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Elektro- und Solarfluggeräte

2006


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.

Versuchsflugzeug Zephyr

Zephyr

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 ein Einsitzer-Fluggerät zu seinem Jungfernflug, 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.


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 Prof. 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.

Lightcraft Modell

LightCraft

Die Grundlage dafür sei das LightCraft-System, über das Myrabo seit den frühen 1980er Jahren nachdenkt, als er noch im Rahmen des Anti-Raketen-Schild-Projektes ‚Star Wars’ tätig war. Gemeinsam mit dem US-amerikanischer Science-Fiction- und Thriller-Autor Dean Charles Ing – der zudem Luftfahrtingenieur bei der U.S. Airforce und Universitätsprofessor war – schreibt Myrabo eine Popularisierung dieses und anderer unkonventioneller Antriebskonzepte, die 1985 unter dem Titel ,The Future of Flight’ erscheint. Einen weiteren Motivationsschub giebt es 1988, als der Wissenschaftler und Ingenieur Arthur Robert Kantrowitz die Idee vorbringt, Satelliten mittels Lasern zu starten.

Praktische Versuche beginnt Myrabo gemeinsam mit Franklin Mead, einem Wissenschaftler der  U.S. Air Force, im Jahr 1996 – und 1999 zeigen die Tests, die in Zusammenarbeit mit der U.S. Army auf dem White Sands Übungs- und Testgelände in New Mexico durchführt werden, die grundlegende Verwendbarkeit von Boden-basierten Lasern, um Objekte fliegen zu lassen.

Kernelement des trichterförmigen LightCraft Flugobjekts ist ein Reflektor von paraboloider Form, der die vom Laser erzeugte Hitze konzentriert und die Materie im Brennpunkt auf 10.000 - 25.000°C aufheizt (andere Quellen: bis 30.000°C) – wodurch explosiver Schub entsteht, der den Flugkörper beschleunigt. Während der Pause zwischen zwei Impulsen strömt wieder kühles Gas vor den Reflektor, das beim nächsten Impuls erhitzt den Flugkörper erneut beschleunigt. Die Stabilisierung des Flugkreisels erfolgt mittels winziger Düsen, aus denen komprimierter Stickstoff gejagt wird, um den Kreisel auf 6.000 U/m zu beschleunigen.

Bislang hat Myrabo mit verschieden großen Modellen über 140 erfolgreiche Demonstrationsflüge durchgeführt. Die ersten von 1999 wiegen 25 g, werden von einem 10 kW Infrarot-Laser angetrieben und erreichen eine Höhe von rund 30 m – was mit dem ersten Raketen-Testflug von Robert Goddard vergleichbar ist.

Im Oktober 2000 wird ein neuer Flugrekord mit einem Flug von 10,5 Sekunden und dem Erreichen einer Höhe von 72 m aufgestellt. Dabei wird ein repetitiv gepulster 10 kW CO2 Laser genutzt. Das jüngste LightCraft wiegt 1 kg, besteht aus hochtemperaturbeständiger Keramik und kann – zumindest theoretisch – vom Boden aus mit einem Megawatt-Laserstrahl bis in den Orbit befördert werden.

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 Kleinwagens Swatch (aus dem später der Smart wurde), der ursprünglich mit einem Hybridantrieb ausgestattet werden sollte.

Die nun vorgestellte 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. Mehr darüber weiter unten.


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 (Draganflyer), wie sie inzwischen fast in jedem Kinderzimmer (und bei vielen Erwachsenen) zu finden sind.

Das 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 im Teil E verweise (s.u. Informationen).

Ähnlich interessante Festo-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 €).


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.

NASA-Solarvogel Grafik

NASA-Solarvogel (Grafik)


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 angetriebene 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 rund 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-Konferenz im Juni 2007 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 finden können – sachdienliche Hinweise wären daher sehr willkommen.

Electric Airplane

Electric Airplane


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.


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 präsentieren 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 hinaus 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.


Im diesem Jahr 2007 gründen ehemalige Wissenschaftler und Ingenieure der Bell Labs und von Lockheed Martin die Firma Sunlight Photonics Inc. in Edison, New Jersey, als Entwickler von fliegenden Solar-Kommunikationssystemen und -diensten. Das Hauptaugenmerk liegt auf den Sunfleets – Gruppen von Solar-UAVs mit robustem Flugzellen-Design, leichten Solarzellen, Formations-Flugsteuerungssoftware und Kommunikations-Nutzlasten.

SUNLINK-X Grafik

SUNLINK-X (Grafik)

Das Modell SUNLINK-X UAV ist für Langzeit-Missionen in großen Höhen konzipiert und soll eine Plattform für Sunfleet-Netzwerke bieten, die für Breitband-Wireless- und Internet-Dienste gedacht sind. Es kann eine Kommunikations-Nutzlast von 10 kg tragen und mit über 250 W versorgen. Die PV-Zellen und die Kommunikationsantennen sind in multifunktionale Oberflächen integriert. Die Plattform ist so konzipiert, daß sie autonom oder als Teil einer Sunfleet arbeitet.

Die Sunfleet-Kommunikationsnetzwerke bestehen aus interaktiven Flotten quasi-stationärer, langlebiger, hochfliegender und solarbetriebener SUNLINK-X UAVs, die in der Stratosphäre in Höhen zwischen 15 km und 21 km arbeiten. Nutzlasten und Stromerzeugung werden innerhalb der Flotte verteilt und für jahrelange Missionen optimiert.

Im Mai 2014 gibt Sunlight Photonics die Einführung des für Tagesreisen in niedrigen bis mittleren Höhen ausgelegten Modells SUNLINK-5 bekannt, das eine fortschrittliche Flugzeuggestaltung mit einem leistungsstarken PV-Stromsystem kombiniert, und eine 2,5 kg schwere Nutzlast (andere Quellen: 5 kg) mit bis zu 100 W unterstützen kann. Es ist für kommerzielle und zivile Anwendungen gedacht.

Als Investor wird die VenEarth Group LLC aus San Francisco angegeben – und auf der Firmenhomepage werden 29 US-Patente genannt, auf denen die Technologie des Unternehmens basiert. Anschließend ist jedoch nie wieder etwas über die Sunlight Photonics zu hören.

 

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