TEIL C

Elektro- und SolarfluggerÄte

2023 (D)

Transport- und Lieferdrohnen

Fortschritte bei bereits vorgestellten Projekten werden jeweils dort angefügt, dazu gehören in erster Linie das Projekt Wing von Google und die Lieferdrohnen von Zipline (beide 2015); Amazons Prime Air-Lieferdrohnen und die Wingcopter-Drohnen (beide 2018); die Post-Drohnen von Matternet sowie die Frachtdrohnen der Elroy Air (beide 2019). Über das aktuell weltweit größte autonome elektrische Frachtflugzeug Pelican Cargo der Firma Pyka, dessen erster Testflug Ende letzten Jahres erfolgt war, wird in der Übersicht 2017 berichtet.

Die folgen die Neuzugänge dieses Jahres.

Die ersten Meldungen im Januar 2023 betreffen die autonome Frachtdrohne Cento der Firma MightyFly, die kurz zuvor die Zulassung der US-Luftaufsichtsbehörde FAA erhalten hatte. Die Anfangs als MF-100 bezeichnete Drohne ist 4 m breit und 5 m lang, die Ladebucht mißt 1,8 x 0,3 x 0,3 m und das maximale Zuladegewicht liegt bei 45 kg. Da der Rumpf weitgehend aus Kohlenstoffaser-Verbundwerkstoff besteht, beträgt das maximale Abfluggewicht nur 161 kg. Die Fracht wird per Förderband automatisch zugeladen und entladen, so daß keine Bodeninfrastruktur nötig ist.

Die elektrisch angetriebene Cento ist mit acht schwenkbaren Rotoren ausgestattet, die senkrechtes Starten und Landen ermöglichen, sowie einem Heckpropeller für den Langstreckenflug. Sind die Bordbatterien erschöpft, springt ein Verbrennungsmotor an, der die Speicher während des Fluges wieder auflädt. Durch ihren Hybridantrieb erlangt die Frachtdrohne eine Reichweite 965 km und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 240 km/h.

Zum Hintergrund: Die im Oktober 2019 von Manal Habib, einer Absolventin des MIT und der Stanford University, gegründete MightyFly mit Sitz in der San Francisco Bay Area hatte bereits im Januar 2020 den ersten autonomen Lieferflug mit einem verkleinerten Prototyp des Flugzeugs durchgeführt. Im November 2020 demonstriert eine Minimalversion des MF-100 in Originalgröße den autonomen Schwebeflug und absolviert im April 2021 ihren offiziellen Erstflug.

Zeitgleich erhält die Firma eine Startfinanzierung in Höhe von 5,1 Mio. $ von mehreren Risikokapitalgebern, darunter 500 Startups, At One Ventures, Global Founders Capital, Graph Ventures und Halogen Ventures. Im Dezember 2022 wird dann der neuen Cento das besondere Lufttüchtigkeitszeugnis und das Certificate of Authenticity (COA) für Langstreckenflüge erteilt - die daraufhin ihren Jungfernflug durchführt.

Im Mai 2023 bekommt die MightyFly von der Michigan Mobility Funding Platform (MMFP) einen Zuschuß in Höhe von 150.000 $ für die Durchführung von Demonstrationsflügen zur autonomen Frachtlieferung, und im November folgt ein 1,25 Mio. $-Vertrag der Innovationsabteilung AFWERX der US-Luftwaffe, der sich auf das Autonomous Load Mastering System (ALMS) von MightyFly konzentriert. Darüber hinaus plant die Firma bereits, eine größere Drohne zu entwickeln, die 225 kg transportieren kann.

Ebenfalls im Januar 2023 kursieren erste Berichte über eine Schwerlastdrohne namens Orca, die als die „größte Drohne der Welt“ bezeichnet wird, bzw. als erste Frachtdrohne der Welt, die speziell für palettierte Fracht entwickelt wurde. Dabei ist so konzipiert, daß sie mit abmontierten Flügeln selbst in einem 20"-Standard-Container zum Einsatzort gebracht werden kann, wo sie von zwei Personen in 30 Minuten startklar gemacht werden kann.

Auch diese Drohne besitzt neun elektrisch angetriebene Motoren, von denen acht an den Flügeln sitzen und für senkrechte Start und Landung nach unten geklappt werden. Ist die Reisehöhe erreicht, werden die Flügel für einen schnellen und effizienten Vorwärtsflug wieder in die Waagerechte geschwenkt. Der neunte Motor ist starr am Heck befestigt und nur für das Vorankommen gedacht. Indem der Entwickler Traverse Aero das Gefährt mit einem benzinbetriebenen Generator ausstattet, kann es eine Last von 250 kg mit einer Fluggeschwindigkeit von 225 km/h bis zu 1.000 km weit transportieren.

