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Versuch macht klug

Forschungsflugzeuge im Dienst von Luftfahrt und Umwelt

Forschungsflugzeuge und -hubschrauber erproben neue Flugverfahren, Materialien oder Technologien, sammeln Daten über unsere Umwelt, fliegen dabei entweder extrem langsam oder superschnell und wagen sich auch in höchste Höhen.

Forschungsflugzeuge im Dienst von Luftfahrt und Umwelt

Schon in der Frühzeit der Fliegerei tauchten technische Probleme auf, welche die Konstrukteure nicht am Zeichenbrett lösen konnten, und mit der stürmischen Entwicklung des Flugwesens kam der Empirie eine immer größere Rolle zu. Darunter verstehen wir eine auf Beobachtungen, gezielten Versuchen und praktischen Erfahrungen basierende wissenschaftliche Methode, aus der Schlüsse für die nächsten Entwicklungsschritte gezogen werden können. Vor allem im Deutschland der 20er und 30er Jahre erklomm so die Flugforschung bis dahin unerreichte Höhen.

Indessen zeigt sich bis heute, dass selbst in Zeiten von Großrechnern und computergesteuerter Simulationen auf den praktischen Versuch nicht verzichtet werden kann. Im Vorleben eines jeden Fluggeräts kommt einmal der Punkt, an dem die Konstrukteure wissen wollen, ob das Erdachte auch praktikabel ist, wobei wir hier nur von Teilaspekten einer Entwicklung sprechen, von neuen Materialien beispielsweise, bestimmten Konstruktionsweisen oder ganzen Baugruppen wie zum Beispiel Triebwerken. Dann schlägt die Stunde der Forschungsflugzeuge.

Typische Vertreter sind Trägerflugzeuge für die Triebwerkserprobung, in der Regel vierstrahlige Großflugzeuge, bei denen eines der Standardaggregate von dem neuen, zu testenden ersetzt wird. Manchmal wird auch  der neue Antrieb als fünfter neben den vier bewährten installiert, und meist sind in der Kabine auch gleich die Aufzeichnungs- und Auswertungsapparaturen untergebracht. Als typisches Beispiel zeigen wir auf diesen Seiten die Iljuschin IL-76 LL des Flugforschungsinstituts der russischen Luftstreitkräfte in Shukowskij bei Moskau. LL steht dabei für „Letajuschtschaja Laboratorija“ (fliegendes Laboratorium), und davon gibt es in Russland eine ganze Menge. Manche davon tragen allerdings das „LL“ nur für eine bestimmte Zeit, wie einst das Überschallflugzeug Tupolew Tu-144D (RA-77114), das von 1995 bis 1998 im Auftrag von Boeing möglichst umfangreiche Datensätze erflog, die für die Entwicklung eines künftigen US-amerikanischen Überschalljets Bedeutung haben könnten.

Während die Russen um die Zahl und Zweckbestimmung ihrer Forschungsflugzeuge nach wie vor ein großes Geheimnis machen, kann man sich – nicht zuletzt dank des Internets – über jene in anderen Ländern recht schnell ein Bild verschaffen. Allein beim Armstrong Flight Research Center der NASA (früher Dryden) auf der Edwards AFB in Kalifornien haben sich im Laufe der Jahrzehnte zahlreiche Forschungsflugzeuge in Flottenstärke in die Luft erhoben, deren Testmissionen die zivile und militärische US-Luftfahrt immer weiter gebracht haben – wenn auch nicht immer im gewünschten Sinn, aber auch eine schlechte Erfahrung ist eben auch eine Erfahrung.

