TEIL C

Elektro- und SolarfluggerÄte

2009

Als Vorläufer aller späteren Drohnen, die zum Schmuggel benutzt werden, kann der Spielzeughubschrauber betrachtet werden, der im Januar 2009 in Großbritannien eines Nachts von Wärtern des Elmley Gefängnis in Sheerness, Kent, dabei beobachtet wurde, wie er über die Gefängnismauern zu den Unterkünften flog, nachdem er von Überwachungskameras aufgenommen worden war. Er hatte eine kleine Ladung unter dem Rumpf, die vermutlich Drogen oder ein Handy enthielt.

Da das Personal das Gefängnis durchsuchte, konnte es jedoch keine Spur von dem Hubschrauber oder dem Paket finden, so daß es auch möglich ist, daß es sich um einen ,Versuchsflug‘ (Dummy Run) handelte.

 

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.

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 (oft auch Quadcopter genannt), 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.

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 Firma Flight-Design-GmbH Flugsportgeräte (o. Flight Design GmbH) entwickelt, ein 1988 von Matthias Betsch gegründeter Hersteller von Paraglidern und dreiachsgesteuerten Ultraleichtflugzeugen mit Sitz in Leinfelden-Echterdingen (später Kamenz, dann Wildau).

Der Hybridantrieb wird im April 2009 auf der AERO in Friedrichshafen vorgestellt und gilt als ein wesentlicher Zwischenschritt zu einem zukünftigen vollelektrischen Antrieb. Er kombiniert einen konventionellen 115 PS Rotax 914 Flugzeugmotor mit einem 13 kg schweren 40 PS Permanentmagnet-Synchronelektromotor, der über einen Riemenantrieb direkt mit dem 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 – 180 PS eingesetzt werden. Mit ersten Testflügen ist gegen Ende 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.

Ein Vorteil dieses mechanisch einfachen Konzepts liegt darin, daß eine Zulassung als Modifikation des Rotax-Triebwerks möglich ist, da der bereits zugelassene Flugmotor auch bei Ausfall des Elektroantriebs voll funktionsfähig bleibt.

Es läßt sich allerdings nichts darüber finden, daß der Motor tatsächlich in Produktion gegangen ist – und im Februar 2016 muß das Unternehmen Insolvenz anmelden. Im April 2017 erfolgt dann eine Asset-Übernahme durch die LIFT Holding GmbH aus Eisenach, in deren Anschluß wieder neue Produkte vorgestellt werden. Im Juli folgt die Gründung der Flight Design general aviation GmbH, mit Sitz in Hörselberg-Hainich bei Eisenach. Hinter dem Unternehmen steht die LIFT Air GmbH, Teil der LIFT Holding des Unternehmers Sven Lindig.

Auf der AERO im April 2019 präsentiert Flight Design seine neue, modular aufgebaute und CTLS genannte Designlinie, die sich an verschiedene Energiesysteme anpassen läßt. Die Flugzeuge sind komplette Neuentwürfe, wobei zunächst drei Modelle geplant sind: Zwei Doppelsitzer F2 und F2e sowie ein Viersitzer F4. Als Produktionspartner wird der chinesische Hersteller FuXiang Technologies gewonnen.

Die Anpassung für das Antriebssystem erfolgte in Zusammenarbeit mit Siemens eAircraft als Hersteller und Entwickler der Antriebstechnik und APUS, einem Strausberger Unternehmen, das sich auf die Entwicklung und Integration nachhaltiger Antriebssysteme in der Luftfahrt spezialisiert hat.

Während die (konventionelle) F2 von einem Rotax 912iS-Vierzylinder mit Flüssigkühlung angetrieben wird, dient bei der vollelektrischen F2e ein 70 kW Siemens-Motor als Antriebsquelle. Die Batterien des Flugzeugs wiegen insgesamt 280 kg, wobei ein Teil der Energiespeicher auch in den Flügelwurzeln eingebaut ist. Das maximale Abfluggewicht beträgt 950 kg. Der Hersteller kann sich bei diesem Modell in Zukunft aber auch andere Antriebskonzepte wie etwa einen Hybrid- oder einen Brennstoffzellen-Antrieb vorstellen.

