bzw. 35.000 $ teure Gerät ist 1,13 m lang, hat eine Spannweite von 1,31 m und wiegt 1,9 kg. Die offiziell angegebene Fluggeschwindigkeit beträgt 97 km/h, die sogenannte Dienstgipfelhöhe 305 m und die Einsatzdauer beträgt ca. 80 Minuten. Nachdem sich die ‚RQ-11’ im Irak und in Afghanistan bewährt, wird sie auch in verschiedene andere Länder exportiert und steht inzwischen in Australien, Dänemark, Großbritannien, Italien, im Libanon, den Niederlande und in Spanien im Dienst (Stand 2009).

Das Aerovironment MAV ,Hornet’ gilt 2002/2003 als das erste MAV, das seine Energie aus einer Wasserstoff-Brennzelle bezieht, die über die Öffnungen auf der Oberseite des ,Flügels’ mit Sauerstoff versorgt wird und durchschnittlich 10 W produziert. Der Wasserstoff selbst wird in Form von festen, trockenen Pellets mitgeführt und reagiert zusammen mit dem ebenfalls mitgeführten Wasser und dem Sauerstoff in einem Generator, um die Energie zu produzieren.

Die ,Hornet’ hat eine Flügelspannbreite von 38 cm, und ihr Gesamtgewicht beträgt nur 170 g. Wie die ,Wasp’ (s.o.) wurde sie im Rahmen des DARPA Synthetic Multifunctional Materials Programm entwickelt. Folgegenerationen sollen mit Autopiloten und CCTV-Videokameras ausgerüstet werden.

Am 07.07.2002 findet auf dem Solar-Flugplatz Farrenberg in Mössingen-Thalheim die Einweihung der vermutlich weltweit ersten Solar-Tankstelle für Elektroflugzeuge statt. Auf dem Dach der Halle befindet sich eine 1 kWp Photovoltaikanlage, und 2 Gabelstaplerakkus mit insgesamt 48 V und ca. 500 Ah (20 kWh) dienen als Speicher. Nach der Einweihung wird die ‚Silent AE-1’ an der Solartankstelle aufgeladen und startet. Das Flugzeug benötigt für seine 600 m Starthöhe ca. 2 kWh – also knapp so viel, wie der tägliche Ertrag der Solaranlage.

Zwischen 2002 und 2004 wird am Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme an der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina in Braunschweig und mit Mitteln der EU das MAV ‚Carolo C40’ entwickelt, das anschließend über die Firma Mavionics GmbH in Braunschweig vermarktet wird, einer Ausgründung des Braunschweiger TU-Instituts für Luft- und Raumfahrtsysteme.

Carolo C40

Carolo C40

Der Kleinstflieger ‚Carolo’ besteht aus einer Hülle aus Kohlenstoff-Fasern, hat eine Spannweite von 40 cm, wiegt 350 g und wird durch einen Elektromotor angetrieben. Die Operationsreichweite beträgt 50 km, bei einer Flugdauer von 45 min.

Quasi zufällig stellt Professor Rudolf Voit-Nitschmann vom Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart mit einer Flugstrecke von rund 350 km einen neuen Weltrekord für Solarflugzeuge auf. Er war am 17. Juni 2003 um 12 Uhr mit dem Solar-Segelflugzeug ‚Icaré II’ von Aalen-Elchingen in Baden-Württemberg zu einem Werkstattflug (Überprüfung der Elektronik) gestartet. Bei sehr gutem Wetter kann er über den Wolken in einen Geradeausflug übergehen und erreicht mit ununterbrochen laufendem Elektro-Motor um 17 Uhr den Flugplatz Jena. Er startete allerdings per Flugzeug-Schlepp, ließ sich also von einem Motorsegler auf Flughöhe ziehen. Dadurch wurden die Akkumulatoren geschont, die als Energiepuffer dienen. 

Am 26.06.2003 erleidet das ‚Helios’ Programm einen herben Rückschlag, als der Solarflieger während eines Testfluges Schwierigkeiten mit der Steuerung zeigt und etwa 10 Meilen westlich von Kauai in den Pazifischen Ozean stürzt. Dabei geht auch die an Bord befindliche experimentelle Brennstoffstelle verloren.

Die Lange Flugzeugbau GmbH, 1996 von Axel Lange gegründet und in Zweibrücken ansässig, entwickelt den eigenstartfähigen und praktisch lautlosen Hochleistungs-Motorsegler ‚Antares 20E’. Die Spannweite beträgt 20 m, die Rumpflänge 7,40 m und die Leermasse 460 kg. Die maximale Abflugmasse beträgt 660 kg, in denen auch 100 l Wasserballast eingerechnet sind.

Erstmals wird eine komplette Antriebskonzeption speziell für ein bestimmtes Segelflugzeug ausgelegt: Ein bürstenloser 42 kW Außenläufer-Elektromotor mit einem Wirkungsgrad von 90 %, eine neuartige Leistungselektronik und ein großformatiger, sehr niedrig drehender Propeller. Der Elektromotor EM42 ist der erste und bislang einzige Elektromotor mit EASA-Zulassung als Flugmotor. Die beiden speziell entwickelten und optimierten Propellerblätter sind direkt am Außenrotor des Elektromotors befestigt und haben einen Propellerkreisdurchmesser von 2 m. Das Ergebnis sind hohe Steiggeschwindigkeiten (ca. 4,4 m/s beim Start), sehr große Steighöhen (bis zu 3.000 m bei ruhiger Luft) und praktische Lautlosigkeit.

Das Batteriesystem basiert auf Lithium-Ionen Zellen des Typs SAFT VL41M, deren Verfügbarkeit bis mindestens 2031 gesichert ist, da sie auch in den Militärdrohnen ‚RQ-4B Global Hawk’ der US-Army sowie ab 2007 beim ‚F35 Joint Strike Fighter’ Einsatz finden. Voll aufgeladen ermöglichen die Batterien der ‚Antares 20E’ eine Gesamtsteighöhe von bis zu 3.000 m, und ein kompletter Ladevorgang benötigt 9 Stunden. Machbarkeit und Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems werden erstmals im Versuchsträger ‚LF20’ (eine umgebaute ‚DG-800’) unter Beweis gestellt werden, dessen Erstflug am 07.05.1999 in Zweibrücken stattfindet.

Der Erstflug der ‚Antares 20E’ erfolgt dann 2003, und am 14.07.2006 erhält der Elektromotorsegler seine Musterzulassung durch die europäische Zulassungsbehörde EASA – als weltweit erstes mit einem Elektromotor betriebenes Luftfahrzeug überhaupt. Mit der Werknummer 32 wird genau zwei Monate später die erste ‚Antares 20E’ an Bruce McNaughton übergeben, im Auftrag einer dreiköpfigen Haltergemeinschaft in Tucson, Arizona. Das Flugzeug wird auch als reiner Segler und als ‚Turbo-Version’ mit einem Brennstoff-betriebenem Motor als Rückkehrhilfe angeboten.

2004 präsentiert Seiko Epson einen ,Micro Flying Robot FR-II’ mit 12,3 g Gesamtgewicht, integrierter Batterie für 3 min. Flugzeit und Bluetooth-Modul. Die Propeller werden von zwei Elektrominimotoren angetrieben. Das Vorgängermodell von 2003 mußte noch über ein Kabel mit Energie aus einer externen Batterie versorgt werden. Beide Systeme sind mit CCTV-Videokameramodulen ausgestattet.

Seit 2004 ist auch die AeroHydro Research & Technology Associates (AHRTA) in Pebble Beach, Kalifornien, im Bereich der Micro Air Vehicles (MAVs) aktiv. Dabei setzt das Unternehmen auf Antriebssysteme mit oszillierenden Flügeln, die sowohl bei Luft- als auch für Wasserfahrzeuge zum Einsatz kommen sollen.

Bei dem MAV von AHRTA, das die Größe eines kleinen Notebooks hat, sind die beiden Flügel als Doppeldecker hinter dem Vorderflügel angeordnet. Während der Doppelflügel mit einer flatternden Bewegung für Antriebsschub sorgt, liefert der feststehende Vorderflügel genügend Auftrieb, um den Miniflieger in der Luft zu halten. Durch die aerodynamische Wechselwirkung zwischen den drei Flügeln kann sogar bei sehr niedrigen Fluggeschwindigkeiten von 2 m/s ein Strömungsabriß verhindert werden. Außerdem sei das Flatter-Flügel-Design über 60 % effizienter als ein Rotor-Flügel-Design gleicher Größe.

AHRTA MAV

AHRTA MAV

Später will das Unternehmen an einem Luftfahrzeug arbeiten, das fähig ist auch im reinen Schwebeflug zu agieren, ähnlich wie die Flugfähigkeit einer Libelle oder eines Kolibri. Es scheint allerdings, daß die Firma aufgelöst wurde, denn nach diesem Zeitpunkt läßt sich keine weitere Präsenz finden.

Sehr interessant ist auch die Abschlußarbeit des syrischstämmigen Mujahid Abdulrahim an der University of Florida im Jahr 2004 unter dem Titel ‚Dynamic Characteristics of Morphing Air Vehicles’. Die entsprechenden bionischen MAVs werden seit 2002 in den Fachbereichen Elektro- und Computertechnik sowie Maschinen- und Luftfahrttechnik der Universität entwickelt – in Zusammenarbeit mit der DARPA, der NASA, dem Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) und dem Air Force Research Laboratory (AFRL).

Das Besondere bei diesen MAVs besteht darin, daß sie sich die Flugeigenschaften von Möwen als Vorbild nehmen, indem sich die Form der Tragflächen während des Flugs permanent verändern kann. Dies wird durch den Einsatz von Mikroservomotoren, Mikrosteuereinheiten, Kevlarbändern und einer flexiblen Tragflächenstruktur erreicht. Ein ‚Morphing MAV’ verfügt daher über ein hohes Maß an Beweglichkeit, die Fähigkeit zu sehr schnellen Flugmanövern und die Möglichkeit, auch in räumlich eng begrenztem Terrain zu landen. Hier abgebildet ist eines der vielen Test- und Versuchsmodelle mit einer Spannbreite von  rund 15 cm.

In seiner Doktorarbeit zeigt Abdulrahim auch, wie es durch die Veränderung der Flügelwinkel (bei einer Verbreiterung des Höhenleitwerks) möglich wird, aus einem Steigflug nahtlos in einen freien Fall überzugehen, ohne daß dabei die Steuerbarkeit des MAV leidet – obwohl der Miniflieger in dieser Fluglage quasi rückwärts fliegt.

Picoflyer

Picoflyer

Extrem filigrane Produkte sind auch die von dem norwegischen Tüftler Petter Muren entwickelten flugfähigen Mini-Hubschrauber: Der ‚Microflyer’ ist mit seinen 7,8 g und 128 mm Rotordurchmesser die größte der Kreationen, und seine Flugzeit beträgt 12 Minuten. Danach kommt der ‚Nanoflyer’, der 3,0 g wiegt und einen Rotor von 85 mm Durchmesser besitzt. Dieser hat eine Flugzeit von 10 Minuten. Der dritte Mini-Hubschrauber ist der ‚Picoflyer’ mit einen 60 mm Rotor und 3,3 Gewicht, der zu diesem Zeitpunkt als der kleinste RC-Hubschrauber der Welt gilt und seinen Erstflug im August 2005 absolviert. Später baut Muren auch einige größeren Modelle.

Im Januar 2005 stellt die NASA das Konzept eines sich automatisch ausklappenden Solarfliegers vor, der speziell für einen Einsatz in der Atmosphäre der Venus entwickelt wird. Das ,Venus airplane’-Projekt des NASA Glenn Research Centers soll einen autonomen Flieger zum Ergebnis haben, der bei einer Flughöhe von 65 km – 75 km Geschwindigkeiten von bis zu 95 m/s erreichen soll.

Eine sehr interessante Entwicklung, die im März 2005 in der Presse erscheint, geht auf mehrjährige Arbeiten an der Universität Ulm zurück. Sie hat zwar keinen direkten Bezug zum Elektroflug, könnte in Zukunft jedoch wesentlichen Einfluß auf die Entwicklung von biomimetischen Flugobjekten haben, d.h. kleinen Robotern, die fliegen können wie ein Insekt. Und diese werden zumeist mittels elektrischer Batterien angetrieben.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Fritz-Olaf Lehmann stellt sich die Frage, wie es der Fruchtfliege gelingt, in der Luft zu bleiben, und wie aus ihren Flügelbewegungen aerodynamische Kräfte entstehen. Den erstmals im Jahr 1999 in dem Wissenschaftsmagazin Science veröffentlichten Forschungsergebnissen zufolge kann die nur wenige Millimeter große Taufliege Drosophila so besonders effizient fliegen, weil sie einen bislang unbekannter Effekt, eine Art Energie-Recycling, nutzt, während sich der Flügel der Taufliege beim Schwebfluge in der Waagrechten 200 mal in der Sekunde hin und her bewegt. Um diese Bewegung zu erzeugen sind Drehphasen ausschlaggebend, die den Flügel in die entgegengesetzte Richtung führen. Bewegt sich der Flügel hin und her, strömt Luft von oben nach unten. Das Recycling setzt unmittelbar nach der Drehphase am Ende jeden Vor- und Rückschlags ein, denn die Luftströmung vom vorausgehenden Flügelschlag fließt etwas länger nach, so daß der Flügel ein zweites Mal in diese Strömung eintaucht. Physikalisch gesehen wird dabei ein Teil der Bewegungsenergie der Luft aus dem Strömungsfeld extrahiert.

Während die Ulmer Forscher in erster Linie an der Grundlagenforschung interessiert sind, hat eine Forschergruppe an der University of Carlifornia Berkley bereits den Prototyp einer mechanischen Schmeißfliege entworfen, der auf den neu entdeckten Flugeigenschaften basiert – bislang aber noch nicht selbständig fliegen kann. Finanziert wird das deutsche Forschungsprojekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen eines auf fünf Jahre angelegten Biotechnologie-Programms.

Das erste solar-elektrische UAV Modell von Alan Cocconi, dem Gründer der 1992 gestarteten AC Propulsion Inc. in San Dimas, Kalifornien, heißt ‚SoLong’ und fliegt im Juni 2005 erstmals ununterbrochen 48 Stunden lang. Damit beweist Cocconi, daß es prinzipiell möglich ist, während des Tages genügend Energie zu speichern, um damit die dunklen Nachtstunden zu überbrücken.

Der Flieger hat eine Spannweite von 4,75 m bei einer Flügelfläche von 1,5 m2, und wiegt 12,5 kg. Er ist mit 120 der neuesten Lithium-Ionen-Zellen 18650 von Sanyo ausgerüstet (Gewicht 5,5 kg), die bis zu 1.200 Wh speichern können. Die 76 Stück A300-Solarzellen von Sunpower leisten bei einen Wirkungsgrad von 20 % rund 225 W. Der Antriebsmotor mit 800 W Spitze – wobei schon 95 W für das Fliegen ausreichen – erlaubt eine Höchstgeschwindigkeit von 96 km/h.

Eine andere interessante Geschichte begann schon weit früher: Im April 1979 gelingt Larry Mauro, Entwickler des bekannten UFM Easy Riser, der weltweit erste akkugestützte Solarflug mit einem manntragenden, voll steuerbaren Flugzeug namens ‚Solar Riser’. Das Ultraleichtflugzeug, ein 2,4 m langer Nurflügel-Doppeldecker mit einer Spannweite von 9 m, fliegt in etwa 12 m Höhe ca. 800 m weit und landet auch wieder sanft. Für den Bau nutzt Mauro einen bestehenden Gleiter, auf dem er mehrere Solarpaneele installiert (30 V / 350 W), welche die ebenfalls installierte Hughes 500 Helikopterbatterie aufladen, die wiederum einen 3 PS Elektromotor versorgt. Nach einer Aufladezeit von mindestens eineinhalb Stunden kann der (leer) 55 kg schwere solare Gleitflieger mit einem maximalen Startgewicht von 139 kg drei bis fünf Minuten lang aufsteigen, um genügend Höhe für einen anschließenden Gleitflug zu erreichen. Die maximale Höchstgeschwindigkeit beträgt 32 km/h.

Solar Riser

Solar Riser

Bevor Mauro den Solar Riser im selben Jahr dem EAA AirVenture Museum spendet, zeigt er ihn dem Entwickler, Piloten, Fluglehrer und Luftbildfotograf Eric Raymond. Dieser wiederum besucht 1986 Günter Rochelt und lernt dabei dessen Flugzeug-Familie kennen. Ein Flug in der ‚Musculair II’ beeindruckt ihn so stark, daß er mit einer Eigenentwicklung beginnt.

Raymond gründet daraufhin die Solar Flight Corp., und durch die Unterstützung von Sanyo und anderer Unternehmen ab 1988 gelingt es ihm, mit seinem 89 kg wiegenden und mit polykristallinen Solarzellen bestückten ‚Sunseeker’ Ende 1989 den Erstflug als Gleiter zu absolvieren.

Im Jahr 1990 werden mehrere batteriegespeiste Testflüge mit zwei Bürstenläufermotoren durchgeführt, die einen faltbaren Verstellpropeller antrieben. Da dieser Antriebsstrang allerdings nicht zufriedenstellend arbeitet wird ein bürstenloser Wechselstrommotor mit Faltluftschraube installiert. Nach vielen langen Testflügen überfliegt Raymond im August 1990 die USA von Kalifornien bis North Carolina – und zwar in 21 Einzelflügen von bis zu 400 km, und mit einer Gesamtflugzeit von 121 Stunden.

2005 und 2006 wird der ‚Sunseeker’ in Zusammenarbeit mit Alan Cocconi und der AC Propulsion in San Dimas, Kalifornien, weiter aufgerüstet, wobei ein stärkerer Motor, Lithium-Batterien, ein Planetengetriebe und ein fortschrittlicher Faltpropeller installiert werden. Weitere Informationen finden sich in der laufenden Chronologie. Die Erfahrungen mit diesem Flieger fließen außerdem in den Bau des nur 69 kg wiegenden Ultraleicht-Segelflugzeugs ‚Edelweiss’, das allerdings robuster, und durch eine geringere Spannweite von 14,6 m auch manövrierfähiger und schneller ist. Es wird jedoch nicht solar angetrieben.

