Die Luftfahrtbranche steht vor dem Hintergrund des Klimawandels verstärkt im Fokus gesellschaftlicher Debatten. Innovationen hin zu einem klimafreundlicheren Luftverkehr rücken dabei immer mehr in den Vordergrund. Anlässlich der Nationalen Luftfahrtkonferenz am 21. August 2019 in Leipzig präsentiert das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) seine Kompetenzen und Forschungsarbeiten in den Bereichen alternative Treibstoffe, elektrisches Fliegen, unbemanntes Fliegen und Atmosphärenforschung. Die DLR-Forschungsflugzeuge HALO, Do-228 D-CFFU sowie der Fliegende Hubschraubersimulator EC-135 FHS sind vor Ort.

Konzeptentwurf "Electric Flight Demonstrator"

Hybridelektrische Antriebe sind eine Schlüsseltechnologie und wichtiger Wegbereiter zur Realisierung des elektrisch angetriebenen Fliegens. Dieses bietet das Potential die CO2-, Stickoxid- und Lärm-Emissionen deutlich zu senken auf dem Weg zum "Zero Emission Aircraft". So werden elektrische Antriebssysteme in Zukunft sowohl im Individual-Luftverkehr (Urban Air Mobility) als auch im Bereich der Zubringerflugzeuge (Commuter) zum Einsatz kommen und neue Flugzeugkonfigurationen ermöglichen. Während bisher nur batterie-elektrisch angetriebene Kleinflugzeuge in Betrieb sind und sich hybrid-elektrische Kleinflugzeuge in der Flugerprobung befinden, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit den Industriepartnern Siemens¹, MTU Aero Engines und RUAG Aviation eine Machbarkeitsstudie für ein 19-sitziges Testflugzeug auf Basis einer Dornier Do-228 erstellt.

Die Studie zeigt gute Erfolgschancen für den Umbau und die Erprobung eines nationalen "Electric Flight Demonstrator", der über ein vollwertiges elektrisches Antriebssystem in der 500 kW-Leistungsklasse in den Ausbaustufen batterie-elektrischer Betrieb und hybrid-elektrischer Betrieb mit zusätzlichem Gasturbinengenerator verfügt. Die Testplattform in der Commuter-Größe ermöglicht umfangreiche Forschungsarbeiten und die Weiterentwicklung zur Verwendung von Wassersoff als Energieträger, um die Potentiale des elektrischen Fliegens für eine faire Umweltbilanz des Luftverkehrs auf Kurz- und Mittelstrecke zu heben. Die Do-228 D-CFFU, die im Bereich Erdbeobachtung für das DLR im Einsatz ist, zeigt auf der Nationalen Luftfahrtkonferenz mit einer Sonderbeklebung die Größe solch eines Erprobungsträgers.

Alternative Treibstoffe in der Luftfahrt

Synthetische Treibstoffe, die zum Beispiel aus Erdgas (Gas to Liquid, GtL) oder Biomasse (Biomass to Liquid, BtL) hergestellt werden, besitzen ein hohes Potenzial für einen umweltfreundlicheren Luftverkehr. Im Gegensatz zu konventionellem Kerosin kann die chemische Zusammensetzung bei synthetischen Treibstoffen durch entsprechende Herstellungsverfahren kontrolliert werden. Dies ermöglicht – unabhängig vom Triebwerk – bessere Verbrennungseigenschaften und weniger Schadstoffbildung.

Im Projekt "ECLIF" (Emission and CLimate Impact of alternative Fuels) untersuchte das DLR in Flugversuchen gemeinsam mit Partnern, wie die Eiskristallisation bei der Kondensstreifenbildung und Schadstoffemissionen solcher Treibstoffe in großen Höhen ablaufen. Ziel ist das sogenannte "Fuel Design", also die Gestaltung und Optimierung eines möglichst emissionsarmen Treibstoffs der Zukunft mit genau definierten Eigenschaften, wie etwa geringerer Rußbildung und Verringerung der Klimawirkung von Kondensstreifen-Zirren. Ein Exponat auf der Konferenz zeigt zwei Flammen, eine mit herkömmlichem Kerosin und eine mit Treibstoff auf GtL-Basis, wobei sich direkt die unterschiedliche Rußneigung der beiden Treibstoffe zeigt. Durch die erheblich reduzierte Anzahl an aromatischen Kohlenwasserstoffen rußt der GtL-Treibstoff sehr viel weniger als herkömmliches Kerosin.

Atmosphären- und Klimaforschung mit HALO

Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude Long Range), eine modifizierte Gulfstream G550, ist wegen der Kombination aus Reichweite, Flughöhe, Nutzlastkapazität und umfangreichen Instrumentierungsoptionen eine weltweit einzigartige Forschungsplattform für Messungen zu aktuellen Fragen der Atmosphären- und Klimaforschung sowie auch für die Erdbeobachtung. Der Fokus liegt dabei auf Messungen, für die die maximale Flughöhe von bis zu 15 Kilometern sowie die lange Reichweite bis zu 8000 Kilometern und zehn Stunden Flugzeit entscheidend sind. Das fliegende Labor, das mit einer Vielzahl unterschiedlichster Messmethoden ausgestattet werden kann, ist auf der Konferenz zu sehen.

Ab September 2019 wird HALO für einen Monat nach Rio Grande im Süden Argentiniens aufbrechen. Ausgestattet mit einem bereits installierten neuen laserbasierten LIDAR (Light Detecting and Ranging) planen die Forscher von dort aus Flüge über die angrenzenden Ozeane und Richtung Antarktis, um bis in 80 Kilometer Höhe atmosphärische Schwerewellen zu messen. Atmosphärische Schwerewellen beeinflussen das Wetter und sind ein Faktor im Verständnis des Klimasystems der Erde. HALO ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen.

Unbemannt-bemanntes Fliegen im Team

Die Fluggeräte von morgen werden auch unbemannte Flugsysteme sein. Die Branche erfährt derzeit ein rasantes Wachstum einhergehend mit neuen Konzepten und Technologien. Mit der neuen "Urban Air Mobility" zeigen sich für den Lufttransport in und zwischen Städten ganz neue Potenziale. Dabei werden diese neuen Elemente der Luftfahrt aber eine große Herausforderung für das Management des unteren Luftraums darstellen. Mit dem neuen DLR-Testzentrum für unbemannte fliegende Systeme in Cochstedt bei Magdeburg stellt das DLR die dafür notwendige Forschungsinfrastruktur auch Partnern zur Verfügung. Im Herbst 2018 erprobte das DLR in Cochstedt beispielhaft den Formationsflug des DLR-Hubschraubers EC-135 FHS und des unbemannten Kleinhubschraubers SuperArtis, wie er bei Erkundungsflügen nach Naturkatastrophen nötig ist. Beide Fluggeräte sind auf der Konferenz zu besichtigen und stellen das Forschungsthema bemannt-unbemannter Teamflug dar. Zudem probte SuperARTIS im vergangenen Jahr bei Flugversuchen in der Dominikanischen Republik die unbemannte Zustellung von Hilfslieferungen.

¹ Im Juni 2019 haben Rolls-Royce und Siemens eine Vereinbarung über den Verkauf der eAircraft-Einheit von Siemens unterzeichnet. Der Abschluss der Transaktion wird für Ende 2019 erwartet.