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Mars-Landeradar an einer F/A-18 und ein abgetrennter Flügel

Das Landeradar für die Raumsonde Mars Science Laboratory wurde mit einer F/A-18 der NASA erprobt. Foto und Copyright: NASA

Wie vielfältig die Aufgaben all dieser Fluggeräte sind, soll das Beispiel der Boeing F/A-18 (852) illustrieren, die im Jahre 2011 in einem speziellen Quick Test Experimental Pod unter dem linken Flügel das Landeradar des Mars Science Laboratory testete, mit dessen Hilfe am 6. August 2012 der Marsrover Curiosity auf der Planetenoberfläche abgesetzt wurde. Ein ziemlicher Extremfall war hingegen die bewusste Abtrennung einer Tragfläche bei einem der Test-Kampfflugzeuge, das anschließend dank einer ausgeklügelten Flugsteuerungssoftware dennoch sicher gelandet werden konnte. Schließlich findet man noch heute Bilder und Videos von einem Passagierjet im Netz, den die NASA vor Jahren ganz bewusst auf dem Salzsee in der Mojave-Wüste zum Absturz gebracht hat, weil sie Kraftstoff-Zusätze erproben wollte, die eigentlich ein Entflammen im Katastrophenfall verhindern sollten. Genau das Gegenteil passierte indessen, der Jet fackelte mit viel Rauch und Feuer ab und die NASA war wieder um eine Erfahrung reicher.

Zum Forschungsflugzeug kann aber auch eine ganz normale Serienmaschine erhoben werden, die am Ende ihrer Dienstzeit noch einmal für ganz bestimmte Tests herangezogen wird, in deren Folge mit starken Beschädigungen bis hin zum Totalverlust gerechnet werden muss. So geschehen bei einer abgeschriebenen Boeing 747 auf dem Flugplatz von Mojave, bei der die Auswirkungen von Bombenexplosionen im Frachtraum getestet wurden, wie sie ja auch zur Pan Am-Katastrophe von Lockerbie geführt hatten. Auftraggeber waren hier sowohl die Flugzeughersteller als auch mehrere Airlines, die wissen wollten, wie man sich vor den fatalen Folgen von Terroranschlägen schützen kann. Unter anderem ging es dabei auch um die Erprobung spezieller Gepäckcontainer, die selbst die Explosion von Kofferbomben überstehen sollten.

Üblicherweise werden die meisten der NASA-Testberichte auf hohem wissenschaftlichem Niveau allen Interessenten zur Verfügung gestellt, denn die Agentur ist eine Anstalt des öffentlichen Rechts und wird aus Steuergeldern finanziert. Die meisten dieser Dokumente, selbst aus den fünfziger und sechziger Jahren, findet man mittlerweile im Internet. Andere Institutionen sind da nicht so freigiebig, vor allem naturgemäß jene mit militärischem Hintergrund. Als Beispiele seien hier nur das Naval Air Systems Command (NAVAIR) der US Navy in Patuxent River, die WTD 61 der Bundeswehr in Manching oder das Flugtestzentrum Centre d‘Essais en Vol der französischen Streitkräfte in Istres-Le Tube genannt, und das sind nur ein paar, von denen man überhaupt weiß. In China oder Indien sowie in weiteren Ländern hingegen gibt es ebenfalls militärische Forschungszentren, über denen jedoch ein dichter Schleier der Geheimhaltung liegt.

Neben der NASA betreibt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt einen bunten Flottenmix aus den verschiedensten Starr- und Rotorflüglern, darunter als größte die A320 D-ATRA und die Gulfstream G-650 HALO. Sogar Segelflugzeuge gehören zu dieser Spezialflotte, die auf den Forschungsflughäfen Braunschweig und Oberpfaffenhofen stationiert ist und deren Missionen sie hin und wieder sogar in weit entfernte Gegenden unserer Erde führen. Dabei werden die Einsätze oft in internationaler Kooperation geplant und durchgeführt, denn das reduziert die Kosten, erhöht aber gleichzeitig den Nutzen für alle Beteiligten. Am Betrieb von HALO beispielsweise beteiligen sich zahlreiche europäische Wissenschaftsinstitutionen, denn das DLR hätte allein nicht die Kosten für die Beschaffung, den Umbau sowie die Flüge tragen können, denn eines gilt für alle Forschungsflugzeuge: Ihr Unterhalt ist recht teuer!