Im Rahmen des Vehicle Systems Program der NASA wird inzwischen weiter an der Entwicklung solarbetriebener ‚Atmosphären-Satelliten’ gearbeitet. Die ‚HALE UAV’ (High Altitude Long Endurance Unmanned Air Vehicles), sind automatisierte, selbständige Flieger, die zwischen 2010 und 2015 bereit stehen sollen.

Die weitere Präsentation werde ich zur besseren Übersichtlichkeit nach Jahren unterteilt verfassen...

2006


Versuchsflugzeug Zephyr

Zephyr

Am 23. März 2006 informiert die Presse über den ersten Versuchsflug des ‚Zephyr’, ein weiteres solarbetriebenes UAV für Langzeiteinsätze in größten Höhen, das eine Spannweite von 12 m und ein Gewicht von 27 kg hat und eine Folgemodell des ‚Mercator’ ist. Der Flieger wurde von QinetiQ entwickelt, einem großen europäischen Technologieunternehmen, das sich primär mit Militärtechnik befasst. Auf dem Versuchsfeld der White Sands Missile Range, New Mexico, gehen zwei der Solarflugzeuge in die Luft – für 4,5 bzw. 6 Stunden – wobei eine Flughöhe von 27.000 Fuß (8,2 km) erreicht wird. Ausgelegt ist die ‚Zephyr’ sogar für eine Flughöhe von 132.000 Fuß (etwa 40 km).

Die Energie von 1 kW kommt von leichtgewichtigen Dünnschicht-Solarzellen der Firma United Solar Ovonic. Auch QinetiQ geht davon aus, daß solarbetriebene ‚Stratosphären-Plattformen’ sehr schnell in die kommerzielle Nutzung übergehen werden, insbesondere wegen ihrer exzellenten Möglichkeiten im Bereich der Observation von Katastrophen- oder Krisengebieten.

Mitte Juni 2006 wird am Georgia Institute of Technology erstmals erfolgreich ein Elektro-UAV mit einer Spannweite von 6,7 m in die Luft gebracht, das von einer 500 W PEM-Brennstoffzelle angetrieben wird und besonders durch sein dreieckiges Leitwerk auffällt. Der Brennstoff wird in Form von verdichtetem Wasserstoff mitgeführt, reicht allerdings nur für Flüge von einer Minute und in einer Höhe von 2,5 m bis 3,7 m.

Im Juli 2006 startet erstmals ein Einsitzer-Fluggerät, das gemeinsam vom Tokyo Institute of Technology und dem japanischen Elektronik-Unternehmen Matsushita Electric Industrial entwickelt wurde. Bei dem Demonstrationsflug auf einem Privatflughafen der Firma Honda bleibt der etwa 55 kg schwere Gleiter (andere Quellen: 107 kg) mit seiner Spannweite von 31 m exakt 59 Sekunden lang in der Luft.

Batteriebetriebener Versuchsflieger

'Batterieflieger'

Das damit weltweit allererste bemannte und nur von herkömmlichen Batterien betriebene Flugzeug, das bei dem Versuch in einer Höhe von 5,2 m fliegt, kommt genau 391,4 m weit. Die von Matsushita (inzwischen: Panasonic) für das Flugexperiment zur Verfügung gestellten 160 Oxyride-Mignonzellen (Nickel-Oxyhydroxid-Batterie) haben eine anderthalb Mal längere Lebensdauer als herkömmliche Alkaline-Batterien.

Am 31. August 2005 gelingt es den Wissenschaftlern des Oberpfaffenhofener DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation, auf einem Testgelände in Nordschweden enorme Datenmengen (bis zu 1,25 Gigabit pro Sekunde) nahezu fehlerfrei mit einem unsichtbaren Laserstrahl zu übertragen. Das vom DLR entwickelte Terminal, das den Laserstrahl abgibt, hängt an einem Stratosphärenballon in einer Höhe von 22 km und ist zeitweise mehr als 60 km von der Empfangsstation entfernt. Doch Laser werden nicht nur für die Übermittlung von Informationen eingesetzt.

Schon im März 2006 wird in Japan ein elektrisches Modellflugzeug mittels eines am Boden montierten Laserstrahls mit Energie versorgt. Der 78 cm lange und 800 g schwere Flieger der Kinki University wird im Osaka Dome getestet. Unter seinem drachenförmigen Flügel ist eine Scheibe mit Solarzellen befestigt, welche die Laserenergie aufnehmen und den Propeller betreiben. Zum Start nutzt das Flugzeug seine Batterien, ab einer Flughöhe von 50 m wird dann der Laser am Boden eingeschaltet. Bei dem 20-minütigen Testflug gelingt es, den Laser mit einer Zielgenauigkeit von unter 1 cm auf die Empfängerscheibe zu richten. Für die Beobachter sieht es so aus, als würde ein Flugdrachen an einem Lichtstrang gezogen werden. Die Flugzeit ist mittels dieser Technologie theoretisch unbegrenzt. Eine kommerzielle Umsetzung wird in 2 – 3 Jahren erwartet.

Bei meiner nachfolgenden Recherche stellte ich allerdings fest, daß Nasa-Forscher am NASA Marshall Space Flight Center in Huntsville bereits im Oktober 2003 den  erfolgreichen Testflug eines 300 g leichten Modellflugzeugs gemeldet haben, dessen Elektropropeller vom Boden aus über Laserstrahl mit Strom versorgt wurde. An der Unterseite des rund 1,5 m großen Modellfliegers aus Balsa-Holz, Kohlefasern und Mylar- Folien waren ebenfalls Solarzellen montiert.

Aktuell vom Februar 2009 ist dagegen eine Vorhersage des Luft- und Raumfahrtingenieurs Leik Myrabo vom Rensselaer Polytechnic Institute in New York, der davon ausgeht, daß in 20 Jahren eine völlig neuartige Flugzeugtechnologie im Einsatz sein kann, die auf einer bodengestützten Laser-Energieversorgung basiert. Die Grundlage dafür sei das ‚LightCraft’-System, über das Myrabo seit 1972 nachdenkt, als er noch im Rahmen des ‚Star Wars’ Anti-Raketen-Schild-Projektes tätig war. Damals hatte Arthur Kantrowitz die Idee vorgebracht, Satelliten mittels Lasern zu starten. Bislang hat Myrabo mit verschieden großen Modellen über 140 erfolgreiche Demonstrationsflüge durchgeführt. Die ersten aus dem Jahr 1999 wiegen 25 g und werden von einem 10 kW Infrarot-Laser angetrieben.

Kernelement des trichterförmigen Flugobjekts ist ein Reflektor von paraboloider Form, der die vom Laser erzeugte Hitze konzentriert und Luft bis auf 30.000°C aufhitzt – wodurch explosiver Schub entsteht. Die Stabilisierung des Flugkreisels erfolgt mittels winziger Düsen, aus denen komprimierter Stickstoff gejagt wird, um den Kreisel auf 6.000 U/m zu beschleunigen. Das jüngste ‚LightCraft’ wiegt 1 kg, besteht aus hochtemperaturbeständiger Keramik und kann vom Boden aus auf einem Megawatt-Laserstrahl bis in den Orbit befördert werden.

Lightcraft Modell

Lightcraft

Eine Umsetzung für den Flugverkehr sieht Myrabo ab 2020, wenn ‚LightPorts’ genannte Laser am Boden Personen um die Erde und in den Weltraum befördern. Die Flugzeit von New York nach Tokio würde 45 Minuten betragen. Als Idee schwebt ihm ein diskusförmiger 4-Sitzer mit einem Durchmesser von 5 m vor.

Doch zurück zur Chronologie: Das EU-geförderte Projekt CAPANINA, an dem Universitäten, Forschungseinrichtungen, Institute und Firmen aus England, Slowenien, Italien, Spanien, Ungarn, der Schweiz, Deutschland und Japan beteiligt sind, soll langfristig eine neue Ära in der mobilen Breitbandkommunikation einleiten. Dabei werden unbemannte Flugträger (Terminals), fest positioniert in einer Höhe von 22 km, mithilfe der optischen Freiraumkommunikation Daten mit Übertragungsraten von mehreren Gigabit pro Sekunde austauschen, und zwar untereinander, mit Satelliten, mit Flugzeugen und mit terrestrischen Kommunikationspartnern. Die Projektleitung hat die Universität von York. Das Projekt CAPANINA ist auf insgesamt drei Jahre angesetzt und wird von der Europäischen Union mit 3 Mio. € gefördert.

Im August 2006 soll das zigarrenförmige Terminal auf dem amerikanischen Stratosphärenflugzeug ‚Pathfinder-Plus’ zum Einsatz kommen. Das unbemannte, solarbetriebene Flugzeug wird das Terminal in eine Höhe von 19 bis 21 km befördern. Ihre optische Bodenstation werden die DLR-Wissenschaftler auf Hawaii aufstellen.

Langfristiges Ziel der Forschungsarbeiten sind fliegende Sendemasten auf Stratosphärenplattformen, die dem mobilen Benutzer am Boden Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen ermöglichen. Das hierzu eingesetzte Lasersystem benötigt deutlich weniger Energie als der herkömmliche Richtfunk und ist zudem leichter. Die Energie hierfür erhalten die Luftschiffe über Solar- und Brennstoffzellen.

Gegenüber Satelliten bieten die Stratosphärenplattformen entscheidende Vorteile: Sie können zur Wartung, Modifizierung oder zum Austausch von Systemen auf den Boden zurückgeholt werden, und zudem können sie schnell an ihren Einsatzort gebracht werden, nachdem z.B. in Katastrophengebieten die Mobilfunk- und Kommunikationsnetze zusammengebrochen sind. Mehr dazu findet sich unter den Solarluftschiffen.

Im Rahmen einer Ausstellung im Berliner Kaufhaus KaDeWe Anfang August 2006 präsentiert der 48-jährige Schweizer Psychiater Bertrand Piccard gemeinsam mit dem Sponsor Omega in Person von Nicolas Hayek jr. sein Vorhaben, im Mai 2011 mit einem Solarflugzeug in rund 20 Tagen die Welt zu umrunden. Bereits 1999 hat Piccard als erster Mensch die Welt nonstop mit einem Heißluftballon umflogen. Sein Großvater war Ballonfahrer, und sein Vater erkundete in Spezialtauchbooten die Tiefsee. Der Vater von Hayek jr. wiederum ist der berühmte Initiator des 'Swatch' (aus dem später der ‚Smart’ wurde), der ja ursprünglich mit einem Hybridantrieb ausgestattet werden sollte.

Die ‚Solar Impulse’ wiegt zwei Tonnen, hat eine Spannweite von 80 m, und eine Flügelfläche von 220 m2, die mit 12.000 Solarzellen bestückt werden soll. Mit den dort erzielten 40 kW Leistungsspitze erreicht das Flugzeug eine relativ niedrige Durchschnittsgeschwindigkeit von 70 km/h, kann dabei jedoch gleichzeitig die Akkus aufladen, um auch nachts fliegen zu können.

Der Uhrenkonzern Omega, der zur Swatch-Group von Nicolas Hayek gehört, fördert das Projekt, das einen geplanten Etat in Höhe von etwa 52 Mio. € hat, mit 15 Mio. € und technologischem Know-how. Weitere Partner sind die Sputnik Engineering AG (SolarMax), die internationale Chemie- und Pharmagruppe SOLVAY, das Finanzierungsunternehmen ALTRAN-Gruppe und die Beratungsfirma Semper. Die erste Machbarkeitsstudie war schon 2003 an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) erstellt worden.

Solarflugzeug Solarimpulse im Nachtflug Grafik

Solar Impulse (Grafik)

Bis 2008 plant Piccard die Konstruktion und den Bau eines Prototyps mit 60 m Spannweite, und 2009/2010 wird dann das Flugzeug gebaut, mit dem er 2011 gemeinsam mit dem zweiten Piloten, dem 53-jährigen Ingenieur André Borschberg, zur Weltumrundung starten will. Die Route führt von den Arabischen Emiraten über Indien, China, den Pazifischen Ozean und Hawaii in die USA, und von dort quer über den Atlantik nach Europa und zum Ausgangsort zurück. Da aus Gewichtsgründen nur jeweils ein Pilot an Bord sein kann, sind vier Zwischenlandungen vorgesehen, bei denen ein Pilotenwechsel stattfindet. Die einzelnen Flugabschnitte werden drei bis vier Tage dauern.

Sollte die zwischenzeitliche technische Entwicklung die Effizienz der Akkumulatoren signifikant steigern oder ihr Gewicht entsprechend senken, dann könnte das Flugzeug auch zwei Piloten aufnehmen, womit eine Nonstop-Weltumrundung in den Bereich des Möglichen rückt.

In den Jahren 2006 und 2007 liefert die bereits 1978 gegründete EMT Ingenieurgesellschaft aus Penzberg Vorseriensysteme der elektrisch betriebenen und senkrecht startenden Mikro-Drohne ‚Fancopter’ an die Deutsche Bundeswehr. Bei dem VTOL-System handelt es sich um ein völlig autonomes System mit einem Rotordurchmesser von 60 cm, das dadurch sogar in Häuser hineinfliegen kann. Im Oktober 2008 bestellt die Bundeswehr neunzehn weitere Systeme.

Der Einsatzradius dieser elektrisch betriebenen Flugdrohne beträgt (maximal) 1.000 m, die Flugdauer 25 min. und die Beobachtungsdauer bis zu 3 h. Das Abfluggewicht von 1,5 kg beinhaltet eine Tageslicht-Videokamera, eine Dämmerungs-Videokamera, eine IR-Wärmebild-Videokamera, eine Boden-Videokamera sowie eine hochauflösende Fotokamera. Optional können auch ein Mikrofon, eine Zoom-Videokamera oder chemische bzw. Radioaktivitäts-Sensoren integriert werden.

Aladin

Aladin

Seit 2002 bietet das mittelständische Unternehmen auch die rund 4 kg schwere Mini-Flugdrohne ‚Aladin’ an, von der die Bundeswehr insgesamt 12 Bodenstationen mit 40 Fluggeräten bestellt. Das kompakte System mit seiner Spannweite von 146 cm dient der Aufklärung und dem Schutz der Soldaten im Nahbereich bis 5 km und kann von einem einzelnen Mann getragen und eingesetzt werden.

Der Einsatzradius beträgt über 15 km. Während einer Flugzeit von bis zu 60 min in einer Flughöhe zwischen 30 m und 200 m über Grund und bei einer Geschwindigkeit von 45 km/h bis 90 km/h werden die Videobilder in Echtzeit übertragen. Der Start erfolgt per Handwurf, und aufgrund des Elektroantriebs hat die Drohne auch eine sehr niedrige Signatur (= Erfaßbarkeit durch gegenrische Sensoren).

Ende 2006 gewinnen Wissenschaftler um Prof. Rudolf Voit-Nitschmann vom Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart mit dem Entwurf des zweisitzigen Brennstoffzellen-Flugzeugs ,Hydrogenius’ den renommierten Berblinger Preis der Stadt Ulm. Das geplante Elektro-Leichtflugzeug mit 16,9 m Spannweite und einer Flügelfläche von 14,3 m2 hat eine Rumpflänge von 8,10 m, wobei das Cockpit mit 1,10 m die breiteste Stelle darstellt.

Die maximale Abflugmasse beträgt 850 kg, die ‚Zuladung’ aus zwei Personen darf max. 180 kg betragen. Die Motorleistung an der Welle beträgt 60 kW bei 2.000 U/min. Der Flieger soll neben einer Brennstoffzelle auch Li-Ion-Batterien an Bord haben und zum weltweit ersten bemannten Brennstoffzellenflugzeug werden, das bei den Flugleistungen mit herkömmlichen zweisitzigen Flugzeugen konkurrieren kann.

2007 beginnt das Team mit der Detailkonstruktion des Fliegers, Partner ist das Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR). Das projektierte Budget liegt, je nach verwendetem Brennstoffzellensystem, bei etwa 1,6 Mio. €, wobei etwa die Hälfte der Kosten auf die benötigten technischen Komponenten und Materialkosten entfallen. Mindestens 700 km Reichweite, etwa die Strecke München - Flensburg, sollen mit einer Tankfüllung Wasserstoff möglich sein, was umgerechnet einem Energieverbrauch pro Insasse von gerade einmal einem Liter Benzin auf 100 km entspricht.

Pebbles Flugmodell

Pebbles Flugmodell

Weitere Berblinger-Preise erhalten 2006 das Konzept ,DESiE’ des Fördervereins für den manntragenden Elektroflug Silent Flight e.V. in Weingarten (s.u.), der ,B 13’, ein 2-sitziger Motorsegler der Akaflieg Berlin als Technologieträger zur Erforschung und Erprobung Alternativer Antriebssysteme (der bislang allerdings noch nicht geflogen ist),  das von Brennstoffzellen betriebene Konzept ,Berblinger 2’, ein Schwingenflieger mit 11,2 m Spannweite von Dr. Wolfgang Send aus Göttingen, der unter Anwendung neuester Erkenntnisse in der Aeroelastik und modernster Werkstoffe das bemannte Fliegen mit schlagenden Flügeln verwirklichen will, sowie das ,PEBBLES’, ein Pusher-Hochleistungs-Ultraleichtflugzeug mit Doppelleitwerk und Laminarrumpf des Mitte der 1990er Jahre um Gebhard Staudenmayer gegründeten PEBBLES Design Team in Salach (Württemberg), dessen endgültige Antriebsart allerdings noch nicht feststeht.

Die Rumpfauslegung erlaubt alles vom Verbrennungsmotor, über den Hybridantrieb bis zum reinen Brennstoffzellensystem. Der Prototyp erhält Flügel mit 9,2 m Spannweite, mit einer ebenfalls angedachten größeren Spannweite ließe sich das Flugzeug auch als Motorsegler nutzen. Auf dem Foto ist der Testflug eines Modells im Maßstab 1:4 dokumentiert.

Ein sehr interessantes Modell, das in diesem Jahr auf den Markt kommt, ist die Kleindrohne ‚Phantom Sentinel UAV Boomerang’ der US-Firma VeraTech Aero Inc. aus Minneapolis, Minnesota, die in Deutschland erstmals beim jährlichen Hackerkongreß des CCC im Dezember in Berlin Furore macht.