Ursprünglich war die hybride eVTOL-Drohne für militärische Einsätze konzipiert, was vielleicht der Grund dafür ist, daß es über im Januar 2022 von Scott Parker gegründete Traverse Aero kaum Informationen gibt. Und die Ähnlichkeit mit der o.e. Frachtdrohne Cento stammt möglicherweise daher, daß Parker Mitgründer der MightyFly war, diese im Dezember 2021 aber verlassen hatte.

Inzwischen scheint der Orca eher für zivile Zwecke genutzt zu werden. Er ist mit der Infrastruktur auf Handelsschiffen kompatibel und speziell in der Lage, Nutzlasten aufzunehmen, die auf Transportpaletten in Standardgröße gestapelt sind. Außer als Frachter läßt sich das Gerät aber auch zum Abtransport von Verletzten oder als mobile Plattform zum Aussetzen von kleinen Drohnen verwenden.

Im September wird die Frachtdrohne erstmals öffentlich vorgestellt, und bereits im Oktober unterzeichnet  der US-Dienstleister Ghenus Air, der unter anderem Taxiflüge anbietet, eine Absichtserklärung über den Kauf von 20 Orca-Frachtdrohnen im Wert von über 220 Mio. $, was auch einen mindestens fünfjährigen Dienstleistungsvertrag beinhaltet. In einem weiteren Schritt ist der Kauf von mehr als 100 weiteren Orcas in naher Zukunft geplant.

Eine dritte Frachtdrohne, deren maßstabsgetreuer Prototyp im Januar erstmals öffentlich vorgestellt wird, stammt von dem Detroiter Unternehmen Airspace Experience Technologies LLC (ASX; AirSpaceX), das 2017 von Jon Rimanelli gegründet wurde und ursprünglich aus der Detroit Aircraft Corp. (DAC) hervorgegangen ist, die über 55 eVTOL-Flugzeuge für die Verteidigung, den Katastrophenschutz und andere Bereiche gebaut hat, wie z.B. das elektrisch betriebene VTOL MOBi, das in der Jahresübersicht 2017 beschrieben ist.

Die neue modulare eVTOL-Flugzeugplattform Sigma-6 von ASX besitzt eine Flugzeugzelle mit austauschbaren Fracht- oder Passagiergondeln und einem ,Skateboard’-Roboter zu deren Anlieferung bzw. Abholung. Die gesamte 11,6 m breite Kippflügel- und V-Leitwerksbaugruppe mit sechs Propellern mit großem Durchmesser und einem Fahrwerk auf der hinteren Seite ist so konzipiert, daß sie sich von den darunter befestigten Fracht- oder Passagierbehältern lösen kann.

Wenn die Sigma 6 landet, wird die Gondel von der Flugzeugzelle abgekoppelt und von einem kleinen autonomen elektrischen Fahrgestell mit Allradantrieb und omnidirektionalen Rädern aufgenommen und fortbewegt. Umgekehrt positioniert der Skateboard-Roboter die zum Abtransport bereiten Gondeln unter der Flugzeugzelle, hebt sie an und verriegelt sie. Bei Bedarf kann der Roboter aber auch das gesamte Flugzeug aufheben und bewegen. Das Unternehmen hat das Bodenlogistiksystem bereits als Prototyp gebaut, während das Sechs-Propeller-VTOL-System schon einige Schwebeflüge am Boden absolviert haben soll.

Die Gondeln können als Frachtkapseln eine Nutzlast von 907 kg transportieren, als Passagierkapseln bieten sie Platz für 6 - 8 Personen. Die 200 kWh Batteriepakete für die Elektroantriebe befinden sich in den austauschbaren Pods, nicht in der Zelle, wobei jeder Akku laut ASX für eine Flugreichweite von rund 240 km ausreicht. Als Höchstgeschwindigkeit werden 400 km/h angegeben, die entsprechende Flugerprobung steht allerdings noch aus.

Das Unternehmen ist mit einer Finanzierung in Höhe von rund 4,1 Mio. $ so weit gekommen, doch für die anstehende FAA-Zertifizierung benötigt es sehr viel mehr Geld. Der Plan von ASX sieht vor, die neue Maschine ab 2025 in großem Maßstab zu produzieren, für die bereits Absichtserklärungen von potentiellen Kunden für 100 Exemplare vorliegen.

Gemäß einer Pressemitteilung im Februar stattet die Deutsche Telekom ein Drohnen-Testgelände in Rüthen, Kreis Soest in Südwestfalen, mit einem lokalem 5G-Netz für Lieferdrohnen aus. Ziel des  Forschungsprojekts Drone4Parcel5G, das von einem Projektkonsortium rund um Fachhochschule Südwestfalen durchgeführt wird, ist die Erprobung autonomer Lieferflüge mit Paketdrohnen auf der Basis von 5G. Mit dem kurzfristig eingerichteten lokalen Netz durch einen speziellen mobilen 5G-Mobilfunk-Container setzt die Telekom erstmals ihr neues Geschäftskunden-Produkt ,Campus-Netz Temporär’ um.