Der Erstflug der F2e soll in Kürze stattfinden, die Zulassung wird für den November 2020 angestrebt. Während der aktuelle Prototyp mit einer Spannweite von 9,2 m und einem 55 kW elektrischen Direktantrieb von Siemens eAircraft mit einer Flugzeit von 40 Minuten aufwartet, sollen die späteren Serienflugzeuge ohne nachzuladen bis zu zwei Stunden fliegen können. Den Basispreis des Flugzeugs beziffert Flight Design auf 144.000 € netto.

Ende Mai 2019 kann dann der erfolgreiche erste öffentliche Flug auf dem Flugplatz Strausberg gemeldet werden. Im weiteren Verlauf arbeiten Flight Design, Siemens und APUS mit den internationalen Behörden zusammen, um die Zulassung von Elektroflugzeugen dieser Klasse zu vereinfachen – und im September meldet die Firma, daß die Pilot Flight Academy von Sandefjord in Norwegen die F2e als Rückgrat für ihr neues Konzept einer rein elektrisch betriebenen Flugschule gewählt hat.

Was die oben erwähnte, 2014 gegründete Firma APUS Aeronautical Eng GmbH (o. APUS Group) anbelangt, so will diese führend in der Integration nachhaltiger, umweltfreundlicher Antriebssysteme werden, was von den APUS i-Flugzeugen verkörpert wird: Die APUS i-2 ist ein mit Wasserstoff betriebenes, viersitziges Reiseflugzeug mit einer Spannweite von 19 m, während die APUS i-5 ein Erprobungsträger für hybrid-elektrische Antriebssysteme ist.

Die APUS i-2, ein viersitziges Reiseflugzeug mit 1.800 kg Startgewicht und einer Reichweite von 800 km, wird als „das erste emissionsfreie Flugzeug für den täglichen Reisebetrieb“ beworben. Erreicht wird dies durch die  innovative APUS TubeStruct-Technologie, ein strukturintegriertes Wasserstofftanksystem, das 2015 von APUS zum Patent angemeldet wurde (DE-Nr. 102015008178, veröffentlicht 2017, inzwischen eingestellt).

Mit der TubeStruct-Technologie werden bis zu 25 % höhere Energiedichten als mit herkömmlichen Wasserstoffdrucktanks und eine zehnfach höhere Energiedichte gegenüber batterieelektrischen Flugzeugen erreicht.

Die gemeinsam mit Rolls-Royce entwickelte APUS i-5 Produktreihe wird hingegen in einer  Doppelrumpfkon­guration konzipiert, was eine größtmögliche Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Anforderungen ermöglicht. Die Haupteinsatzgebiete des Flugzeugs sind als Testplattform für Hybridantriebe und Flugsteuerungssysteme, als Überwachungs- und Aufklärungsträger (ISR) für Sensoren und Flüge mit maximalen Flugdauern sowie für Cargo-Anwendungen.

Das Programm startet mit dem Technologieträger APUS i-5 ‚H‘(-ybrid), ausgerüstet mit einem Rolls-Royce Hybridantrieb, gefolgt von einem ISR-Träger APUS i-5 ‚ISR/OPV‘, der mit vier ROTAX-Motoren eine besonders lange Flugdauer, Reichweite und große Nutzlast bietet. Die APUS i-5 ‚Cargo‘-Version bietet zusätzlich zur hohen Nutzlast und der komfortablen Beladeluke einen bemerkenswert großen Frachtraum.

Die finale Version und das zukünftige Aushängeschild der Produktreihe ist die APUS i-5 ‚SeaDrone‘, welche das erste unbemannte Frachtflugzeug der Welt in seiner Gewichtsklasse ist. Es soll mit einem leistungsfähigem Elektrohybrid-Antriebssystem von Rolls-Royce ausgestattet 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 des Vereins DESiE (Doppelsitziges Segelflugzeug mit integriertem Elektroantrieb in Entenkonfiguration) geht allerdings nur langsam voran: Nachdem 1997/8 die Rohformen ausgefräst werden, beginnt Ende 2000 das 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.

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.

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 kursieren Berichte über eine ganz besondere Drohne, die ich hier kurz erwähnen möchte, obwohl sie mit einem Brennstoffmotor betrieben wird.