Das patentierte Flugobjekt, das ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt wurde und tatsächlich wie ein Bumerang gestartet wird, besteht im Grunde nur aus drei Flügeln, ohne einen Rumpf zu besitzen.

Das Teil ist am Himmel schwer auszumachen, da es auf Grund von zwei um 90° versetzte Rotoren und der Wurftechnik selber ständig rotiert. Am Kreuzungspunkt der drei Flügel befindet sich eine kleine Videokamera. Die Rotation ermöglicht es, die für den Transport leicht zerleg- und faltbare Drohne auch bei starkem Wind stabil zu halten. Als maximale Flugzeit werden 40 Minuten angegeben.

Draganfly Tango Airplane

Draganfly Tango Airplane

Ebenfalls im Laufe des Jahres 2006 gewinnt das ‚Draganfly Tango Airplane’ einen Preis, das von der 1998 von Christine und Zenon Dragan gegründete Firma Draganfly Innovations Inc. entwickelt worden war, die auch zu den ersten gehörten, die mit ferngelenkten Mini-Luftschiffen auf den Markt gekommen sind und ab 1999 zu den Pionieren der Entwicklung von Kleinsthubschraubern mit Quad-Rotoren gehören, wie sie inzwischen fast in jedem Kinderzimmer (und bei vielen Erwachsenen) zu finden sind (‚Draganflyer’).

Das wirklich interessante Modellflugzeug hat eine Tandem-Tragfläche um sehr langsam fliegen zu können, was den Luftaufnahmen zugute kommt, die der Flieger machen soll. Die Spannweite beträgt 150 cm, die Länge 120 cm, das Leergewicht 2,8 kg und die potentielle Nutzlastkapazität 1,14 kg. Gestartet mit einem Bungee-Katapult kann der Himmelsspion mit einer Maximalgeschwindigkeit von bis zu 95 km/h durch die Lüfte sausen, während als übliche Fluggeschwindigkeit ein Wert zwischen 50 km/h und 60 km/h angegeben wird. Die maximale Flughöhe beträgt 640 m – und die maximale Flugzeug 50 Minuten.

Die weltbekannte Automatisierungstechnik-Firma Festo AG & Co. KG aus Esslingen stellt im  Jahr 2006 erstmals ein Projekt vor, das über die Grenzen der sonst üblichen Industrieforschung hinausgeht. Besonders bemerkenswert ist, daß bei dem ,b-IONIC Airfish’ genannten Flugkörper eine strömungsoptimierte pneumatische Struktur, die sich vom Pinguin ableitet, auf zwei ungewöhnliche Antriebsformen trifft.

Zum einen ahmt ein neuartiger bionischer Plasmawellenantrieb in den Stummelflügeln ohne bewegte Teile vereinfacht den mechanischen Schlagflügelantrieb von Vögeln nach – während im Heck das klassische Prinzip des Ionenstrahlantriebs wirkt, das mit luftionisierenden hohen Gleichspannungsfeldern arbeitet und der Firma zufolge ursprünglich für den Weltraum konzipiert wurde. Die beschleunigten Luftionen erzeugen dabei einen Ionenwind mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 m/s.

Mir persönlich ist eine Umsetzung des Prinzips unter dem Namen ,Lifter’ bekannt, auf den ich u.a. im Teil E verweise (s.u. Informationen).

Ähnlich interessante Projekte werden auch in den Folgejahren regelmäßig vorgestellt, einige davon werden uns in dieser Übersicht noch begegnen.


2007


Im März 2007 steigt die Deutsche Bank als weiterer Sponsor des Solar Impulse Projektes mit ein, im Februar 2008 wird der internationale Luftverkehrsverband (IATA) institutioneller Partner, im März folgt eine Partnerschaft mit Toyota und im April mit der Clarins Group als offizielle Supporter. Der erste Prototyp mit der Kennung ,HB-SIA’, einem Gewicht von 1.500 kg (davon 400 kg Batterien) und einer Spannweite von 61 m ist 2008/2009 im Schweizer Dübendorf in Arbeit, die ersten Testflüge sollen im April 2009 stattfinden.

Kleine Flieger und Hubschrauber mit Batteriebetrieb sind inzwischen weit verbreitete Spielzeuge. Im April 2007 wird in den Blogs erstmals der ,Carbon butterfly’ vorgestellt, ein winziges, ferngesteuertes Modellflugzeug für den Indoor-Spaß, das wohl das weltweit kleinste käuflich zu erwerbende Produkt ist.

Das filigrane Fliegerchen wird in aufwendiger Handarbeit aus 0,3 mm dünnen und hochflexiblen Kohlefaserstäben sowie transparentem Kunststoff gefertigt, und ist nahezu unzerstörbar. Mit nur 3,6 g wiegt es weniger als ein Blatt Papier, wobei der magnetische Ruderservo gerade mal 0,22 g wiegt und dennoch stark genug ist um das Seitenruder des Butterfly exakt zu steuern.

Das Komplettset des kanadischen Herstellers Plantraco besteht aus dem flugfertig aufgebauten Modell, das mit einem 0,9 g leichten 30 mAh LiPo-Akku ausgestattet ist, einer Multifunktions-Fernsteuerung und einem Alukoffer. Zusätzlich enthält das Set den freeware Flugsimulator FMS R/C nebst Computerinterface, um am PC zu lernen, wie man den ,Carbon butterfly’ nach anfänglichen virtuellen Abstürzen voll in den Griff bekommt (Anfang 2010 kostet das Set bei wes-technik.de 298 €).

NASA-Solarvogel Grafik

NASA-Solarvogel (Grafik)

Im Mai 2007 findet in San Francisco das erste Electric Aircraft Symposium der Comparative Aircraft Flight Efficiency Foundation (CAFE) statt, einer 1981 gegründeten US-Stiftung, die sich in den vergangenen Jahrzehnten insbesondere um die Effizienzsteigerung im Flugzeugsektor verdient gemacht hat. Auf der Homepage der Stiftung sind die meisten Beiträge (auch der Folgesymposien) abrufbar – sie vermitteln eine gute Übersicht zur Entwicklung auf dem Sektor des Elektroflugs.

Ebenfalls im Mai 2007 vermeldet die Presse ein überraschendes Projekt der NASA – ein Flugobjekt, das sich ohne Propeller oder Turbinen alleine mittels Flügelschlag fortbewegen soll. Am NASA Institute for Advanced Concepts arbeitet man an einem unbemannten Leichtbau-Modell, das solar angetrieben wird.

Im Gegensatz zu bisherigen technischen Strukturen liegen bei dem neuen Konzept alle Einzelelemente in geschichteten Folien übereinander – Solarzellen, die Li-Io-Batterie, die Elektroden, das Versorgungsnetz und die künstlichen Muskeln: Diese erzeugen durch die ‚morphing wing technology’ den Flügelschlag und alle Steuerbewegungen. Bis derartige künstliche Schwalben Produktreife erlangen werden jedoch noch ein bis zwei Dekaden vergehen, meinen die Forscher.

Neben den üblichen Einsatzgebieten wie Überwachung, Katastrophenhilfe u.ä. ist auch ein Einsatz auf Planeten wie der Venus angedacht, wo in einer Höhe von rund 50 km ein den irdischen Verhältnissen entsprechender Druck und eine Temperatur unter 50°C herrscht – Umgebungsbedingungen, in denen die Mikro-UAVs problemlos agieren können.

Die Firma Electric Aircraft Corp. aus New Jersey baut und vertreibt elektrisch vorangetriebene Sportflugzeuge. Bisher war mit dem ,Electraflyer Trike’ allerdings nur ein Ultraleichtmodell von knapp 100 kg Gesamtgewicht erhältlich, das an einen Drachengleiter erinnert und ohne Batterien 7.500 $ kostet. Mit Batterien wird das Fluggerät in Europa für 14.000 € angeboten (eine deutsche Zulassung liegt allerdings noch nicht vor, Stand 2008).

Electraflyer Trike

Electraflyer Trike

Im Mai 2007 fliegt dann zum ersten Mal die ,ElectraFlyer C’, ein kleines, auf einem Sonex Xenos Segler basierendes geschlossenes Einsitzer-Sportflugzeug.

Eine Akkuladung reicht für anderthalb bis zwei Stunden Motorflug, wobei der 18 PS Elektromotor beim Landeanflug als Generator funktioniert! Die Ladezeit der 5,6 kWh Lithium-Polymer-Batterie beträgt an einem 110 V Anschluß 6 und an einem 220 V Anschluß 2 Stunden ... und kostet 75 US-Cent.

Die Maschine, die im Juli 2007 erstmals auf der AirVenture Show in Oshkosh, Wisconsin, vorgestellt wird, besitzt eine Reisegeschwindigkeit von 110 km/h und kann eine Höchstgeschwindigkeit von 145 km/h erreichen Während der Elektroflieger vorerst nur als Selbstbau-Kit für knapp 30.000 $ (vmtl. ohne Motor und Batterien) angeboten wird, will ihn der Firmengründer und frühere Juwelier Randall Fishman ab 2010 auch als Komplettflugzeug ausliefern.

Im Sommer 2007 führt das Solar-Modellflugzeug ,Sky-Sailor’ seine ersten beiden Langzeitflüge von mehr als 10 Stunden durch, wobei es autonom Strecken bis zu 330 km zurücklegt – und dies ausschließlich mittels Sonnenenergie. Das Flugzeug, an dem das Laboratorium für Autonome Systeme der ETH Lausanne seit 2004 arbeitet, wiegt 2,5 kg und hat eine Spannweite von 3,2 m. Die 216 Silizium-Solarzellen auf der Oberseite der Tragflächen bedecken eine Fläche von einem halben Quadratmeter und produzieren 90 W zur Versorgung des Motors, der Bordelektronik und der Batterie für den Nachtflug. Im Streckenflug braucht das Solarsegelflugzeug maximal 15 W.

Solarflugzeug Sky-Sailor

Sky-Sailor

2004 hatte die ESA der ETH eine Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben um abzuklären, ob sich unbemannte Solarflugzeuge für Erkundungsflüge über dem Mars eignen würden. Die ESA wollte ein kleines, leichtes Flugzeug, das sich mit Solarenergie fast endlos in der Luft halten kann.

Als die ESA wegen Geldmangels auf eine Weiterverfolgung des Projektes verzichtet, beschließen die beteiligten Wissenschaftler dennoch weiterzuarbeiten. Mögliche Anwendungen werden inzwischen aber mehr auf der Erde gesehen, zum Beispiel als unbemannte Drohne zur Überwachung des Verkehrs, von Hochspannungsleitungen, Pipelines oder Waldbrandgebieten.

Ein Rekordflug, der die Doktorarbeit des Projektleiters André Noth krönt, glückt im Juni 2008 auf dem Modellflugplatz Niederwil bei Cham (ZG) nach Einbau einer neuen und leistungsfähigeren Lithium-Ionen-Batterie (1 kg). Bei einem Flug von 27 Stunden ohne Unterbrechung legt der ,Sky-Sailor’ eine Gesamtstrecke von 874 km zurück, in einer Flughöhe zwischen 200 m und 400 m. Im Cockpit des Flugzeugs befindet sich ein Autopilot der eine programmierte Flugbahn einhält, Sensoren überwachen Geschwindigkeit, Höhe und Flugwinkel, und ein GPS-Modul hält die genaue Position fest.

Auf der UAV 2007 Konferenz im Juni in Paris wird unter anderem auch das nebenstehende Foto eines UFO-ähnlichen UAV-Konzeptes veröffentlicht, das auf die Royal Saudi Air Force zurückgehen soll. Leider habe ich keine weiteren Informationen darüber – sachdienliche Hinweise wären daher sehr willkommen.

Die 1998 gegründete US-Firma Sonex Aircraft LLC stellt im Juli 2007 den Prototypen ‚Electric Airplane’ vor, ein Leichtbauflugzeug mit V-Leitwerk, das gemeinsam mit der Firma AeroConversions Products entwickelt worden ist. Der 3-Phasen Elektromotor (270 V/200 A, Wirkungsgrad rund 90 %) wird von 8 Sets Lithium-Polymer-Batterien versorgt, die eine Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h bei einer Flugdauer von bis zu 45 Minuten erlauben.

Electric Airplane

Electric Airplane

Das unbemanntes Solar-Ultraleichtflugzeug ‚Zephyr’ (s.o.), dessen Entwicklung von den amerikanischen und britischen Streitkräften finanziert wird, fliegt im September 2007 nonstop 54 Stunden lang in einer Höhe von bis zu 17 km über der Wüste des US-Bundesstaats New Mexico und stellt damit einen inoffiziellen neuen Weltrekord auf (da kein Vertreter der Fédération Aéronautique Internationale FAI anwesend ist).

Der mit papierdünnen amorphen Silizium-Solarzellen bestückte Kohlefaser-Flügel der Drohne hat inzwischen eine Spannweite von 18 m, und das nun 30 kg schwere Flugzeug ist mit Lithium-Schwefel-Batterien ausgestattet.

Ein Jahr später, Ende Juli 2008, gelingt in Arizona sogar ein Flug über 82 Stunden und 37 Minuten, doch auch dieser erneute Weltrekordflug gilt nur inoffiziell. Das Solarflugzeug ‚Zephyr-6’, wie es inzwischen bezeichnet wird, erreichte dabei eine Höhe von 18.000 m.

DP-6 Whisper

DP-6 Whisper

Im September 2007 stellt das Luftbildunternehmen Dragonfly Pictures erstmals sein mit einem Tandem-Rotor ausgestattetes, elektrisch betriebenes UAV  ,DP-6 Whisper’ vor.

Der unbemannte Kleinflieger soll sich Menschen bis auf 150 m nähern können, ohne wahrgenommen zu werden. Das größte Interesse zeigt daher das Militär, das mittels solcher Technologien gegnerische Kräfte aufspüren und gefangen nehmen will ... was immerhin um einiges besser ist, als sie mittels Sprengstoffdrohnen aus der Ferne einfach umzubringen - von den damit verbundenen Kollateralschäden ganz zu schweigen.

Die Ingenieure des spanischen National Institute of Aerospace Technology stellen im November 2007 ihre Entwicklung eines elektrisch betriebenen UAV namens ,HADA’ vor. Als Hybride vereint dieses UAV die Beweglichkeit und Flexibilität eines Hubschraubers mit der Langstreckenflug-Fähigkeit eines Flugzeugs. Dabei verbraucht der Elektroflieger nur ein Drittel der Kraftstoffmenge vergleichbarer konventioneller Flugzeuge. Auf der Grafik sieht man deutlich die zusätzlichen Tragflügel (die ein Hubschrauber sonst nicht aufweist), sowie einen Einblatt-Rotor, der ebenfalls sonst nur selten angewandt wird.

Das eigentlich unbemannte Flugobjekt sei auch in der Lage, Personen zu transportieren – die maximale Nutzlast beträgt immerhin 150 kg. Weitere technische Details sind leider nicht zu erfahren, es ist auch zweifelhaft, ob das Projekt über 2007 weitergeführt wird.

Ebenfalls im November 2007 setzt in Lancaster, Kalifornien, ein unbemanntes Mikro-Luftfahrzeug vom Modell ,Pterosoar’, das von einer Aeropak-Wasserstoff-Brennstoffzelle angetrieben wird, mit 124,8 km einen neuen Streckenrekord, wobei es nur ein Viertel des verfügbaren Brennstoffs verbraucht. Der Flieger ist eine gemeinsame Entwicklung des Dryden Flight Research Center, des US Air Force Office of Scientific Research und der National Science Foundation. Die Brennstoffzelle selbst stammt von der Firma Horizon Fuel Cell Technologies, weitere Projektpartner sind die California State University of Los Angeles, das Oklahoma State University Aerospace Engineering Laboratory sowie das Temasek Polytechnic of Singapore.

Mit 480 W/kg leistet die Brennstoffzelle das 2,6-fache der gegenwärtig besten Batterien. Als nächstes soll nun ein Langzeitflug von 15,5 h erfolgen.

Im Dezember 2007 startet auf dem Flugplatz Aspres sur Buëch in den französischen Alpen die ,F-ELECTRA WMDJ’ zu ihrem Jungfernflug. Er dauert 48 Minuten und führt im Dreieck über eine Strecke von knapp 50 km. Das Leichtflugzeug für eine Person hat eine Spannweite von 9 m, ist 7 m lang und wiegt ohne Batterien 134 kg. Es ist mit einem 18 kW Elektromotor und 47 kg Lithium-Polymer-Akkus ausgestattet. Das maximale Startgewicht beträgt 265 kg, die Reisegeschwindigkeit 90 km/h.

Elektroflugzeug F-ELECTRA WMDJ

F-ELECTRA WMDJ

Die Entwicklung eines französischen Ingenieurteams unter der Leitung von Anne Lavrand baut auf den Erfahrungen der Firmen ACV Aero Service und ELECTRAVIA creation sowie der APAME (association for the promotion of Electrical engine aircrafts) auf. Unterstützung leisteten ferner die Unternehmen PEGASE und CAPENERGIES.

Die Machbarkeit des Elektroantriebes von APAME/Vandamme wurde bereits im August 2007 mit einem Trike ‚Electron Libre’ (freies Elektron) nachgewiesen, das mit einem 20 PS Elektromotor einen 22-minütigen Flug, ebenfalls von Aspres sur Buëch aus, absolvierte.

Die Kosten für den Elektroantrieb samt Propeller und Batterien belaufen sich zurzeit noch auf rund 15.000 €, könnten bei einer Kleinserie aber auf 10.000 € sinken. Der Stromverbrauch pro Stunde Flugzeit beläuft sich auf rund einen Euro.

Ebenfalls im Dezember 2007 fliegt zum ersten Mal der Prototyp des UL-Motorseglers ,Taurus’ des slowenischen Ultraleichtflugzeug-Herstellers Pipistrel ausschließlich mit Elektroantrieb.

Das Millionen-Euro-Projekt von Pipistrel-Chef Ivo Boscarol aus Ajdovscina, an dem auch die Universität von Nova Gorica, Slowenien, sowie weitere Experten beteiligt sind, hat das Ziel, den ersten im fliegerischen Alltag echt nutzbaren, doppelsitzigen und selbststartfähigen Elektromotorsegler herzustellen und auf den Markt zu bringen. Die Europäische Union stuft das Elektromotorsegler-Projekt als technologisches Zukunftsprojekt ein und unterstützt es mit knapp 355.000 €.

