Die Technische Hochschule Wildau entwickelt einen neuen Ansatz für hochfliegende unbemannte Plattformen: Verbundflugzeuge, die sich erst in großer Höhe zu einer Formation zusammenfügen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt seit 2025, wie die TH Wildau kürzlich mitteilte.
Herausforderungen der Höhenluftfahrt
Weltweit entwickeln zahlreiche Firmen sogenannte HAPS (High-Altitude Pseudo-Satellite oder High-Altitude Plattform System), die dank Solarenergie monatelang in der Stratosphäre in ca. 20 Kilometern Höhe im Einsatz bleiben und Aufgaben übernehmen sollen, die sonst eher Satelliten innehaben, z. B. Kommunikation, Erdbeobachtung und Aufklärung. Um möglichst energieeffizient fliegen zu können, müssen solche Flugzeuge sehr leicht sein und über eine riesige Spannweite verfügen. Doch genau diese Kombination wird beim Aufstieg durch die turbulente Troposphäre zum Problem. Viele bisherige Projekte scheiterten, weil die langen, filigranen Tragflächen den Belastungen nicht standhielten.
Das Team um Projektleiter Prof. Alexander Köthe verfolgt deshalb einen neuartigen Ansatz: Mehrere robuste Einzelflugzeuge steigen getrennt auf und verbinden sich erst in der ruhigen Stratosphäre in etwa 20 Kilometern Höhe – "ein bisschen wie Lego-Steine", so Prof. Köthe.
Schwarmintelligenz für präzises Andocken
Die größte Herausforderung liegt dabei nach Angaben von Prof. Köthe im Kopplungsvorgang. Beim Kontakt zwischen zwei Flugzeugen entstehen massive Wirbelschleppen und damit große Kräfte und Momente, die während der Kopplung ausgeglichen werden müssen.
Das Forschungsteam setzt deshalb auf Multi-Agenten-Systeme (MAS). Bei diesem dezentralen Ansatz besitzt jedes Flugzeug einen eigenen Regler. Die beteiligten Flugzeuge kommunizieren drahtlos und tauschen kontinuierlich Daten über Position und Kräfte aus. Fällt ein Regler aus, kann das betroffene Flugzeug aus der Formation gelöst werden, während die restlichen ihre Mission sicher fortsetzen.
Energieeffiziente Flugbahnen
Der Fokus des Projekts liegt zunächst auf der mathematischen Modellierung. Dabei müssen Flugbahnen berechnet werden, die so energieeffizient wie möglich sind. Die Flugzeuge müssen präzise von oben oder unten an den Verbund herangeführt werden; ein seitliches Verschieben sei physikalisch kaum realisierbar, so die TH Wildau in einer Pressemitteilung.
Zur Validierung entwickelt das Team eine hochgenaue Simulationsumgebung. Zudem planen Prof. Köthe und sein wissenschaftlicher Mitarbeiter Janik Hopf praktische Versuche mit kleinen Drohnen, um die Theorie auch experimentell zu überprüfen.
Bis Verbundflugzeuge Realität werden, ist es jedoch noch langer Weg. "Es ist ein Grundlagenprojekt. Wir betreten wissenschaftliches Neuland. Es müssen Lager konstruiert, Systemarchitekturen implementiert und Sicherheitsnachweise erbracht werden. Es gibt also noch sehr viel zu tun, bevor solche Verbünde beispielsweise Internet in entlegene Gebiete bringen", sagt Prof. Köthe.