Bis Ende des Jahres soll das mit 1,6 Mio. € vom Land Nordrhein-Westfalen geförderte Projekt ein System zur Planungs- und Bewegungssteuerung von Paket-Drohnen entwickeln. Dabei soll auch die Zustellung per Drohne anhand erster Einsätze für Apotheken sowie im industriellen Sektor für die Zustellung von Werkzeugen und Metallwaren erprobt werden. Projektpartner sind der Drohnenhersteller Third Element Aviation GmbH sowie die KL-Group | Koerschulte + Werkverein, ein auf Kunden aus Industrie und Handwerk spezialisierter Großhändler.

Im März zeigen die Blogs ein System namens BMT SPARO (auch: Sparrow), das abgesenkte Lasten autonom steuert. Von der britischen Marinetechnik-Firma BMT für entwickelt, war das System erstmals im November 2022 für militärische Zwecke demonstriert worden. Nun wird der BMT das Patent für eine optimierte Version der Technologie erteilt, die vom Prinzip her der Platform 2 von Zipline gleicht (s.u. 2015), allerdings beträchtlich komplizierter ist.

Zwar gibt es auch noch andere Systeme, bei denen eine in die Drohne integrierte Winde Pakete an einem Seil auf den Boden absenkt. Doch während die Drohne bei diesen Systemen hoch oben und aus dem Weg bleibt, muß sie geschickt hin und her manövrieren, um die Ladung präzise zum Ziel zu bringen, was besonders schwierig sein kann, wenn Seitenwinde das Paket treffen.

Das BMT SPARO-System behebt dieses Manko, da die Winde und die dazugehörige Kabeltrommel in einem Modul untergebracht sind, das während des Transports an der Unterseite der Drohne befestigt ist. Sobald diese das Ziel erreicht, senkt sich das Modul ab, indem es sein Kabel abrollt, dessen oberes Ende an der Drohne befestigt bleibt. Mithilfe von Kameras und anderen Sensoren kann das Modul seine Position im Verhältnis zu dem Ziel bestimmen - der Eingangstreppe eines Hauses, dem Landeplatz auf einem Armeestützpunkt o.ä. - und wenn der Wind das Modul vom Kurs abbringt, gleicht es dies aus, indem es einen oder mehrere seiner vier seitlich angebrachten elektrischen Schubpropeller aktiviert.

Da diese Schubpropeller eine Gefahr für Unbeteiligte darstellen oder durch Anstoßen an Äste oder ähnliches beschädigt werden könnten, befindet sich das eigentliche Paket in einer separaten Box, die mit einem weiteren kürzeren Kabel unter dem Hauptmodul aufgehängt ist, welches dadurch in sicherer Höhe verbleibt. Die BMT sucht nun nach Industriepartnern, die bei der Kommerzialisierung der Technologie helfen wollen.

Im April 2023 melden die Helios Kliniken, daß sie gemeinsam mit RKH Gesundheit und German Copters DLS den Einsatz von Drohnen im Regelflugbetrieb planen: Nach einer zweijährigen Vorbereitungszeit sollen die unbemannten Luftfahrzeuge nun ab August Laborproben zwischen den Helios Kliniken in Breisach und Müllheim transportieren. Helios beschäftigt seit Kurzem einen ausgebildeten Fernpiloten im Bereich der Infrastruktur, der Drohnen ohne direkten Sichtkontakt steuern darf.

Zum Einsatz kommt ein Drohnenmodell der Mitte 2019 gegründeten Firma German Copters DLS aus Dresden (später: Stuttgart) mit einer Flügelspanne von 3 m, einem Abfluggewicht von 13 km und einer Reichweite von bis zu 100 km, das eine Zuladung von 3 kg transportiert. Bei einer Fluggeschwindigkeit von 75 km/h beträgt die Flugzeit für die 32 km lange Flugstrecke Breisach - Müllheim ca. 25 Minuten. Mit der aktuellen Erteilung der Genehmigung für die Aufnahme des Regelflugbetriebes ist das Unternehmen eigenen Angaben zufolge das erste in Europa, das eine Genehmigung für einen Flugbetrieb mit Drohnen im Bereich der medizinischen Logistik besitzt. Weitere Flugstrecken in Deutschland sollen folgen.

Die Blogs berichten im August 2023, daß nun auch die chinesische Consumer-Drohnenfirma DJI mit einer Schwerlastdrohne auf den Markt gekommen sei. Die für extreme Einsatzbedingungen konzipierte FlyCart 30 (o. FC30) kann Lasten bis zu 30 kg über eine Distanz von maximal 16 km transportieren. Der elektrische Multikopter mit vier Achsen und acht Rotoren ist gegen Spritzwasser und Staub geschützt  und hält Temperaturen zwischen -20°C und +45°C stand.