Die Spannweite des ,Taurus Electro’ beträgt 15,2 m, das Leergewicht ohne Batterien 274 kg und das Abfluggewicht maximal 472,5 kg. Der dreiphasige A30K016 Elektromotor wiegt 14 kg und bietet eine Dauerleistung von 30 kW bei einer Effizienz von 95 %. Als Batterien sind 32 Lithium-Polymer-Zellen à 3,7 V eingesetzt, die zusammen 46 kg wiegen und eine Kapazität von 6 kWh erreichen, was einen Steigflug auf über 2.000 m Höhe ermöglicht.

Flying Fish

Flying Fish

Der ,Taurus Electro’ erreicht eine Höhe von 3.300 Fuß (~ 1.000 m) innerhalb von nur 6 min., und in 10 min. sogar 5.000 Fuß (~ 1.525 m). Anschließend geht es in den gleitenden Segelflug über. Ende April 2008 beginnt Pipistrel mit der Annahme von Vorbestellungen.

Erstmals hebt ein autonom operierendes, unbemanntes Miniatur-Wasserflugzeug im Dezember 2007 ab. Der von Wissenschaftler der University of Michigan entwickelte ‚Flying Fish’ ist batteriebetrieben, doch die Forscher planen bereits den Einsatz weiterer Technologie, wie z.B. Solarzellen. Die Spannweite beträgt 2,13 m, die Steuerung erfolgt per GPS.

Nachdem die Forschungsorganisation British Antarctic Survey (BAS) Ende 2006 vier an der TU Braunschweig entwickelte UAVs übernimmt, die an Bord der RRS Ernest Shackleton zur Forschungsstation Halley in der Antarktis gebracht werden, beginnen im Winter 2007 die Testflüge der unbemannten, elektrisch betriebenen Kleinstflugzeuge mit ihrer Spannweite von 2 m.

Dabei sollen die autonom fliegenden UAVs während des polaren Winters die physikalischen Werte der See-Eis-Formationen des Weddell-Meeres messen. Die Entwicklung und Herstellung der Kleinflugzeuge erfolgte in Kooperation mit der Mavionics GmbH in Braunschweig.

2008


Nach vierjähriger Entwicklungsarbeit startet im Februar 2008 der Prototyp eines unbemannten, autonomen Kleinflugzeugs zu seinem Jungfernflug. Im Gegensatz zu vielen seiner Vorgänger besitzt dieser Flieger vier elektrisch angetriebene Rotoren, die an Schwenkflügeln sitzen. Die Entwicklung erfolgt an der Chiba University, finanziert wird das ganze von der bereits 1970 gegründeten japanischen Firma GH Craft Ltd. in Teijin, einem Spezialisten für Yachten und Kompositwerkstoffe, der sich auch mit erneuerbarer Energie und Elektrofahrzeugen beschäftigt.

Quad Tilt Wing

Quad Tilt Wing

Das ‚Quad Tilt Wing’ (QTW) UAV absolviert erfolgreich und selbständig Starts, Flugmanöver und Landungen, ist 1 m lang, hat eine Flügelspannweite von 1 m, wiegt 23 kg und kann eine Nutzlast bis zu 5 kg befördern. Die bislang erreichte Höchstgeschwindigkeit beträgt 150 km/h. Mit der gegenwärtigen (ungenannten) Batteriekonfiguration ist eine Flugzeit von 15 min. möglich. Das Unternehmen plant nun, auch ein kleineres, nur 500 g schweres Modell zu entwickeln.

Im Februar und März 2008 fliegt auch erstmals ein von den Boeing Phantom Works und europäischen Partnern entwickeltes Elektroflugzeug, an dem die Boeing Research and Technology Europe (BR&TE) in Madrid seit 2003 arbeitet. Diese Partner sind die Firma Diamond Aircraft Industries (Österreich), Gore und MT Propeller (Deutschland), SAFT France (Frankreich), Intelligent Energy (England), UQM Technologies (USA) sowie die spanischen Firmen Adventia, Aerlyper, Air Liquide Spain, Indra, Ingeniería de Instrumentación y Control (IIC), Inventia, SENASA, Swagelok, Técnicas Aeronauticas de Madrid (TAM), Tecnobit sowie die Universidad Politécnica de Madrid und die Regionalregierung von Madrid.

Der zweisitzige Hybridflieger mit der Kennung ,EC-003’, der drei Mal vom Flugfeld Ocaña im Süden von Madrid abhebt, ist neben den Li-Io-Batterien auch mit einer 20 kW PEMFC-Brennstoffzelle der britischen Firma Intelligent Energy ausgestattet. Die Akkus sollen insbesondere beim Takeoff und Steigflug für zusätzliche Leistung sorgen. Während des regulären Flugs wird der Elektromotor ausschließlich von der Brennstoffzelle versorgt.

Das Flugzeug ist ein Umbau des Motorgleiter-Modells ‚Dimona’ aus österreichischer Herstellung, mit einer Spannweite von 16,3 m. Bei den Testflügen unter der Leitung des spanischen Unternehmens SENASA wird eine Flughöhe von 3.300 Fuß (1.000 m) erreicht, die Fluggeschwindigkeit im Brennstoffzellenbetrieb beträgt rund 100 km/h, und die Flugzeit wird mit rund 20 min. angegeben. Die potentielle Flugzeit soll sogar 45 min. betragen. Eine kommerzielle Umsetzung soll in 10 – 15 Jahren erfolgen.

Im März 2008 hört man wieder etwas von den unbemannten Elektrofliegern der NASA und der Firma AeroVironment (AV). Diesmal heißt das SUAV ‚Puma’ und soll im Auftrag der DARPA langfristig bis zu 5 Jahre ohne Unterbrechung im Luftraum kreisen. Der autonome Flieger wiegt 450 kg, hat eine 5 kW Bordversorgung und kann in einer Höhe von 60.000 bis 90.000 Fuß fliegen.

Flugdrohne Puma

Puma

Neben der Standardlösung untersucht man allerdings auch ein modulares Konzept, bei dem einzelne Teilstücke des Fliegers selbständig zur Erde zurückkehren können. Nun führt der von Brennstoffzellen betriebene ‚Puma’ einen neunstündigen Testflug durch und übertrifft damit seinen bisherigen 7-stündigen Rekord vom Juli 2007. Der Einsatzbereich liegt wie auch bei den anderen Produkten von AeroVironment im militärischen Sektor.

Ebenfalls im März 2008 präsentiert der ehemalige Linienpilot und Airlines-Besitzer James Milner sein Flugauto ,AirCar’, an dem er bereits seit 2005 arbeitet und mit dem er bald die ersten Testflüge unternehmen will. Ansätze zur Entwicklung derartiger Flugautos gibt es seit bald 100 Jahren – ich verfolge sie hier jedoch nicht, da ihre Antriebstechniken bislang zumeist auf Brennstoffen beruhen.

Die in Washington beheimatete Firma Milner Motors stellt auf der New York auto show allerdings auch die (flugunfähige) Grundversion ‚ElectriCar’ vor – der die Flügel und die Turbinen fehlen –, und die mit seiner 11 kWh Batterie und zwei 15 PS Elektromotoren 160 km weit kommt, bei einer Geschwindigkeit von bis zu 140 km/h.

Das hier wesentlich mehr interessierende Flugmodell soll US-typisch  als Bausatz angeboten werden, zumindest bis die beantragte Sicherheitszertifizierung auch den Verkauf eines fertigen Vehikels erlaubt. Der in New York gezeigte 4-türige Prototyp mit seiner (einklappbaren) Spannweite von 8,5 m ist allerdings noch nicht flugtauglich. Fertig entwickelt soll das ,AirCar’ mit einer Geschwindigkeit von 320 km/h eine Reichweite von bis zu 1.600 km haben – unter Einsatz von zwei konventionellen Flugzeugmotoren mit Druckschrauben und zusammen 300 PS.

Falx-Hubschrauber Grafik

Falx-Hubschrauber (Grafik)

Den weltweit ersten hybrid-elektrisch betriebenen Hubschrauber mit Schwenkpropellern stellt Simon Scott, Inhaber des britischen Unternehmens Falx Air Vehicles aus Staffordshire im April 2008 vor.

Neben einem 100 PS Verbrennungsmotor, der den leichten und bürstenlosen Elektrogenerator antreibt, besitzt der 5,13 m lange Hubschrauber mit seiner Spannweite von 5,58 m auch noch Solarpaneele zum Nachladen der Batterien. Er soll als 1- und als 2-sitzer angeboten werden, was einem Leergewicht von 350 bzw. 405 kg entspricht. Die Reisegeschwindigkeit beträgt 290 km/h, die Spitzengeschwindigkeit 430 km/h, und die Reichweite 700 km.

Die vollständige Zertifizierung soll Ende 2009 abgeschlossen sein, um 2010 auf den Markt kommen zu können – zu einem Preis von rund 1,5 Mio. $.

Im April 2008 gibt die US-Firma Aurora Flight Sciences aus Manassas, Virginia,bekannt, daß sie im Rahmen des ,Vulture’-Programms der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) den Vertrag zur Entwicklung eines Solar-Fliegers abgeschlossen habe, der in einer Höhe von 20 km – 30 km bis zu fünf Jahre ununterbrochen in der Luft verbleiben kann.

Vulture steht dabei für Very-high altitude, Ultra-endurance, Loitering Theatre Unmanned Reconnaissance Element. Das System soll es dem Militär außerdem ermöglichen, Nutzlasten mit einem Gewicht bis zu 450 kg ununterbrochen mit bis zu 5 kW Leistung zu versorgen.

Der geplante ‚Odysseus’ von Aurora soll mit Solarenergie betrieben werden, wobei tagsüber auch genügend Energie für den Nachtbetrieb gespeichert wird. Partner des Projekts sind die Firmen BAE Systems, die C.S. Draper Laboratories und die Sierra Nevada Corporation.

Odysseus (Grafik)

Odysseus (Grafik)

Den veröffentlichten Animationen zufolge soll die Konstruktion in Form von drei selbständigen Solarflugzeugen mit einer Spannweite von jeweils 50 m und drei elektrisch betriebenen Propellern abheben, die sich erst auf ihrer Betriebshöhe zu einem einzigen Flieger zusammenkoppeln.

Beim Flug im Sonnenlicht nimmt der ‚Odysseus’ eine Zickzackform an, damit zwei der mit Solarzellen belegten Flügel optimale Einstrahlbedingungen erreichen, während er sich nachts einflächig ausstreckt, um die Aerodynamik zu optimieren. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Komponenten (die jeweils auch das Gesamtsystem kontrollieren können) dadurch einzeln wieder landen zu lassen, um sie z.B. technisch aufzurüsten oder zu reparieren, während der Restverbund weiterhin im Einsatz ist.

Die Forscher untersuchen derzeit Möglichkeiten für verschiedene Arten der Energiespeicherung für das auch ,Z-Wing’ genannte Flugzeug, zu den ins Auge gefaßten Methoden gehören neben Batterien auch Brennstoffzellen und sogar Schwungräder. Flugbereit soll der ‚Odysseus’ in etwa fünf Jahren sein.

Der New Scientist berichtet im April 2008, daß Wissenschaftlern am Mechanical Systems Laboratory an der University of Delaware einen Mechanismus entwickelt haben, mit dem es möglich ist die Flügelschlagbewegungen von Vögeln nachzuahmen und mit dieser Technik und mit einem einzigen Antriebsmechanismus Mini-Flugzeuge zu lenken.

Sparrow FWMAV

Sparrow FWMAV

Mit Hilfe einer hauptsächlich von Zaeem A. Khan und Sunil Agrawal entwickelten und zum Patent angemeldeten Methode ist es möglich, Windstöße auszugleichen und das Fluggerät auf Kurs zu halten – eines der bislang größten Probleme beim Einsatz der MAVs mit ihren Flügelspannweitern von weniger als 15 cm. Hier abgebildet ist der ,Sparrow FWMAV’ der University of Delaware.

Der ,Swift-Light’ ist ein fußstartfähiger Hängegleiter, der die Lücke zwischen Drachen und Segelflugzeug schließt. Der Nurflügler kostet zwischen 13.000 € und 16.500 €. Der für den Vertrieb in Österreich und Deutschland verantwortliche Weltrekordhalter und Weltmeister Manfred Ruhmer und seine Firma RuhmAIR UL-Leichtflugzeuge im österreichischen St.Oswald bei Freistadt beschäftigen sich auch mit der Möglichkeit, den Swift-Light mit einem Elektroantrieb auszustatten.

Bereits 2007 wird ein bürstenloser Außenläufer für einen Paramotor erfolgreich getestet und geflogen, den Dr. Ing. Werner Eck aus Heiligenstadt entwickelt hat. Mit einem Gewicht von gerade 3,75 kg und einer Drehzahl von ca. 2.000 U/m ist er in der Lage, auch relativ große Luftschrauben direkt anzutreiben. Er hat eine Dauerleistung von 8 kW und eine Kurzzeitleistung von über 10 kW. Einen speziellen Elektro-(falt)Propeller mit 1,4 m Durchmesser und gutem Wirkungsgrad läßt Eck bei der Firma Helix fertigen.

Im April 2008 berichtet Ruhmer, daß er sich von der First-Products Ltd. & Co. KG in Tangstedt ein Akkupack hat anfertigen lassen, da auf den neuen Li-Ionen FePO4 Akkus von A123Systems beruht, die sich durch ihre Schnellladefähigkeit in nur 15 min. und eine hohe Zyklenzahl von über 1.000 Lade- und Entladezyklen auszeichnen. Die insgesamt 144 Zellen des 58 V / 20,7 Ah Packs haben ein Gewicht von 12,5 kg. Mit einer Leistung von 1.100 Wh soll damit eine Steigflughöhe von etwa 600 m – 800 m über Grund erreichbar werden, was bei ruhigem Wetter einer Flugzeit von 20 - 30 Minuten entspricht. Es werden diverse erfolgreiche Flüge durchgeführt, aktuellere Neuigkeiten gibt es allerdings noch nicht.

Nano Ornithopter (Grafik)

Nano Ornithopter
(Grafik)

Ende April 2008 findet in San Francisco das 2. Electric Aircraft Symposium der CAFE Foundation statt.

Im Mai 2008 arbeitet die uns schon mehrmals begegnete US-Firma AeroVironment an einem ,Nano Ornithopter’, der zeitweilig als weltweit kleinstes UAV gilt. Immerhin steckt die DARPA rund eine halbe Million Dollar in diese Entwicklung, die sich durch Klappflügel auszeichnet, nur 7,5 cm lang ist und weniger als 10 g wiegt. Das Unternehmen hat nun 6 Monate Zeit nachzuweisen, daß das Mikro-UAV den (militärisch motivierten) Zielsetzungen der DARPA entspricht.

Im Juni 2008 stellt das Unternehmen außerdem das Konzept eines Very Light Hybrid Transport (VLHT) Hubschraubers vor, der auf demselben Grundkonzept beruht, allerdings etwas größer dimensioniert ist (10,5 m lang, Spannweite 10,3 m, Leergewicht 800 kg, Zuladung 650 kg).

Über das Gesamtkonzept des Solar/Wasserstoff-Hybridflugzeugs ‚Hy-Bird’, das erstmals im Mai 2008 öffentlich vorgestellt wird, spreche ich noch ausführlicher im Kapitel Wasserstoff. Für den geplanten Flug rund um die Welt mit einer Reisegeschwindigkeit von 150 km/h werden 15 kW benötigt, die von einer 19 kW Brennstoffzelle geliefert werden sollen. Die zum Starten und für den Steigflug des 1,1 t wiegenden Flugzeugs benötigten Leistungsspitzen von 45 kW werden von einem Lithium-Polymer-Akku gestellt, der während des Flugs durch ein 2 kW Solarzellenpaneel auf den 20 m weiten Flügeln und dem horizontalen Teil des Leitwerks nachgeladen wird.

Wasserstoff-Flugzeug Hy-Bird Grafik

Hy-Bird (Grafik)

Das Leichtbau-Flugzeug aus Karbonfasern wird von dem französischen Unternehmen LISA Airplanes in der Nähe des Chambéry/Aix Flughafens entwickelt. Gute Werbung erhält das Projekt durch seine Präsentation in der Ende 2007 veröffentlichten und von Leonardo di Caprio mitproduzierten Öko- Dokumentation ‚The 11. Hour’.

Im Juli 2008 beteiligt sich die Firma Trina Solar Limited an dem Projekt und sagt die Lieferung der benötigten Solarzellen zu. LISA Airplanes hat bereits verkleinerte Modelle hergestellt und plant, die Weltumrundung Ende 2009 zu beginnen, die in Etappen zu jeweils 1.500 km erfolgen soll.

Im Laufe der Jahre 2007 und 2008 wird das Konzept auf verschieden Messen und Ausstellungen präsentiert, woraus sich im September 2008 eine Kooperation mit der Schiffbauerfirma Danish Yacht aus Skagen ergibt.

Dabei geht es um ein ,AKOYA’ genanntes Wasserflugzeug mit faltbaren Flügeln, das auch an Bord einer Superyacht einfach verstaut werden kann. Unter dem Titel ,Projekt 116’ wird diese 38 m lange Superyacht von Espen Oeino designt. Das erste 2-Sitzige Modell soll im Sommer 2010 flugfähig sein, allerdings noch mit konventionellen Antrieb. Reservierungen werden bereits entgegengenommen.

Im Februar 2009 sichert der neue Projektpartner Trina Solar die Lieferung von 1.100 Stück monokristallinen Solarzellen für die Montage auf den Tragflächen und dem Höhenleitwerk des ‚Hy-Bird’ zu. Es scheint allerdings, als sei die Entwicklung später nicht weitergeführt worden, da sich LISA Airplanes nur noch mit dem Amphibien-Flugzeug AKOYA beschäftigt, mit dem man sogar im Schnee landen kann, und das ab 2011 auf diversen Luftfahrtmessen vorgeführt wird. Über den Flieger Hy-Bird ist dagegen nichts mehr zu hören.