Zum Erprobungsprogramm für Technologien, welche das Fliegen besser und vor allem sicherer machen sollen, gehören unter anderem neue Avionik- und Flugführungssysteme, Mittel und Methoden zur Verringerung des Fluglärms bei Flugzeugen und Hubschraubern, aerodynamische Modifikationen, welche die Strömungsverhältnisse verbessern oder auch alternative Kraftstoffe und neuartige Antriebe mit wesentlich reduziertem Schadstoffausstoß. Angesichts stark wachsender Luftverkehrszahlen gibt es hier ein breites Netzwerk zwischen der Industrie und Forschungseinrichtungen, das schon längst keine Ländergrenzen mehr kennt.

Gleichzeitig fliegen aber weltweit auch viele dieser Luftfahrzeuge im Interesse des Umweltschutzes, der Erd- und Meeresbeob-achtung oder der Atmosphärenforschung. Vor einigen Jahren beispielsweise taten sich russische und deutsche Forscher zusammen und schickten im Jahr der Geowissenschaften 2002, zeitgleich mit dem ESA-Umweltbeobachtungssatelliten ENVISAT, das Höhenflugzeug M-55 Geofisika von Mjasischtschew in die Stratosphäre, wo beide die Physik und Chemie der Atmosphäre und der Ozonschicht sowie die Einflüsse des Treibhauseffekts untersuchten. Mit einer Tonne Messinstrumenten bestückt, flog die M-55 drei Jahre lang im Auftrag der Wissenschaftler, zu denen sich auch Kollegen aus Großbritannien, Frankreich, Italien und der Schweiz gesellten.

Für ähnliche Zwecke nutzt die NASA ein Höhenflugzeug ER-2, die Zivilversion der Lockheed U-2, die ebenfalls enorme Höhen erreicht. Tradition bei den US-Forschern hat auch bereits die „Operation IcBridge“, bei der seit Jahren Forschungsflugzeuge wie DC-8 oder Lockheed P-3 Veränderungen im Polarkreis beobachten und vermessen, um so Schlussfolgerungen für Änderungen im globalen Klimasystem ziehen zu können. Bei der Bestimmung der Dicke der Eisdecke oder von Gletscherbewegungen werden so auch Lücken in den Beobachtungen spezieller Satelliten, wie ICESat (NASA) oder Cryosat (ESA) geschlossen.

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Mit Drohnen gelingen sehr hohe, weite und lange Flüge

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Ohne den Einsatz der weltweiten Forschungsflotte wären die Wissenschaftler oftmals „blind“ bezüglich der zahlreichen Probleme unseres Planeten. Dabei nutzen sie zur Realisierung ihrer Forschungsprojekte auch mehr und mehr unbemannte Flugzeuge oder Drohnen, wie zum Beispiel die Dryden Remotely Operated Integrated Drone der NASA (DROID), ein Kleinflugzeug, mit dem NASA-Ingenieure ein Warngerät bei zu großer Bodenannäherung von Flugzeugen der General Aviation testeten. Einfach die Software auf einem Smartphone installieren, und schon tritt der kleine Helfer im Gefahrenfalle in Aktion. Einfach ist es allerdings nur für die Nutzer, für die Entwickler war die ganze Sache schon komplizierter.

Das größte unbemannte Forschungsflugzeug weltweit ist die Global Hawk von Northrop Grumman, von der die NASA zwei Exemplare betreibt. Diese von einem militärischen Aufklärungsflugzeug abgeleitete Zivilmaschine punktet mit großer Höhe, vor allem aber mit enormer Reichweite und Missionsdauer. Sie kann mit 900 Kilogramm wissenschaftlicher Nutzlast 19 800 Meter Höhe erreichen und ist damit geradezu prädestiniert für die Atmosphärenforschung, und wenn wir schon einmal bei den Größten sind: Die Boeing 747 SOFIA mit einem Stratosphärenteleskop an Bord wird nur noch von einigen Triebwerksträgern übertroffen. Betrieben wird sie gemeinsam von der NASA und dem DLR, womit die deutschen Experten zur ersten Liga gehören.

FLUG REVUE Ausgabe 03/2014

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