Der sogenannte CannaChopper, eine Weiterentwicklung des SUAVE 7 UAV aus dem militärischen Bereich, wird von holländischen Drogenfahndern erstmals in der Region Achterhoek eingesetzt, um Indoor-Hanfplantagen aufzuspüren. Der unbemannte Mini-Helikopter hat dafür nicht nur eine Bilderkennungssoftware an Bord, sondern verfügt auch über ein Sensorsystem, das auf den intensiven Geruch der Cannabis-Pflanze geeicht ist. Aus der Ferne über Gebäude gesteuert soll der Polizei-Kopter schon die kleinsten Mengen an Cannabis erschnüffeln können.

Später stellt sich jedoch heraus, daß der CannaChopper in Kombination mit der medialen Berichterstattung nur ein Instrument der Polizei war, um Cannabiszüchter einzuschüchtern. Die Polizei hatte (mit konventionellen Mitteln) einen Anbauraum gefunden und am nächsten Tag der Presse erzählt und gezeigt, daß die für 800 € von der Filmfirma High Eye BV gemietete Drohne dafür verantwortlich gewesen sein soll.

Tatsächlich konnte die Drohne das Gewicht der an ihr befestigten Kameras und des Sensors nicht tragen und stürzte oft ab, zudem funktionierte der Geruchssensor nicht zuverlässig und fiel des Öfteren sogar ganz aus. Nach einigen Jahren wird das Experiment beendet.

Ebenfalls im April 2009 startet 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.

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 im Juli 2009 diesen Wettbewerb offiziell bekannt, bei dem das Preisgeld in Höhe von 1, 5 Mio. $ dazu anspornen 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 eine Gallone pro 200 Passagier-Meilen 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.

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 der Firma Protonex 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 (Update in Arbeit). 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.

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...

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. Inzwischen habe ich einen ausführlichen und aktuellen Bericht darüber verfaßt (s.d.).

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.

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 Firma 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 Firma 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.

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.

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.

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 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.

Im Zusammenhang mit dem Projekt Solar Impulse 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.

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, habe ich dieser Technik ein eigenes Kapitelteil gewidmet (hier).

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.

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.

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.

Der von dem Studenten Wessam Al-Sabban und dem Luftfahrtingenieur 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.

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.

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 Chiba University 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. € (!).

Eingesetzt werden soll er, um Menschen zu retten, die in eingestürzten Gebäuden eingeschlossen sind, um nach Kriminellen zu suchen oder sogar als Sonde auf dem Mars zu 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.

Ein äußerst ansprechendes Design für ein elektrisch betriebenes, mit 8 ultraleichten Motoren senkrecht startendes und landendes Flugzeug wird 2009 von der neu gegründeten Firma Joby Aviation vorgestellt, deren Schwesterfirma Joby Energy Inc. 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. Später beteiligt sich die Firma an den NASA-Projekten LEAPTech und X-57 Maxwell, über die ich später noch ausführlich sprechen werde.

Auf der Messe Milipol 2009 im November in Paris präsentiert die französische Firma Infotron eine bauchige Hubschrauber-Drohne mit patentierten, dreiblättrigen gegenläufigen Rotoren mit einem Rotordurchmesser von 1,8 m. Die IT-180-5 Drone gibt es als batteriebetriebene Version für leisen Betrieb, sowie als brennstoffbetriebene Hybrid-Version für länger dauernde Missionen.

Die leichtere Version 180-5 IT EL wiegt 17 kg, kann eine Nutzlast von 3 kg tragen und hat eine Flugzeit von 30 Minuten, während die 19 kg schwere Ausführung 180-5 TH bis zu 5 kg transportieren und 90 Minuten in der Luft bleiben kann (andere Quellen: 120 Minuten). Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 80 km/h, die maximale Flughöhe liegt bei 3.000 m.

Das automatisch startende und landende System soll für die Grenzkontrolle, die Identifizierung von militärischer Ausrüstung und Fahrzeuge und vieles mehr verwendet werden, wofür es stabilisierte oder feste Tag-Nacht-Videokameras besitzt, die HD-Fotografie und Video in Echtzeit senden können. Späteren Informationen zufolge werden die Drohnen ab 2012 von der Französischen Armee eingesetzt. Infotron wird im April 2014 von der ACE Group erworben, einer Tochtergesellschaft der in Frankreich ansässigen Gorgé Group, die sich mit der Entwicklung und Herstellung von UAVs beschäftigt.

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.

Ein sehr guter Übersichtsartikel zum Thema Drohnen bei Überwachung und Kontrolle erscheint in Dezember 2009 auf der Seite cilip.de, die sich mit den Bürgerrechten und der Polizei beschäftigt (hier).

 

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