Super Sport Gyrocopter

Super Sport Gyrocopter

Im Juni 2008 präsentiert Jai Reddy aus Plumstead, Cape Town, einen elektrischen, solarbetriebenen Hubschrauber, den er nach drei Jahren Entwicklungsarbeit und diversen Modellbauten international hat patentieren lassen. Nun hofft er darauf, innerhalb von acht Monaten die Zulassung der Südafrikanischen Flugbehörde für seinen ‚Super Sport Gyrocopter’ zu bekommen, um mit der Serienfertigung beginnen zu können. Leider ist es mir nicht gelungen, technische Details in Erfahrung zu bringen.

In Deutschland arbeiten Wissenschaftler am Institut für Luft- und Raumfahrtssysteme der TU Braunschweig ebenfalls an MAVs, darunter an dem Mikroflugzeug ,AutoMAV’ in der Gewichtsklasse bis 300 g, sowie an einem autonom operierenden Flugroboter ,Carolo’ mit einer Spannweite von 40 cm und einem Gewicht von 350 g (s.o.). Die maximale Flugzeit beträgt 45 Minuten, die Geschwindigkeit 70 km/h und die Reichweite über 50 km.

Im Juli 2008 findet in Braunschweig mit der EMAV 2008 eine internationale Konferenz zu diesem Thema statt. Neben wissenschaftlichen Vorträgen findet dabei auch ein Wettbewerb für automatische Kleinstflugzeuge statt.

An der Technischen Universität Berlin werden ähnliche Projekte seit 2006 am Fachgebiet Bionik und Evolutionstechnik verfolgt, wo eine Rotorlibelle entwickelt wird, die auf dem Handteller landen kann. Seitdem im Zuge der Handytechnik Bauteile wie Lithium-Polymer-Akkus existieren, die zwar winzig sind, aber dennoch ausreichend Energie liefern können, ist es möglich sogenannte Mikro-Air-Vehikel zu konstruieren, die kaum größer als ein Skarabäus sind.

Der Mikro-Hubschrauber ist als Koaxial-Rotor-Helikopter konstruiert, d.h. zwei Motoren treiben über zwei ineinander liegende Wellen zwei gegenläufig kreisende Rotorblatt-Duos an, die übereinander gestapelt sind. 2008 ist die Flügelspannweite der Rotorlibelle bereits auf knapp 8,3 cm geschrumpft, langfristig soll der Mini-Flieger auch mit Kameratechnik oder Detektoren ausgestattet werden.

Der Designer Roland Cernat aus Pforzheim, Absolvent der Universität Schwäbisch Gmünd, gewinnt im Juli 2008 mit seinem futuristischen Flugzeugkonzept den 1. Preis der Lucky Strike Junior Designer Competition.

Elektroflugzeug Oriens Grafik

Oriens (Grafik)

Sein energieeffizienter ‚Oriens’-Gleiter ist elektrisch betrieben und vollständig aus recyclebaren Materialen gefertigt (Oriens = lat. Sonnenschein). Die organisch geformte Hülle des Motorsegelflugzeuges besteht aus transparentem Polycarbonat, die Flügel und das Leitwerk sind mit Photovoltaik-Zellen laminiert. Im englischsprachigen Raum wird das Konzept auch als ,Bubble Plane’ bekannt.

Nicht ganz schlau werde ich aus dem vorn angebrachten, zylindrischen E-Motor/Propeller. Es scheint jedoch, als könne der Propeller im Gleitflug eingeklappt werden, wenn der ultraleichte Flieger ohne jeden Treibstoffverbrauch vorankommt. Die sehr weiten Flügel besitzen bionische Schlaufen-Winglets, das Leitwerk ist V-förmig, und an Bord befindet sich ein Notaggregat, das den Weiterflug auch bei unzureichendem Sonnenschein gewährleistet.

Ein weiterer elektrischer Hubschrauber stammt von Sean Herbert, der diesen nach zwei Jahren Entwicklungsarbeit im Oktober 2008 der Öffentlichkeit vorstellt.

Gemeinsam mit der in Sydney beheimateten Firma Wieland Helicopter Technologies hat Herbert eine ganze Produktreihe konzipiert, die 1-, 2-, 4- und 5-sitzige Versionen umfaßt, sowie eine kleine, unbemannte Ausführung. Der Hubschrauber, der sich insbesondere durch seine zwei gegenläufigen (Koaxial-)Propeller auszeichnet, die einen Heckpropeller überflüssig machen, sollen zu konkurrenzfähigen Preisen angeboten werden.

Im Moment beträgt die maximale Flugzeit des Elektro-Kopters nur 35 Minuten, was durch den Einsatz hochentwickelter Batterien jedoch verlängert werden soll. Das Unternehmen arbeitet außerdem an einer Wasserstoff-betriebenen Version ihres Hubschraubers, weil damit wesentlich größere Reichweiten möglich sind. Technische Details liegen noch nicht vor.

Endurance

Endurance

Studenten der University of Michigan (das SolarBubbles-Team) setzen gemeinsam mit dem Brennstoffzellen-Hersteller Adaptive Materials Inc. aus Ann Arbor Ende Oktober 2008 einen neuen Langzeit-Flugrekord mit ihrem funkferngesteuerten und von einer Brennstoffzelle angetriebenen Flugzeugmodell ,Endurance’, das eine Spannweite von gut 2,4 m aufweist.

Mit einer Flugzeit von 10 h 15 min. und 4 sek. übertreffen sie den bisherigen Rekordhalter, das ,Puma’ UAV von AeroVironment, das Anfang des Jahres ununterbrochen 9 h lang geflogen ist (s.o.). Als nächster Schritt wollen die Projektpartner versuchen, ihren Elektroflieger sogar für 20 h in die Luft zu bekommen.

Ebenfalls im Oktober 2008 wird in den Blogs über eine fünfjährige Förderung mit insgesamt 10 Mio. $ berichtet, welche die University of Michigan seitenes der US-Army erhält, um autonome, fliegende Minispione zu entwickeln.

Die ,COM-BAT’ genannten Roboter sollen 15 cm lang und von Sonne, Wind und Vibrationen angetrieben werden. Das Projekt umfaßt auch die Entwicklung winziger Stereo-Kameras, kleiner Gatter aus Richtmikrofonen, Detektoren für Radioaktivität und Giftgase – eben alles, was das Herz des militärisch-industriellen Komplexes begehrt.

Für die vorliegende Arbeit ist besonders Interessant, daß bei den ‚COM-BATs’ erstmals hocheffiziente Quantenpunkt-Solarzellen (Quantum Dot Cells) zum Einsatz kommen sollen. Das Projekt ist bei Erfolg um weitere 5 Jahre verlängerbar, wofür auch schon weitere 12,5 Mio. $ bereitstehen.

An einer ähnlichen Technologie arbeitet auch die niederländische Universität Delft. Hier wird eine künstliche Libelle namens ,DelFly’ entwickelt, deren durchsichtige Flügel aus einer feinen, hochfesten Spezialfolie, die von dünnen Kohlefaserstäben gehalten wird, 14 Mal in der Sekunde schlagen - angetrieben von einem winzigen Elektromotor. Zur Zeit reicht die Energie der 1 g leichten Lithium-Polymer-Batterie für eine 3-minütige Flugzeit.

Die ferngesteuerte Libelle aus der Familie der Micro Aerial Vehicles (MAV) kann sogar eine Kamera an Bord haben die mit einer Mustererkennungs-Software verknüpft ist, und dadurch den Insektenflug (um Hindernisse herum) nachahmen. Das 2008 präsentierte Modell ,DelFly Micro’ wiegt nur 3 g und hat eine Spannweite von 10 cm.

Mikroflieger DelFly Micro

DelFly Micro

Ein sogar autonom fliegendes Modell ,DelFly II’ wird im Juli 2010 auf der International Micro Air Vehicle Conference and Flight Competition vorgestellt, wo der mit einer winzigen Videokamera ausgestattete und 16 g schwere Flieger mit seinen Flügelschlägen eine Geschwindligkeit von 15 m/s erreicht (54 km/h). Hierfür hatte das Team eigens einen bürstenlosen Motor von 1,6 g Gewicht entwickeln müssen, der einen Wirkungsgrad von immerhin 60 % erreicht. Mit einer 130 mAh Akku-Ladung kann ein 15 Minuten langer Horizontalflug oder ein 8-minütiger Schwebeflug durchgeführt werden. Dafür gibt es dann auch den 1. Preis des Wettbewerbs.

Weitere Konzepte und Umsetzungen des Jahres 2008 im Bereich der fliegenden Miniaturroboter sind Systeme wie der ,Quadrokopter’ – ein tellergroßes selbststabilisierendes Fluggerät mit vier nebeneinander liegenden Rotoren, die von Elektromotoren angetrieben werden, und das es inzwischen bereits im Spielzeughandel zu kaufen gibt. Es ist genau diese Modellausführung, die in den Folgejahren immer weitere Verbreitung erfährt.

Die Quadrokopter-Struktur mit vier waagrecht rotierenden Propellern ist jedoch nicht neu, sondern hat sogar eine ganze Reihe von Vorläufern, angefangen von dem Drehflügler des französischen Luftfahrtpioniers Étienne Oehmichen, der schon 1920 mit seinen Experimenten begann, bevor er sich am 11. November 1922 erstmals mit seinem ,Oehmichen No. 2’ in die Luft hob. Etwas bekannter ist der ,Convertawings A’ aus dem Jahr 1956, der für die US-Army entwickelt wurde.

Wesentliche kleiner dimensionierte Entwicklungen sind eine mikro-elektromechanische Fliege mit einer Spannweite von knapp 25 mm und einem Gewicht von nur 60 Milligramm, die am Harvard MicroRobotics Lab. von Robert Wood entwickelt und von der DARPA finanziert wird - sowie das ‚Micromechanical Flying Insect’ der Universität Berkeley, ein Kunstinsekt von den Ausmaßen einer Schmeißfliege, das aus kaum mehr als einer dünnen Kohlefaserfolie besteht.

Fliegender Mikroroboter der Uni Harvard

Flying Microrobot (Harvard)

Die Kunststoff-Flügel des erelktromechanischen Insekts schlagen 250 Mal in der Sekunde und werden von einem Mini-Motor angetrieben, der auf piezoelektrischer Keramik basiert. Legt man dieser eine elektrische Spannung an, dann zieht sie sich – ähnlich wie ein kontrahierender Muskel – zusammen.

An der ETH Lausanne wiederum entwickelt Jean-Christophe Zufferey ein 10 g leichtes Kohlefaserflugzeug, das sogar zwei Kameras sowie Funksender, Gyroskop, Prozessor und Windmesser mit an Bord hat – und damit das Wahrnehmungsvermögen einer Stubenfliege besitzt. In den Vorstellungen der Entwickler inspizieren die künstlichen Fluginsekten Kraftwerke oder Fabriken um festzustellen, ob an unzugänglichen Stellen Gift austritt. Sie könnten auch nach einem Erdbeben ausschwärmen und in zusammengestürzten Häusern durch winzige Lücken schlüpfen, um nach Überlebenden zu suchen. Primär jedoch zeigt sich das Militär von den synthetischen Insekten fasziniert...

Forscher des Air Force Research Laboratory auf der Wright-Patterson Airbase im US-Bundesstaat Ohio arbeiten daher ebenfalls an der Entwicklung eines Spionage- und Kampfroboters, der so klein ist wie eine Stubenfliege. Im Jahr 2015 soll ein autonom fliegender Kundschafter in Vogelgröße fertig sein, im Jahr 2030 eine Version in der Größe eines Insekts. Bereits heute ist klar, daß auch diese Systeme alle elektrisch betrieben werden. Seit dem Vorjahr 2007 finanziert die Air Force Forscher an mehreren Universitäten, um den Flügelschlag von Fledermäusen und Insekten zu studieren und ihre biologischen Eigenschaften nachzuahmen.

Das Festo-Projekt des Jahres 2008 ist ein Indoor-Flugobjekt mit peristaltischem Antrieb namens ,AirJelly’, bei dem acht Tentakel die Kraft des elektrischen Antriebs aufnehmen und die schwebende, ferngesteuerte Qualle via Rückstoßprinzip sanft durch die Luft vorantreiben.

Kernelement ist ein mit Helium gefüllter Ballon, ein zentraler elektrischer Antrieb und eine intelligente, adaptive Mechanik. Der aus zwei Lithium-Ionen-Polymer-Akkus versorgte Antrieb überträgt seine Kraft auf ein Kegelrad und anschließend nacheinander auf acht Stirnräder, die über Kurbeln die acht Tentakel der Qualle bewegen. Der Firma zufolge sei es das erste mal in der Luftfahrtgeschichte, daß der Antrieb eines Ballons durch eine peristaltische Bewegung erfolgt.

Die letzte Meldung des Jahres betrifft die oben bereits beschriebene Methode, Flugobjekte mittels Hochleistungs-Laserstrahlen vom Boden aus mit Energie zu versorgen. Diesmal schlagen Taysir Nayfeh und sein Team an der Cleveland State University vor, die Unterseite von Flugzeugflügeln mit entsprechenden Solarzellen zu bestücken, die für die Aufnahme der Lichtenergie von unten geeignet sind. Anfänglich kann das System den Energieverbrauch an Bord senken und dadurch die Kosten und Emissionen senken, später – mit besseren Batterien und stärkeren Lasern - könne man sogar an eine Komplettversorgung denken. Ebenso ließe sich das System für Raumschiffe oder Satelliten im Orbit nutzen.


2009


Anfang März 2009 starten zwei elektrische Kleinflugzeuge vom Flugplatz Sywell in der Nähe von Northampton zu ihrem Jungfernflug. Es sind die ersten elektrischen Flugzeuge der kürzlich in Großbritannien eingeführten Klasse unter 115 kg. Diese Klasse wurde speziell eingeführt, um die Innovationen im Bereich der Leichtflugzeuge zu fördern.

Die zweimotorige Lazair-Zelle kanadischer Herkunft mit starrem Flügel und Kohlefaser-Propellern ist durch Paul Roberton von der University of Cambridge und Paul Dewhurst von der Firma FlyLight Airsports Ltd., einem in den Midlands beheimateten Hersteller und Importeur von Ultraleichtflugzeugen, konzipiert worden.

Das Antriebssystem des ,E-Lazair’ besteht aus zwei sehr leichten und bürstenlosen 10 kW Elektromotoren mit einem Gewicht von jeweils weniger als 2 kg, die von jeweils 12 Lithium-Polymer-Zellen mit 40 Ah gespeist werden. Insgesamt steht damit eine gespeicherte Leistung von 3,2 kW/h zur Verfügung.

Amphibische E-Lazair

Amphibische E-Lazair

Der einmotorige Drachenflieger (Flex-Flügel) basiert auf einem von Flylight hergestellten Dragonfly Trike und wird von einen in Deutschland entwickelten Elektromotor angetrieben. Die Flugzeuge fliegen erfolgreich 30 Minuten lang und erreichen dabei eine Höhe von 1.700 Fuß (~ 520 m).

Weitere Tests sollen die Entwicklung eines umweltfreundlichen und wesentlich weniger Lärm machenden persönlichen Flugzeugs voranbringen. Das Ziel dabei ist ein Flugzeug, das mit einem einzigen Ladevorgang zwei Stunden lang fliegen kann und eine Reichweite von 160 km besitzt.

Ein Dale Kramer baut sein E-Lazair übrigens im Jahr 2011 (?) zu einem Wasserflugzeug um und kann dieses auf der Flugmesse in Oshkosh mehrfach erfolgreich vorführen. Es gilt damit als das weltweit erste amphibische Elektroflugzeug.

Auf der CeBIT im März 2009 stellt die Technische Universität Ilmenau einen ca. 80 cm großen, elektrisch betriebenen ,Quadrokopter’ vor, der insbesondere in Katastrophengebieten schnell mobile Wi-Fi Netzwerke aufbauen soll, wo eine gesicherte Kommunikation von zentraler und sogar lebensrettender Bedeutung ist. Hier stellen fliegende ,Access Points’ eine schlagkräftige Unterstützung für die möglicherweise großflächig ausgefallene Infrastruktur der Mobilkommunikationsnetzwerke dar.

Mitte 2009 startet an der TU Ilmenau dann das von der DFG finanzierte Graduiertenkolleg ‚Selbstorganisierende Mobilkommunikationssysteme für Katastrophenszenarien’, in welchem die Entwicklung weiter vorangetrieben wird.

Die autonomen Roboter bestehen aus Standard-Bauteilen im Wert von ca. 300 € und sind mit Satelliten-Navigation, GPS und der VIA Pico-ITX-Hardware ausgestattet. Sie sollen verschiedene hochgelegene Punkte anfliegen, um von dort eine Netzabdeckung zu bieten. Um eine Gesamtflugzeit von 20 Minuten samt mehrstündigen Betrieb zu gewährleisten, wird eine 1.000 € teure Batterie eingesetzt.

Puma AE

Puma AE

AeroVironment erreicht mit seinem ,Puma AE’ (All Environment) UAS im März 2009 einen neuen Langzeit-Flugrekord von 9 h – und übertrifft damit den vom gleichen Modell im Juli 2007 aufgestellten Rekord um ganze zwei Stunden. Das elektrische Kleinflugzeug wird von Brennstoffzellen angetrieben und kann auch auf dem Wasser landen. Die Kommunikationsreichweite beträgt 15 km.

Daß auch die Hybrid-Technologie in die Flugwelt eindringt, belegt der Motor, den die deutsche Flight Design Flugsportgeräte GmbH entwickelt, ein seit den frühen 1980er Jahren aktiver Hersteller von Paraglidern und dreiachsgesteuerten Ultraleichtflugzeugen mit Sitz in Leinfelden-Echterdingen.

Der Hybridantrieb wird im April auf der AERO 2009 vorgestellt und als ein wesentlicher Zwischenschritt zu einem zukünftigen vollelektrischen Antrieb gesehen. Er umfaßt einen 13 kg schweren 40 PS Permanentmagnet-Synchronelektromotor, der über einen Riemenantrieb direkt mit einem konventionellen 115 PS Rotax 914 Flugzeugmotor verbunden ist und einen 5-minütigen ‚Boost’ erlaubt. Besonders bemerkenswert ist, daß der Motor auch regeneratives Bremsen erlaubt. Sobald der Pilot für den Abstieg die Leistung reduziert, wirkt der Propeller als Windrotor, dessen gewonnene Energie die 30 kg schweren, chemisch stabilen 130 V / 21 Ah Litium-Eisen-Phosphat Zellen (LiFePo) für den nächsten Flug wieder auflädt.