Die Drohne ist nicht für herkömmliche Lufttransporte gedacht, sondern soll dort eingesetzt werden, wo komplexe Gelände- und Transportherausforderungen bestehen, wie etwa beim Materialtransport unter extremen Bedingungen in bergigem Gelände. Dabei bietet die FC30 zwei unterschiedliche Beladungsmodi: eine Frachtkiste sowie eine Kranvorrichtung. Die Transportbox mit einem Ladevolumen von 70 Litern kann direkt unter dem Multikopter befestigt und mit Fracht beladen werden. In der Box, die sich innerhalb von weniger als drei Minuten abmontieren läßt, ist eine automatische Gewichts- und Schwerpunkterkennung, um den Inhalt ausbalancieren zu können.

Im Kranmodus hängt die Fracht an einem 20 m langen Seil, wobei eine intelligente Pendelbeseitigung verhindert, daß die Last übermäßig ins Schwingen gerät und die Drohne zum Absturz bringt. Die Fracht kann direkt auf dem Boden abgesetzt werden, und ein Mechanismus sorgt dafür, daß die Transportkiste automatisch freigegeben wird, sobald sie den Boden berührt. Alternativ kann die Fracht aus der Luft abgeworfen werden.

Die Drohne kann im Kranbetrieb Lasten bis zu 40 kg in einer Höhe von 3.000 m transportieren, dann ist jedoch nur eine Batterie an Bord. Im Normalbetrieb sind es zwei, was die Traglast dann auf die o.g. 30 kg beschränkt. Die maximale Reichweite beträgt mit zwei Batterien 28 km, die maximale Fluggeschwindigkeit etwa 72 km/h. Ein Fallschirm, der sich beim Einschalten der Drohne selbst testet und über eine unabhängige Stromversorgung verfügt, soll das Fluggerät vor einem eventuellen Absturz bewahren.

Die FC30 soll umgerechnet etwa 15.600 € kosten, und gegen Aufpreis bietet DJI verschiedene Versicherungspakete für die Drohne an, die unter anderem Haftpflichtschäden sowie eine Abdeckung der Reparaturkosten bei etwaigen Unfällen enthält. Erhältlich ist die Drohne vorerst nur auf dem chinesischen Festland. Ob der Multikopter auch in anderen Ländern zu haben sein wird, ist derzeit unklar. Da er auf der DJI-Homepage aber in aller Ausführlichkeit auch auf Deutsch präsentiert wird, scheint man zumindest diesen Markt bereits ins Auge gefaßt zu haben.

Da in Deutschland alles bereits Erreichte mindestens noch weitere drei Mal neu ,erforscht’ werden muß - aus welchen Gründen auch immer -, hatten sechs Fraunhofer-Institute im Jahr 2021 ein vom Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI) koordiniertes Leitprojekt namens ALBACOPTER ins Leben gerufen, um mit einer autonomen Transportdrohne Teile des Güter- und Warentransports in die Luft zu verlagern und „die urbane Warenbeförderung zu revolutionieren“. Dies soll laut Projektleiter Prof. Matthias Klingner mit der Entwicklung eines Fluggeräts geschehen, das in seiner Effizienz dem Albatros nachempfunden ist und besonders energiesparend gleiten kann.

Die anderen Beteiligten sind das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF), das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT), das Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik Mechatronik (IEM), das Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) sowie das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB), denen der Albacopter als Demonstrationsplattform für ihre Technologien dient.

Das nun auf der IAA Mobility 2023 im September in München präsentierte Ergebnis ist ein eVTOL-Experimentalfluggerät, das hochdrehende Synchronmaschinen mit mehrstufiger Übersetzung nutzt, leistungsfähige Koaxialantriebssysteme und robuste und fortschrittliche Multisensorsysteme zur Umfelderfassung und Funktionsüberwachung. Ergänzt wird das Gesamtsystem durch eine ausfallsichere Bordnetzarchitektur, diese durch ein kontinuierliches Monitoring, eine stabile 5G-Kommunikation und ein redundantes Autopilotsystem unterstützt wird. Zudem bestehen die Drohnenstrukturen und Frachtcontainer aus nachhaltigen Materialien.

Ein maßstabsgetreuer ALBACOPTER mit einer Spannweite von 7 m und einer Nutzlast von rund 25 kg ist noch für diesen Herbst geplant, erste Testflüge sollen dann Anfang 2024 im nationalen Testzentrum des DLR in Magdeburg-Cochstedt folgen. Die notwendige Fluggenehmigung wurde bereits vom Luftfahrtbundesamt (LBA) erteilt.

 

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