Der Hybridmotor zielt auf den kleinen Viersitzermarkt, bei dem üblicherweise Motoren mit 160 PS – 180 PS eingesetzt werden. Mit ersten Testflügen ist im Spätjahr 2010 zu rechnen. Um eine weitere Verbreitung zu finden soll der Hybridmotor auch als Nachrüstlösung für bestehende Flugzeuge angeboten werden, wobei als Zielpreis für den späteren Serienmotor 26.800 € (netto) angegeben werden.

Weltweit einzigartig ist bislang das Hydrogen-Ultraleichtflugzeug von Gérard Thevenot. Der Elektromotor des Luftfahrzeuges wird ausschließlich durch eine Wasserstoff-Brennstoffzelle versorgt, ohne einen Akku oder eine Batterie an Bord zu haben. Thevenot stellt seinen Flieger erstmalig auf der AERO 2009 der Weltöffentlichkeit vor. Das extrem leichte Fluggerät wiegt samt Pilot weniger als 130 kg (s.u.).

Der Förderverein für den manntragenden Elektroflug Silent Flight e.V. wird Mitte 1996 in Weingarten (Baden) gegründet. Das von Wolfgang Liehmann initiierte Experimentalprojekt ,DESiE’ (Doppelsitziges Segelflugzeug mit integriertem Elektroantrieb in Entenkonfiguration) geht allerdings nur langsam voran: Nachdem 1997/8 die Rohformen ausgefräst werden, beginnt Ende 2000das Laminieren der 4 Schalen für die Rumpf-Negativform. Auf der AERO 2001 werden dann der Positivkern des Rumpfes inklusive der beiden Positivkerne des Vorflügels gezeigt. 2002 werden die Module der Leistungselektronik für die Motoren hergestellt und die Formen für den Propeller fertig gefräst. Die Fertigung des Propellers selbst, dessen Design von Jürgen Arnold aus dem ICARÉ-Team stammt, wird der Firma Helix Propeller in Aachen übergeben. Nach zufriedenstellend verlaufenen Bruchtests liegen im Frühjahr 2003 drei komplette Propellersätze vor. Auch die Tests mit der Hard- und Software für die Kontrollinstrumente verlaufen erfolgreich.

DESiE (Modell)

DESiE (Modell)

Im Jahr 2003 unterstützt Prof. Walter Baur von der FH-Würzburg das Projekt mit zwei Diplomarbeiten, in denen es um Festigkeitsberechnungen und die Laminatbelegung von Rumpf und Flächen geht. Außerdem entsteht im Rapid Prototype-Verfahren aus dem Datensatz zum Fräsen des Positiv-Schaumkerns ein zerlegbares Rumpfmodell aus Kunststoff im Maßstab 1:12,5 – das auf der AERO 2003 gezeigt wird.

Im Laufe der Jahre 2004 und 2005 wird ein Mockup für Pylon, Cowling und in Rumpfunterteil GFK gebaut sowie das Schlaggelenk für den Propeller konstruiert und gefertigt. Auch eine Form für die Fertigung des Rohlings der Plexiglashaube ist inzwischen einsatzbereit, worauf die Firma Plexiweiss zwei Plexiglashauben fertigt. 2006 werden die Formen für den Flügelbau gefräst, außerdem beteiligt sich das Projekt an dem von der Stadt Ulm ausgeschriebenen Wettbewerb zum Berblinger Preis für Innovationen in der Allgemeinen Luftfahrt und belegt den 2. Preis, was der Vereinskasse immerhin ein Preisgeld in Höhe von 6.000 € bringt.

Die ‚DESiE’ soll spätestens im Jahr 2011 in der Luft sein, da dann der nächste Berblinger Preis winkt. Der zu Beginn der Auslegung zweiteilig konzipierte Vorflügel (Canard) ist inzwischen dreiteilig geworden. Die weiteren technischen Daten des konzipierten Flugzeugs lauten: Rumpflänge 5,45 m, Breite 1,18 m, Höhe 1,65 m, Spannweite 20,6 m, Flügelfläche 16,84 m2. Die sogenannte Rüstmasse des Fliegers beträgt 354 kg, das Gewicht des Energiespeichers 66  kg und die max. Abflugmasse (MTOW) 600 kg. Der 2-Blatt Faltpropeller mit einem Durchmesser von 2,2  m dreht sich mit max. 1.650 U/min und wird von 6 Elektromotoren, die gemeinsam auf die Welle zugreifen, mit einer Startleistung von 15,2 kW bzw. einer Reiseleistung von 3,8 kW angetrieben. Als Antriebsoptionen werden NiMH-Akkus, LiIon-Akkus, eine Brennstoffzelle bzw. Kombinationen aus diesen Optionen genannt.

Auf der AERO 2009 wird dann erstmals die ausgeformte Kanzel des zukünftigen Elektroseglers gezeigt.

HexaKopter

HexaKopter

Auf der Hannovermesse im April 2009 wird eine ferngesteuerte wie auch programmierbare ,universelle Schwebeplattform’ namens ,MikroKopter’ (auch ‚HexaKopter’) vorgestellt.

Je nach Version mit 4 bis 12 elektrischen Antrieben und einem Gewicht zwischen 600 g und 2 kg können die Flugroboter Nutzlasten von 250 g bis 1,5 kg transportieren. Die 11,1 V – 14,8 V / 2 Ah – 5 Ah Akkus erlauben Flugzeiten zwischen 15 min. – 30 min. Anbieter in Deutschland ist die Firma HiSystems GmbH in Moormerland, die entsprechenden Bausätze kosten zwischen rund 700 € und 1.500 €.

Das Design eines recheckigen UAV, das ebenfalls im April 2009 erstmal vorgestellt wird, stammt von der 2002 gegründeten britischen Firma VTOL Technologies Ltd., die an der University of Reading angesiedelt ist. Die patentierte Bauweise soll besonders stabil sein und bildet im Grunde einen Nurflügler mit jeweils einem Propeller an den Ecken. Sein Gewicht beträgt 3,25 kg, die Breite 125 cm, die Länge 61 cm und die Höhe 28 cm.

Weitere Vorteile sind des ,Flying Wing VTOL’ eine höhere Nutzlast und eine wesentlich verlängerte Flugzeit im Vergleich zu anderen senkrecht startenden UVAs. Ein Betrieb sei im Notfall mit 3 oder gar nur 2 Motoren gewährleistet, und die Flügelform erlaubt sogar eine Landung als Segler.

Die aktuellen Daten für das Konzept nennen eine maximale Flugdauer von 2 h, eine Schwebezeit von 30 min und eine Reichweite von 60 km mit Lithium-Polymer-Zellen als Energiequelle. Der Einsatz einer Brennstoffzellen-Technologie könnte diese Zahlen in den nächsten paar Jahren allerdings vervierfachen. (Im Februar 2010 gibt das Unternehmen bekannt, daß seine Robotflieger während der Olympiade 2012 in London für Sicherbelange eingesetzt werden sollen.)

Im April 2009 startet auch das bislang einzige bemannte solarbetriebene Flugzeug der Welt, der ,Sunseeker II’, zu einer fliegenden Europa-Tour über acht Länder: Italien, Frankreich, Spanien, Deutschland, Schweiz, Österreich, Ungarn und Slowenien. Das Solarflugzeug ist der Nachfolger des ,Sunseeker I’ (s.o.), der mit Hilfe von Günter Rochelt entwickelt wurde und bereits 1990 in 21 Flugetappen die gesamte USA überflogen hat.

In den vergangenen Jahren haben Eric und Irena Raymond und das Team von SolarFlight die Form und fast alle Funktionen verbessert, einschließlich einer Flügel-Modifikation, einer Steigerung der Solarzellenfläche sowie der Implementierung neuer Batterien, um die Leistung anzuheben. Dabei wird auch neue Technik für die Integration der jüngsten Generation von Solarzellen in das eigentliche Tragwerk entwickelt, anstatt sie einfach auf die Oberfläche zu kleben.

Sunseeker II

Sunseeker II

Das Flugzeug verfügt über einen einzigartigen wippenden Propeller, der Vibrationen drastisch reduziert. In den Flügeln sind 48 Zellen mit Lithium-Polymer-Batterien integriert, die von den Solarzellen in 90 Minuten voll aufgeladen werden können. Die Steuerelektronik für die Batterien und Solarzellen sind von Alan Cocconi konzipiert (s.u. Tzero Elektrofahrzeuge), während der Akku von Air Energy aus Aachen, Hersteller des Elektro-Motorgleiters,AE-1 Silent’, stammt  (s.o. 1997). Cocconi ist ebenso wie Raymond in die Entwicklung des ‚Solar Impulse’ von Bertrand Piccard involviert (s.u.).

Unter direkter Sonneneinstrahlung ist der ,Sunseeker II’ in der Lage, allein mit Solarenergie eine Fluggeschwindigkeit von 18 m/s zu erreichen, oder von 36 m/s (130 km/h), wenn auch die Batterien genutzt werden. Die weiteren aktuellen Spezifikationen lauten: Leergewicht 45 kg, inkl. Batterien 120 kg, Länge 7 m, Spannweite 15 m, Flügelfläche 12,8 m2, Sinkrate 0,5 m/sec, 1.152 Solarzellen auf 12 m2 Fläche, Wirkungsgrad 15 %, Li-Polymer Akku 16 Ah, Elektromotor 8 kW (andere Quellen: 5,5 kW), automatischer Klapp-Propeller am Ende des Rohrrumpfes 2,6 m Durchmesser, max. Drehzahl 900 U/min.

Der Start zur Europatour erfolgt auf der AERO Friedrichshafen 2009, wo Raymond auch einen Innovationspreis erhält. Nach Überflug der Alpen erreicht das Flugzeug im Juni über der Stadt Torino eine Rekordhöhe von 20.387 Fuß (6.214 m), außerdem gibt es eine Goldmedaille der World Air Games. Nach der Überquerung von Frankreich und Spanien endet die Tour Anfang Juli in der Küstenstadt Almeria.

Im August 2009 beginnt die Entwicklung des ,Sunseeker III/Solar Stemme’, eines zweisitzigen Reise-Motorseglers mit Solar-Antrieb, dessen Erstflug für 2010 geplant ist. Der Motorsegler mit 23 m Spannweite wird mit einem 20 kW E-Motor, Klapp-Propeller, Lithium-Polymer-Batterien und Solarzellen mit einen Wirkungsgrad von 22,8 % der Firma SunPower ausgerüstet. Weiterhin beteiligt sind die Schweizer Firma Mecaplax sowie Roman Susnik und dessen Firma Apis, die den Elektromotor liefern. Der Rumpf wird mit Unterstützung der Stemme GmbH bei deren Gleiterfabrik Allstar Gliders PZL in Polen gebaut, in den ehemaligen Formen des Solarseglers ,Icaré’ der Universität Stuttgart. Die Gesamtherstellung erfolgt in Slowenien, wo sich Raymond inzwischen niedergelassen hat.

Der ,Sunseeker III’ ist so konzipiert, daß er als Reise-Motorsegler mit reichlich Gepäckraum und Zuladung eingesetzt und auch bei Regen im Freien geparkt werden kann. Die Liegesitze des Cockpits erlauben wechselseitiges Steuern, während einer der Partner schläft, um auch lange Flüge durchführen zu können. Die Serienherstellung soll ab 2011 beginnen, außerdem will man mit dem neuen Flugzeug an dem Berblinger Wettbewerb 2011 in Ulm teilnehmen.

Das bereits 3. Electric Aircraft Symposium (EAS III) der CAFE Foundation findet im April 2009 im Hiller Aviation Museum in San Carlos, Kalifornien, statt. Diesmal wird mit dem Ausloben des ,Aviation Green Prize’ der Versuch gemacht, dem ,Prius der Lüfte’ etwas näher zu kommen (der ,Prius’ ist ein preislich günstiges und sehr erfolgreiches Hybridfahrzeug von Toyota). Ein Jahr später, im Sommer 2012, ist der Aviation Green Prize II geplant, bei dem die Teilnehmer 200 Meilen fliegen, ihr Flugzeug dann in weniger als 2 Stunden – mittels Solarpaneelen – wiederaufladen und anschließend weitere 200 Meilen fliegen müssen.

Tatsächlich gibt die NASA Juli 2009 diesen Wettbewerb bekannt, bei dem der Preis in Höhe von 1, 5 Mio. $ dazu anzuspornen soll, ultra-effiziente, anwendbare und sichere neue Flugzeuge zu entwickeln, die bei einer Geschwindigkeit von 160 km/h eine Reichweite von 380 km aufweisen... und dabei Umgerechnet nur 200 Passagier-Meilen pro Gallone verbrauchen.

Der Wettkampf um diesen Preis soll im Laufe des Jahres 2011 stattfinden, die Ergebnisse werden auf dem Charles M. Schulz Sonoma County Airport in Santa Rosa präsentiert. Die Veranstalter rechnen mit Teilnehmern, die alle Arten von Technologien als Antrieb einsetzen - Bio-Kraftstoffe ebenso wie Batterien oder Brennstoffzellen.

Ion Tiger

Ion Tiger

Das Naval Research Laboratory (NRL) arbeitet seit 2005 an UAVs mit alternativen Antrieben, insbesondere auf Grundlage von Brennstoffzellen. Im April 2009 wird erstmals über das Forschungsprogramm ,Ion Tiger’ berichtet, bei dem eine 550 W Brennstoffzelle eine militärische Drohne antreiben soll. Im Oktober 2009 absolviert das UAV erfolgreich einen Flug von 23 h 17 min., was einem inoffiziellen Flugzeitrekord entspricht (andere Quellen:  26 h 2 min.).

Ich werde im Kapitel Wasserstoff und Brennstoffzellen etwas ausführlicher darüber berichten. Im April 2013 erzielt das mit flüssigem Wasserstoff (LH2) betankte und von einem Elektromotor unbemannte Luftfahrzeug jedenfalls einen weiteren Rekord mit einer ununterbrochenen Flugzeit von 48 Stunden und 1 Minute.

Im Mai 2009 macht Auroras ,SunLight Eagle’ seinen Erstflug auf dem Unmanned Aircraft Systems Flight Test Center, das vom Physical Science Laboratory der New Mexico State University geleitet wird. Es handelt sich um ein solar betriebenes, unbemanntes Leichtflugzeug (UAV) mit einem Gewicht von 75 km und einer Spannweite von 34,7 m. Testflüge in größeren Höhen sollen im Sommer folgen.

Der Flieger ist ein Umbau des muskelbetriebenen ,MIT Light Eagle’ von 1987. Für die Testflüge, vom Las Cruces International Airport aus, werden die Pedale durch PV-Zellen, Elektromotor, Hochleistungs-Batterie und Flugkontrollsystem ersetzt.

Ein Hybrid-Passagierjet? Fast – denn die US-Firma Delta Airlines wird laut Pressemeldungen vom Mai 2009 bei zukünftigen Flugzeugen des Modells ,Boeing 737’ einen WheelTug Hybridmotor installieren lassen, der die Maschinen auf den Flughäfen bewegen soll, ohne daß hierzu die Triebwerke laufen müssen. Die Motoren werden die Gesamteffizienz verbessern, die Sicherheit während der Fahrten auf den Runways steigern sowie den Kraftstoffverbrauch und den Wartungsaufwand senken.


WheelTug (Grafik)

Mit dem WheelTug-System kann sich ein Flugzeug auch ohne Zugmaschine vorwärts oder rückwärts bewegen - über ein Paar Chorus Meshcon Elektromotoren, die an den Vorderrädern installiert sind. Der Strom hierfür kommt aus der sogenannten Auxiliary Power Unit, einer kleinen Zusatzturbine, die viel weniger Kraftstoff erfordert als die primären Motoren. Der Hersteller schätzt, daß eine mit dem WheelTug-System ausgestattete 737 fast 100.000 Liter Treibstoff pro Jahr einsparen kann.

Die WheelTug PLC ist eine Tochter der Chorus Motors PLC, die wiederum eine Tochtergesellschaft der in Gibraltar beheimateten Forschungs- und Entwicklungsfirma Borealis Exploration Ltd. ist. Kerngeschäft des Unternehmens ist die Entwicklung eines verbesserten Wechselstrom-Induktionsmotors. Die ersten Systeme sollen 2010 ausgeliefert werden.

Und dann kursiert in der Presse plötzlich folgendes Zitat:

"I have an idea for an electric plane - and really one that you can go supersonic in..."

Tesla-Gründer Elon Musk im Mai 2009


Leider gibt es noch keine weiteren Details zu den Vorstellungen, die Musk diesbezüglich umtreiben - man darf aber gespannt bleiben. Aber vermutlich ist Musk erst einmal mit seinen Raumfahrt-Projekten ausgelastet...

Hybrid Silent Sentinel (Grafik)

Hybrid Silent Sentinel (Grafik)

Nachtrag: In einem Interview Mitte 2012 erwähnt Musk einige der angedachten Spezifikationen seines Elektrofliegers: Solarzellen zur Energieversorgung, Überschallgeschwindigkeit und senkrechtes Starten und Landen. Außerdem spricht er von einem 5. Transportmodus, dem er den Arbeitstitel Hyperloop gegeben hat, ohne jedoch nähere technische Einzelheiten zu beschreiben. Möglicherweise handelt es sich um ein magnetbasiertes PRT-System. Ich freue mich schon, zu gegebener Zeit mehr darüber zu berichten.

Bye Aerospace, ein 2007 gegründetes Startup in Denver, Colorado, gibt im Mai 2009 bekannt, daß es zukünftig Dünnschicht-Solarzellen der Firma Ascent Solar Technologies in den Bau eines unbemannten Flugzeugs namens ,Hybrid Silent Sentinel’ (Hybrid RPV) integrieren wird. Der starke FJ33-15 Turbopropeller-Motor stammt von der Firma Williams International, während das Lithium-Ionen-Batteriesystem von Porous Power Technologies kommt. Der Einsatzbereich liegt primär – leider – wieder im militärischen Bereich.

Ascent wird deshalb ausgewählt, weil das Unternehmen ein flexibles und sehr leichtes Solar-Paneel mit einer Kupfer-Indium-Gallium-(Di)Selenid-Beschichtung (CIGS) auf einer Plastikfolie entwickelt hat, das einen Wirkungsgrad zwischen 7 % und 8 % aufweist (s.d.).

Sehr interessant ist das Konzept eines Mini-UAV nach dem Prinzip des spiralig herunterfliegenden Ahorn-Samens, das Forscher der University of Maryland im Mai 2009 vorstellen. Der ,Samara MAV’ Flieger in Handtellergröße gilt als der weltweit kleinste fernsteuerbare Einflügler, er ist das Ergebnis eines Dissertationsprojektes von Evan Ulrich, Darryll J. Pines und Steven Gerardi. In verschiedenen Clips kann man die Flugtauglichkeit des senkrecht aufsteigenden Prototypen ansehen, dessen Propellermotor von einer kleinen Batterie angetrieben wird. Mit einem 25 g schweren, 7,4 V / 480 mAh Lithium-Polymer-Akku beträgt die Flugzeit des damit insgesamt 75 g schweren ‚Samara-I’ (oder Samari) ca. 20 Minuten.

Samara MAV

Samara MAV

Ein Vorläufer sei bereits 1952 von Charles W. McCutchen in der Umgebung von Lake Placid, New York, zum Fliegen gebracht worden - und um das Jahr 2005 herum gab es einen Prototypen der Lockheed Martin Advanced Technology Laboratories namens ,MAVPro’, der einen Propeller mit 15 cm Durchmesser besaß und über 0,5 kg gewogen hat. Beide Modelle wurden allerdings nicht elektrisch angetrieben.

Die 2006 im Rahmen des Nano Air Vehicle Program der DRAPA von Lockheed Martin begonnene Entwicklung eines UAV-Monokopter-Modells ,Samarai’ soll später zwar eingestellt worden sein, doch 2009 tauchen Video-Clips auf, auf denen statt dem frühen, von Raketen angetriebenen und so gut wie manövrierunfähigen Modell, nun ein kleinerer, elektrisch betriebener und ferngesteuerter Einflügler zu sehen ist. Zumindest bis 2008 scheint das Projekt also weiterverfolgt worden zu sein. (Tatsächlich taucht das System im August 2011 wieder in der Presse auf, s.d.).

Die Falx Air Vehicles aus Staffordshire (s.o.) veröffentlicht im Mai 2009 das endgültige Design ihres geplanten hybrid-elektrischen Hubschraubers mit Schwenkpropellern. Das unbemannte Flugobjekt kann bis zu 70 kg Fracht transportieren oder für lang andauernde Überwachungseinsätze verwendet werden.

Den Strom für seine Elektromotoren erzeugt der Mini-Hubschrauber mit einem kleinen Wankelmotor, der einen Permanentmagnet-Generator antreibt und weniger als 10 Liter Kraftstoff pro Stunde verbraucht. Das Gesamtgewicht des Hybrid-Systems beträgt weniger als 24 kg. Im Falle eines Generatorausfalls kann der Flieger auch alleine mit Batteriekraft zur Basis zurückkehren.

An die Hauptwelle greifen zwei Gruppen von jeweils drei Motoren mit hoher Drehzahl, wobei der Hubschrauber selbst bei Ausfall von vier der insgesamt sechs Motoren noch sicher landen kann. Falx Air, das inzwischen unter dem Namen Falxair Ltd. und einer Adresse auf der Isle of Man firmiert, geht davon aus, daß in ein paar Jahre sogar zu 100 % elektrisch angetriebene Hubschrauber praktisch umsetzbar werden.

Die 2003 gegründete und in Singapur beheimatete Horizon Fuel Cell Technologies präsentiert im Juni 2009 eine spezielle Wasserstoff-Brennstoffzelle, die als Alternative zu den bislang üblichen Akkus in unbemannten kleinen elektrischen Fluggeräten konzipiert ist. (Zur Erinnerung: Zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen gibt es ein eigenes Kapitel, in dem ich diverse Herstellungsverfahren und Umsetzungen – darunter auch im Mobilitätsbereich – vorstelle, s.d.).

Die nur 2 kg wiegende Aeropak-Zelle speichert 900 Wh elektrische Energie und vermag die Flugdauer gegenüber Lithium-Batterien um das drei- bis vierfache zu steigern. Dies bedeutet eine größere Reichweite und auch mehr Energie für die mitgeführten Bordkameras, -sensoren usw. Die miniaturisierte Zelle funktioniert bis zu einer Flughöhe von 22.000 Fuß (= 6.700 m), und der Brennstoff in Form nachfüllbarer Trocken-Tankpatronen kann bis zu einer Leistung von mehreren Kilowatt skaliert und an unterschiedliche Plattformen angepaßt werden.

Boomerang

Boomerang

Ein Vorläufermodell der Aeropak-Zelle hatte es dem Mikro-UAV ,Pterosoar’ im November 2007 in Lancaster, Kalifornien, ermöglicht, mit 124,8 km (andere Quellen: 128 km) einen neuen Reichweiten-Rekord zu setzen (s.o.). Dieser Flieger ist eine gemeinsam Entwicklung des Dryden Flight Research Center, des US Air Force Office of Scientific Research und der National Science Foundation.

bEREITS Im August 2009 übernimmt als erster UAV-Hersteller die Firma Bluebird Aero Systems Ltd. mit Sitz in Kadima, Israel, die Aeropak Brennstoffzellen von Horizon als Antrieb für ihre Drohnen. Damit erreicht beispielsweise das 9 kg schwere Elektro-UAS (Unmanned Aerial System) ,Boomerang’ Flugzeiten von über 9 h.

Auch hier liegt die primäre Anwendung im Militärbereich, obwohl das System auch als ‚weltweit erstes mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebenes, kommerzielles, unbemanntes Flugsystem’ vermarktet wird. BlueBird und Horizon präsentieren ihr unbemanntes Flugsystem (Unmanned Aerial System, UAS) im August auf der aktuellen Konferenz der Association for Unmanned Vehicle Systems International.

Im Juni 2009 erfolgt der Jungfernflug eines weiteren Elektroflugzeugs. Im Zuge der World Air Games 2009 startet der ,SkySpark’ vom Aeritalia Flughafen in Turin aus auch zu einem erfolgreichen 8-minütigen Testflug, bei dem mit einer Spitzengeschwindigkeit von 252 km/h der erste offizielle Geschwindigkeitsweltrekord für Elektroflugzeuge gesetzt wird. Am Steuerknüppel sitzt der Italiener Maurizio Cheli, ein ehemaliger Astronaut, der inzwischen als Testpilot bei der Firma Alenia Aeronautica arbeitet.

Der Elektro-Flieger ist ein umgebautes Modell ,Alpi Aviation Pioneer 300’, das mit einem flüssigkeitsgekühltem, bürstenlosen 75 kW Valentino Synchron-Elektromotor von Sicme Motori sowie mit Lithium-Polymer-Batterien ausgestattet wird.

SkySpark E-Motor

SkySpark E-Motor

Ziel des Entwicklungsteams, an dem auch Studenten der Turin Polytechnic University beteiligt sind, und das seit 2006 an der Arbeit ist, ist eigentlich ein Flugzeug mit Brennstoffzellenantrieb, das eine Geschwindigkeit von 300 km/h erreicht und eine Reichweite von 500 km besitzt. Das Das Projekt mit dem Bandwurm-Namen Environmentally Friendly Inter-City Aircraft powered by Fuel Cells (ENFICA-FC) wird von der EU mit 2,9 Mio. € unterstützt. Partner des insgesamt 4,5 Mio. € teuren Projekts sind die Firmen METEC, Israel Aircraft Industries, Intelligent Energy, Evektor, Jihlavan Airplane, Air Products, Skyleader, APL und Mavel Elettronica sowie die Brno University of Technology und die Université Libre de Bruxelles.

Tatsächlich erlebt das inzwischen ‚Rapid200Fc’ benannte Experimentalflugzeug, dessen Endversion gemeinsam mit der italienischen Firma T&T Ultralight entwickelt wird, im Mai 2008 seinen Jungfernflug, bei dem das Hybrid-System aus einem 40 kW Propellermotor, einer 20 kW PEM-Brennstoffzelle und einem 20 kW Li-Po-Akku erfolgreich getestet werden. Die erreichte Flughöhe beträgt 213 m – und die Geschwindigkeit 130 km/h. Eine Woche später beginnen die offiziellen Demonstrationsflüge, ausgehend vom Flughafen Reggio Emilia, bei denen eine Geschwindigkeit von 135 km/h erreicht wird, mit kurzzeitigen Spitzen bis zu 150 km/h. Die Flugdauer erreicht 45 Minuten. Hochgeschwindigkeits-Testflüge werden im Dezember 2009 durchgeführt.

Ende Juni 2009 wird das Solarflugzeug ‚Solar Impulse’, über das ich bereits seit 2006 berichte (s.o.), erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt - in einer leicht abgespeckten Testversion. Die Kennung des trotzdem noch gigantischen Fliegers lautet ,HB-SIA’ – er ist 21,85 m lang, 6,4 m hoch und besitzt eine Spannweite von 63,4 m (während der Planungsphase wurden 80 m genannt), was einer Flügelfläche von 200 m2 (zuvor 220 m2) entspricht. Auf den Flügeln und dem Höhenleitwerk sind 11.628 Silizium-Solarzellen der SunPower Corp. mit einem Wirkungsgrad von mehr als 22 % installiert, welche die 4 Stück 6 kW Elektromotoren versorgen und das Flugzeug bis zu einer Geschwindigkeit von 70 km/h beschleunigen sollen.

Die vier Lithium-Batterien zur nächtlichen Stromversorgung der Motoren, die von der Firma Air Energy aus Aachen stammen, wiegen jeweils 100 kg, während das Gesamtgewicht des Flugzeugs 1.600 kg beträgt. Die bienenwabenförmigen Einzelelemente des Fliegers bestehen aus karbonfaserverstärktem Kunststoff. Die ersten Testflüge sollen gegen Ende dieses Jahres stattfinden, und im Jahr 2010 soll das Flugzeug eine maximale Flughöhe von 28.000 Fuß (8.500 m) erreichen und 36 Stunden lang nonstop fliegen.

Tatsächlich erfolgt Anfang Dezember 2009 ein erster kurzer Testflug auf dem Militärflugplatz Dübendorf in der Nähe von Zürich, bei dem das Solarflugzeug etwa 1 m hoch rund 350 m weit schwebt. Im nächsten Jahr soll das Flugzeug umfangreiche Tests durchlaufen, die in Süddeutschland stattfinden werden, anschließend will das Team um Bertrand Piccard und André Borschberg bis 2011 erste Langstreckenflüge, wie eine Atlantiküberquerung, realisieren.

Irgendwann im Jahr 2012 will Piccard dann gemeinsam mit einem weiteren Piloten in einer größeren Version des HB-SIA von Dubai aus zur Weltumrundung in Etappen starten. Piccard und Boschberg werden sich bei ihrer geplanten 20-tägigen Weltumrundung im Cockpit bei einigen Zwischenlandungen im Rhythmus von 36 h abwechseln. Denn aus Gewichtsgründen gibt es in dem Solar-Flieger nur einen Platz – die 160 kg Nutzlast reichen gerade einmal für einen Passagier, einen Fallschirm, eine Rettungsinsel, Wasser, Nahrung und Sauerstoff.

Eisenloser Cocconi-Motor

Eisenloser Cocconi-Motor

Im Zusammenhang mit dem ‚Solar Impulse’ Projekt entwickelt Alan Cocconi einen völlig neuen 15 kW Elektromotor, der bei 800 U/min eine Dauerleistung von bis zu 180 Nm Drehmoment erreicht. Der 43 cm durchmessende Motor wiegt dabei nur 8 kg, da nur die elektrischen Elemente aus Metall (Kupferdrähte und Magnete) bestehen, während die tragende Struktur aus Karbonwerkstoffen gefertigt ist.

Mitte Juni 2009 macht das möglicherweise ‚erste kommerziell erhältliche Elektroflugzeug’ seinen Jungfernflug in der Yuneec-Fabrik nahe Shanghai, China. Von den ersten Zeichnung bis zum fertigen Prototyp dauert die Entwicklung weniger als 6 Monate (!).

Das ‚Yuneec E430’ ist ein zweisitziges, einmotoriges Sportflugzeug der LSA-Klasse, das an jeder 230 V-Steckdose aufgeladen werden kann. Das Null-Emissions-Flugzeug, das Geräusch- und Vibrationsarm sein soll, wird von einem 40 kW Motor angetrieben (54 PS bei 2.450 U/min), der durch einen 72 kg schweren Lithium-Polymer-Akku (3 Packs) gespeist wird. Die volle Aufladung dauert zwischen 3 und 4 h, wobei die Stromkosten für eine Stunde Flug vom Hersteller mit 2,20 € angegeben werden. Die Lebensdauer der Batterien beträgt 12.000 - 15.000 Zyklen oder rund 3.000 Flugstunden, ihr anschließender Austausch kostet 6.500 $ bis 7.000 $ pro Pack. Voll aufgeladen kann das Flugzeuge 2,5 h lang fliegen, mit einem weiteren Akkupack in der Kabine kann eine Person bis zu 3,5 h lang fliegen.

Die weiteren Spezifikationen lauten: Spannweite 13,8 m, Rumpflänge 6,68 m, Leergewicht 178 kg (ohne Batterie), maximales Startgewicht 430 kg, Startgeschwindigkeit 65 km/h, Fluggeschwindigkeit 90 km/h. Der Preis beträgt 89.000 $, in den Verkauf gehen soll der Elektroflieger Ende 2011.

Ende Juni wird das Flugzeug in einem Container nach Kalifornien verschifft, um dort auf dem Camarillo Airport die für den Erhalt der FAA Zertifizierung notwendigen Tests zu absolvieren, bevor es während der EAA AirVenture 2009 in Oshkosh, Wisconsin, im Juli erstmals der Öffentlichkeit präsentiert wird. Yuneecs Gründer Tian Yu gibt zeitgleich Pläne für eine Fabrik in Shanghai bekannt, die im Oktober eröffnet und im weiteren Verlauf des Jahres mit der Produktion beginnen soll.

Yuneec E-PAC

Yuneec E-PAC

In Oshkosh stellt das Unternehmen auch seine elektrische Paraglider-Einheit ,E-PAC’, den elektrisch angetriebenen Hanggleiter ,E-Delta’ sowie das Ultralight-Flugzeug ,E-Spyder’ vor. Da sich das Fliegen mittels elektrisch angetriebenen Paraglidern zunehmender Beliebtheit erfreut, werde ich dieser Technik ein eigenes Kapitelteil widmen (in Arbeit).

Der einsitzige ,E-Spyder’ ist 5,6 m lang, 1,55 m hoch und hat eine Spannweite von 11 m. Die Flügelfläche beträgt 17,5 m2. Bei einem Leergewicht von 115 kg (inkl. Batterien 145 kg) erreicht das Ultraleicht-Flugzeug ein Startgewicht von 235 kg, was einer maximalen Zuladung von 90 kg entspricht. Der Yuneec Power Drive 20 Elektromotor leistet 20 kW (27 PS) und wiegt weniger als 10 kg, während der 66,6 V / 70Ah Lithium-Polymer-Akku aus 18 Zellen besteht und 30 kg wiegt. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 75 km/h, die maximale Flugdauer mit einer Batterieladung 1 h.

Motor und Batterien des E-Spyder

Motor und Batterien des E-Spyder

Bei einem ersten Testflug im Juli 2009 in Connecticut erreicht der Luftfahrtdesigner und Pilot Tom Peghiny mit dem ,E-Spyder’ eine Flughöhe von 122 m und eine Geschwindigkeit von sogar 88 km/h. Das elektrische Ultraleicht-Flugzeug basiert auf dem Flightstar-Rahmen, den Peghiny bereits Anfang der 1980er Jahre entwickelt hat. Peghiny und Yu hatten während der Aero Expo in Friedrichshafen im April dieses Jahres eine Vereinbarung geschlossen, um gemeinsam ein FAA-zertifiziertes Elektro-Ultraleichtflugzeug zu entwickeln. Der neue Kleinstflieger, für den in den USA kein Pilotenschein erforderlich ist, soll schon vor Ende des Jahres auf den Markt gebracht werden – zu einem Preis von rund 24.000 $.

Ebenfalls auf der AirVenture Show 2009 in Oshkosh präsentiert Randall Fishman, dessen Einsitzer-Sportflugzeug ,ElectraFlyer C’ (mit Energierückgewinnung!) bereits im Mai 2007 zum ersten Mal geflogen ist (s.o.), einen neuen, zweisitzigen ,ElectraFlyer X’, mit dem man 2 Stunden lang und mit einer Geschwindigkeit von 130 km/h herumfliegen kann – sobald der Prototyp fertig ist und die Flugtests bestanden sind.

Anfang Juli 2009 startet vom Flughafen Hamburg mit der ,Antares DLR-H2’ das weltweit erste pilotengesteuerte, mit Brennstoffzellen betriebene Elektroflugzeug zu seinem Jungfernflug, das vom Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zusammen mit den Projektpartnern Lange Research Aircraft GmbH, BASF Fuel Cells und Serenergy (Dänemark) entwickelt worden ist. Es handelt sich um eine im Verlauf von 18 Monaten und für knapp 3 Mio. € umgerüstete ‚Antares 20E’.

Der 1-Personen-Flieger hat eine Spannweite von 20 m, sein Gewicht beträgt 660 kg, und die Reichweite 750 km bei 5 h Flugzeit. Der Wasserstoff-Drucktank (gasförmig, 2 kg, gegen 4,9 kg Behälter austauschbar) und die 25 kW Brennstoffzelle sind in zwei Außenlastbehältern unter den verstärkten Flügeln angebracht. Sie bedeuten je 100 kg zusätzliches Gewicht. Die Gesamteffizienz des Antriebs vom Tank bis zum Antriebsstrang inklusive Propeller liegt mit bis zu 44 % etwa doppelt so hoch wie bei herkömmlichen, auf Verbrennungstechnik basierenden Antriebstechniken.

Antares DLR-H2

Antares DLR-H2

Der Flieger wird in Hamburg bei Lufthansa Technik beheimatet sein und dort in den folgenden drei Jahren die Brennstoffzellenaktivitäten des DLR im Rahmen des Fuel Cell Labs als fliegender Versuchsträger verstärken. Im November 2009 stellt das durchschnittlich 115 km/h schnelle Elektroflugzeug auf einem 69-minütigen Flug mit 2.558 m Flughöhe einen Höhenrekord auf. Für den Sommer 2010 sind weitere und längere Testflüge geplant.

Schon Ende 2008 hatte sich übrigens gezeigt, daß die erwartete Lebensdauer der ‚Antares 20E’ Antriebsbatterie (72 Batteriezellen des Typs SAFT VL41M) durch natürliche Alterung deutlich über den bisherigen Annahmen von nicht mehr als 3.000 Zyklen und 20 Jahren liegt. Die Batterie arbeitet in einem Spannungsbereich von 212 V – 288 V und mit einem maximalen Strom von 160 A. Die gespeicherte Energie beträgt etwa 14 kWh. Da diese Akkus auch in den aktuellen europäischen Satelliten, Militärdrohnen und -flugzeugen, dem Airbus 380 und vielen anderen Hochtechnologie-Anwendungen eingebaut werden, ist ihre Verfügbarkeit bis zum Jahr 2031 gesichert.

Die gleiche Batterie wird auch im Antrieb des ,Arcus E’ Verwendung finden, der auf dem bewährten ,Antares 20E’ Antrieb basiert. Im Jahr 2009 arbeitet die Firma Schempp-Hirth Flugzeugbau GmbH aus Kirchheim unter Teck, einer der ältesten Segelflugzeughersteller der Welt, an diesem doppelsitzigen Hochleistungs-Segelflugzeug der 20 m-Klasse, das es auch als Eigenstarter mit Elektroantrieb geben soll. Das Unternehmen kooperiert dabei mit der Firma Lange Aviation in Zweibrücken, wo das Triebwerk auch eingebaut und betreut wird. Ende 2009 befindet sich der erste ,Arcus E’ von Schempp-Hirth bereits in der Endmontage.

Mark H. Beierle, Entwickler von Ultraleicht-Flugzeugen und Chef der Firma Earthstar Aircraft in Santa Margarita, Kalifornien, arbeitet auch an einer Elektroversion seines ‚Gull 2000’ Modells, das irgendwann unter dem Namen ‚eGull’ auf den Markt kommen soll. Besonders prädestiniert dazu ist der einsitzige Flieger durch sein geringes Gewicht von rund 112 kg. Die Spannweite des ,Earthstar Electric E-Gullbeträgt 6 m, er befindet sich allerdings noch im experimentellen Stadium.

Mitte 2009 stellt Beierle sein Elektroflugzeug in Arlington vor, wo er auch erfolgreich 5-minütige Demonstrationsflüge in 90 m Höhe absolviert. Anschließend wird das Akku-Pack ausgetauscht, worauf erneut abgehoben werden kann.

Ein weiteres solarbetriebenes UAV für den Langzeitbetrieb wird an der australischen Queensland University of Technology in Brisbane entwickelt. Der ‚Green Falcon’ soll primär zur Früherkennung von Buschfeuern eingesetzt werden, die in Australien jedes Jahr viele Leben und Millionen an Dollars kosten. Trotz der auf 250 g begrenzten Nutzlast ist der solare Falke daher mit den modernsten Fernerkundungs-Warnsystemen ausgestattet.

Green Falcon

Green Falcon

Der von dem Studenten Wessam Al-Sabban und dem Luftfahrtingenieur Dr. Felipe Gonzalez gebaute Flieger absolviert im Juni 2009 erfolgreich seine ersten Testflüge und soll bereits 2011 voll einsatztauglich sein – sofern die hierfür noch benötigten 50.000 A$ - 80.000 A$ zusammenkommen. Das von Hand zu startende UAV wiegt ohne Nutzlast 4 kg und hat eine Spannweite von 2,5 m. 28 hocheffiziente monokristalline Solarzellen speichern tagsüber zusätzlichen Strom in Li-Io-Batterien für den Nachtflug. Neben regulären Videokameras hat der Kleinflieger auch Infrarot-Kameras an Bord, um auch nachts Hilfe bedürftige Menschen finden zu können. Ab November 2009 wird das Konzept im Melbourne Museum präsentiert – als einer der Gewinner des Design-Wettbewerbs des Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) 2009 mit dem programmatischen Titel: Fire.

Nachdem die erste Phase des Nano Air Vehicle (NAV) Programms des DARPA Defense Sciences Office (DSO) zuende ist (September 2007 bis Januar 2009), bei dem es um die Entwicklung einer fliegenden Roboter-Drohne nach dem Vorbild der Kolibris geht (Tailless Flapping Wing Flight), bekommt das Forschungs- und Entwicklungsunternehmen AeroVironment im Juli 2009 einen Folgevertrag in Höhe von 2,1 Mio. $ für die Phase II, die bis Mitte 2010 dauern soll.

Ziel ist ein etwa 10 g leichtes, batteriebetriebenes Fluggerät, das 8 Minuten fliegen und eine Minute lang in einem 2 m Radius in der Luft schweben kann, im Vorwärts- und Rückwärtsflug 17,7 km/h erreicht, und außerdem Böen von bis zu 2 m/s widerstehen kann, ohne mehr als 1 m abzudriften. Eine Flugzeit von 20 Sekunden wird zwar schon im Dezember 2008 erreicht, was den Auftraggebern aber noch viel zu wenig ist.

Bei einem e-flight Treffen am Rande des diesjährigen EAA AirVentures Ende Juli 2009 in Oshkosh stellen Konstrukteure und weitere Interessierte am Elektroflug einen Marschplan auf, um Elektro-Flieger möglichst bald in die Luft zu bekommen. Dabei geht es um eine Anpassung von Regeln und um klare spezifische Definitionen für Elektroflugzeuge. Datenmaterial aus Europa soll den Prozeß beschleunigen, wo in Deutschland mit den Flugzeugen ,Antares 22E’ und ‚Silent AE1’ (s.o.) bereits zwei zugelassene E-Motorsegler existieren. Ein nächstes Treffen der e-flight Interessierten ist während der e-flight-expo im Rahmen der AERO 2010 geplant.

Das in meinen Augen bislang schönste Elektro-Solarflugzeug, die ‚Solair II’ des verstorbenen Günter Rochelt, wird im Juli 2009 mit neuen Motoren ausgerüstet und beweist auch in der verkürzten Version von 14 m Spannweite ihre Flugtauglichkeit, bevor sie im Seminarraum im 2. Stock der Firma Schwille GmbH einen neuen Ausstellungsplatz findet (als Flugversion hatte die Spannweite 20 m betragen).

Die flexiblen Farbstoff-Solarzellen (Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC), die im Rahmen einer multidisziplinären Forschungsinitiative an der University of Washington entwickelt werden, sollen unbemannten Drohnen der US-Airforce zu längeren Flugzeiten verhelfen, meldet die Fachpresse Ende Juli 2009.

Hierfür werden die neuen ‚flugtauglichen’ Solarzellen durch die Kombination einer flexiblen Folie und einer dünnen Glas-Beschichtung mit transparenten, leitfähigen Elektroden hergestellt. Das Forschungsteam entdeckt außerdem, daß DSSC-Zellen aus organischen Materialien, die neben den Farbstoffen auch einen Film mit Mottenaugenstruktur verwenden, in der Lage sind, Photonen einzufangen und sie in ‚synthetische Elektronen’ umzuwandeln.

Peace Roboter (Grafik)

Peace Roboter (Grafik)

Daß Flugdrohnen nicht nur zu militärischen Zwecken mißbraucht werden müssen, beweisen vier junge Designer der Meisterklasse Esslinger am Institut Design der Universität für Angewandte Kunst in Wien. Unter dem Motto „Wir können nicht den Krieg beenden, aber wir können die Menschen an der Teilnahme hindern!“ kursiert ihr Designentwurf im August 2009 in den entsprechenden Blogs. Ihre elektrisch betriebenen Quadrokopter mit dem Namen ‚Peace Roboter’ sollen den Vereinten Nationen als eine Ad-hoc-Interventionseinheit dienen.

Als nicht-letale Systeme sollen sie Krisenherde entschärfen und zum Schutz von Zivilisten beitragen. Die Flug-Roboter sind selbststeuernd, werden in Schwärmen eingesetzt und unterliegen selbstverständlich den UN-Grundsätzen der Neutralität und Überparteilichkeit in Krisengebieten. Man kann dem Konzept nur viel Glück zur Umsetzung wünschen.

Im August 2009 wird mit einem Ultraleichtflugzeug der legendäre Ärmelkanal-Flug von Louis Blériot wiederholt, mit dem großen Unterschied, daß die Maschine diesmal von einem modernen Elektromotor angetrieben wird, der seine Energie via Brennstoffzelle aus einem Wasserstofftank bezieht.

Im September 2009 stellt die Belgische Firma Flying-Cam, die seit 1988 im Bereich der professionellen Filmaufnahmen mittels ferngelenkten Kleinhubschraubern aktiv ist, erstmals ein rein elektrisch betriebenes Modell vor. Der ,III E Special Aerial Response Autonomous Helicopter’ (SARAH) ist mit einem programmierbaren Autopiloten ausgerüstet und kann verschiedene Nutzlasten aufnehmen. In der Standardkonfiguration wiegt der Elektro-Helikopter 25 kg, genauere technische Leistungsangaben usw. konnte ich bislang nicht finden.

Einen Höhenrekord für Mini-Drohnen schaffen Studenten der Stanford University im September 2009. Ihr autonomes Miniaturflugzeug ,Blue Panther’ mit einem Gewicht von 450 g und einer Flügelspannweite von rund 1 m steigt auf dem Dryden Flight Research Center der NASA, einem ausgetrockneten See in der Mojave-Wüste, ohne Fernsteuerung bis in 2.177 m Höhe auf. Bei einem weiteren Versuch schafft es der Elektroflieger sogar bis in eine Höhe von fast 2,5 km, driftet dabei aufgrund schlechter Windverhältnisse aber zu weit vom Kurs ab und aktiviert den Absturz-Modus, der verhindern soll, daß sich das Flugzeug aus der festgelegten Flugzone hinaus bewegt. Aufgrund der daraus resultierenden Schäden wird die erreichte Höhe nicht als erfolgreicher Rekordversuch gewertet.

Die vier verschiedenen extrem leichten Miniaturflugzeuge des Teams sind aus handelsüblichen Materialien wie Balsaholz und Isolierschaum gefertigt. Die Energie für den 100 W Elektromotor des besten Modellfliegers liefert ein Akku mit 2.100 mAh. Mit an Bord sind ein GPS-Empfänger und ein Luftdruckmeßgerät. Mit der gegenwärtigen (nicht näher spezifizierten) Akku-Konfiguration schafft es das Flugzeug etwa 90 Minuten in der Luft zu bleiben, ohne Nutzlast.

Im September 2009 gibt das Entwicklungsteam des ,Hydrogenius’ (s.o.) bekannt, daß man sich an dem Green Flight Challenge der NASA 2011 beteiligen wird, sofern die für den Bau des Fliegers benötigten 300,000 € zusammenkommen. Gemeinsam mit der slowenischen Firma Pipistrel wird mit dem Bau des Brennstoffzellen-Flugzeugs begonnen, bis Ende des Jahres sind schon die Flügel und weitere Komponenten fertig. Der Erstflug ist für 2010 geplant.

Im Oktober 2009 wird über vom Pentagon finanzierte Versuche an der UC Berkley berichtet, lebendige Flugkäfer als ferngesteuerte Spione einzusetzen. Mittels eines aufgeklebten Chips ist es bereits gelungen, die armen Insekten über Funkimpulse zu steuern – wobei zur Energieversorgung des Empfangs- und Steuerchips (und der mitgeführten Spionagesonden) mit piezoelektrischen Systemen sowie Solarzellen experimentiert wird, bislang allerdings noch erfolglos.

Zephyr

Zephyr

Der bereits mehrfach erwähnte unbemannte Solarflieger ‚Zephyr’ der Firma QinetiQ führt im November 2009 in Yuma, Arizona, weitere Versuchsflüge durch, die diesmal vom britischen Verteidigungsministerium und der Abteilung Defense Research and Engineering der US Navy finanziert werden. Ziel ist die Evaluierung potentieller Nutzlasten sowie ein durchgehender Betrieb über mehr als fünf Tage.

Das in Kohlefaser-Bauweise hergestellte UAV hat inzwischen eine Spannweite von 22,5 m und wiegt (ohne Nutzlast) etwas mehr als 50 kg. Das von Hand zu startende Flugzeug ist mit Lithium-Schwefel-Batterien der Firma Sion Power Inc. ausgestattet.

Der vermutlich weltweit erste brennstoffzellenbetriebene Modellhubschrauber absolviert im Oktober 2009 einen erfolgreichen 20-Minuten-Flug. Der ferngesteuerte Heli der United Technologies Corp. (UTC) hat eine PEM-Brennstoffzelle an Bord, sein Rotordurchmesser beträgt 2 m, die elektrische Leistung 1,75 kW. Es sind noch weitere und länger andauernde Testflüge geplant, ob jedoch auch schon an einem bemannten Brennstoffzellen-Hubschrauber gearbeitet wird, ist nicht bekannt.

Nur 2,6 g wiegt der 10 cm lange Flugroboter, den Hiroshi Liu von der Universität Chiba nahe Tokio Ende 2009 erstmals präsentiert. Er fliegt wie ein Kolibri und seine vier kleine Plastikflügel schlagen bis zu 30-mal in der Sekunde. Ferngesteuert wird der Mikroflieger über Infrarot. Die Entwicklung des Kolibri-Roboters ,Hummbot’ kostete umgerechnet 1,5 Mio. € (!).

Chiba Hummbot

Chiba Hummbot

Dafür soll er eingesetzt werden um Menschen zu retten, die in eingestürzten Gebäuden eingeschlossen sind, nach Kriminellen suchen oder sogar als Sonde auf dem Mars operieren. Technische Details gibt es nicht – und das Projekt wird weiter Geld verschlingen, da der Flieger noch mit einer Kamera ausgestattet werden soll.

Auf mich macht das Ganze allerdings den Eindruck einer teuren und unsinnigen Doppelentwicklung, wenn man diesen Flatter-Roboter z.B. mit dem bereits ein Jahrzehnt zuvor entwickelten ‚MicroBat’ vergleicht (s.o.).

Im November 2009 gewinnt die Firma LaserMotive aus Seattle, Washington, die erste Sufe des Power Beaming Wettbewerbs während den Space Elevator Games der NASA, was mit einem Preisgeld von immerhin 900.000 $ verbunden ist. Dabei geht es darum, eine Art Fahrstuhlplattform in der Größe eines Café-Tischchens drahtlos mit Energie zu versorgen, damit diese einen Strang hinaufsteigen kann, der bis in den entfernten Erdorbit reicht.

Die jüngsten, in Zusammenarbeit mit Boeing erzielten Erfolge beruhen auf Fortschritten bei billigen und energieeffizienten Diodenlasern, und es gelingt, eine 4,8 kg schwere Plattform mit 13 km/h auf eine Höhe von 900 m steigen zu lassen – an einem Kabel, das von einem Hubschrauber senkrecht hochgehalten wird.

Das Unternehmen will mit seinem System langfristig unbemannte Luftfahrzeuge, Fernsensoren und Militärbasen auf diese Art und Weise mit gesendeter Energie versorgen. Das ultimative Ziel ist es allerdings, große Mengen von Solarstrom zur Erde zu strahlen (s.u. Solarsatelliten). Wir werden in den Folgejahren noch öfter von dieser Firma hören.

Joby Design Grafik

Joby Design (Grafik)

Ein äußerst ansprechendes Design für ein elektrisch betriebenes, mit 8 ultraleichten Motoren senkrecht startendes und landendes Fugzeug wird 2009 von der Firma Joby vorgestellt, die sich ansonsten mit der Nutzung von Höhenwind-Drachenkraftwerken beschäftigt (s.d.).

Der geplante Einsitzer mit einer Spannweite von 11 m und einer Länge von 7 m soll eine Reichweite von 160 km besitzen und eine Geschwindigkeit von 160 km/h erreichen. Die maximale Flughöhe des nur 135 kg schweren Fliegers beträgt 3.000 m. Als Antrieb sind Lithium-NCMN-Batterien mit 17 kWh vorgesehen, die den Takeoff mit 72 kW und den Normalflug mit 12 kW versorgen.

Ende 2009 konkurrieren die Firmen Aurora Flight Sciences, Boeing und Lockheed Martin bei der Entwicklung eines ,Vulture II’ Modells, einem kleinen Prototypen, der zuerst 30 Tage und in einer zweiten Phase 90 Tage lang fliegen soll. Der Sieger soll anschließend im Rahmen eines 155 Mio. $ Vertrags ein Flugzeug in Originalgröße bauen. Die Spezifikationen verlangen eine Spannweite von 150 m, eine Fluggeschwindigkeit von 225 km/h und eine Flughöhe von 70.000 Fuß (~ 21.335 m). Die Antriebsenergie darf dabei nur aus Solarzellen auf den Flügeln gewonnen werden.

Festos Projekt im Jahr 2009 ist ein ,AirPenguin’, der in einem von Ultraschall-Sendern definierten Luftraum selbstgesteuert herumfliegt. Voraussetzung dafür ist die Weiterentwicklung der Steuerungs- und Regelungstechnik zu selbstregulierenden biomechatronischen Systemen.

Die Firma präsentiert eine Gruppe von drei autonom fliegenden Pinguinen, die sich innerhalb des von Ultraschall-Sendestationen erfaßten Raumvolumens frei bewegen können, wobei ihnen ein Mikrocontroller den ,freien Willen’ gibt, diesen Raum selbständig zu erkunden. Die von der Schwanzflosse eines Fisches abgeleitete bionische Fin Ray-Struktur wird hier zum ersten Mal auf den dreidimensionalen Raum erweitert.

 

Weiter mit den Elektro- und Solarflugzeugen 2010...