Drohnenflüge über der Nordsee

Fraunhofer IFAM

Das Fraunhofer IFAM betreibt zusammen mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), dem Institut für Chemie und Biologie des Meeres der Universität Oldenburg (ICBM) und der Jacobs University Bremen auf und vor Helgoland ein maritimes Testzentrum, bei dem auch immer wieder Drohnen zum Einsatz kommen.

Wir sprachen mit Hanno Schnars und Tim Strohbach vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM über die Ausrichtung des Testzentrums, wie Drohnen vor Ort zum Einsatz kommen und welche besonderen Bedingungen auf und in der Nordsee dabei herrschen.

Redaktion: Darf ich Sie bitten, kurz das Fraunhofer IFAM und Ihren Aufgabenbereich vorzustellen.

Hanno Schnars: Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung – kurz Fraunhofer IFAM – beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit Materialien und Fertigungstechnologien. Insbesondere Oberflächentechnologien, die Fügetechnik Kleben, Funktionswerkstoffe oder formgebenden Verfahren, aber auch Elektromobilität oder Automatisierung und Digitalisierung zählen zu den Entwicklungsschwerpunkten. Das heißt, alles was in diesem Zusammenhang im Produktionsprozess eine Rolle spielt, ist für das Fraunhofer IFAM forschungsrelevant. Ich selbst bin zuständig für das Geschäftsfeld Maritime Technologien.

Tim Strohbach: Ich bin wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Qualitätssicherung und cyberphysische Systeme. Wichtige Themen sind dabei u.a. industrielle Bildverarbeitung und die Anwendung von Robotik in der Oberflächentechnik. Der Bereich der mobilen Robotik bildet dabei die Schnittstelle zu unserem Testzentrum. Dabei geht es sowohl um Robotikanwendungen, die über als auch unter Wasser eingesetzt werden können. Mein Part ist der Luftfahrt-technische Bereich und Hanno Schnars konzentriert sich auf den Unterwasserbereich.

Das Fraunhofer IFAM betreibt auf und vor Helgoland ein maritimes Testzentrum. Welche Technologien erproben Sie dort genau und warum ist gerade Helgoland dafür so ein guter Standort?

Hanno Schnars: Wir sind bereits seit 15 Jahren auf der Insel aktiv und betreiben hier verschiedene Prüfstände im Bereich Material- und Korrosionsforschung. Die Insel bietet das typische Offshore-Lastkollektiv mit der Kombination aus Wind, UV-Strahlung und Salzwasser, aber auch mit den Belastungen durch biologischen Bewuchs aus z.B. Seepocken und Muscheln, den wir für die Erprobung von Materialien benötigen. Mit den Jahren wuchs die Idee, den Standort so auszubauen, dass wir auch ganze Systeme oder große Bauteile hier prüfen können. Die bestehenden Prüfstände waren dafür zu klein und deshalb haben wir südwestlich vor Helgoland ein Testfeld ausgetonnt. Das ist 1x3 Kilometer groß und hat eine Wassertiefe von ca. 45 Metern. Hier können wir eben solche Gesamtsysteme erproben, d.h. Unter- und Überwasserrobotik, also Unterwasserfahrzeuge oder auch Drohnen, die entweder ferngesteuert oder autonom unterwegs sind. Diese können wir auf ihre Fähigkeiten und eventuelle Schwachstellen untersuchen und haben so bereits eine Art Praxistest für die Systeme, wenn sie bspw. später einen Zulassungsprozess durchlaufen sollen.

Tim Strohbach: Zum Standort Helgoland kann ich noch einen wichtigen Punkt ergänzen. Wir fliegen hier am Standort Helgoland bereits seit 2017 mit Drohnen, d.h. wir kennen die Entwicklung der rechtlichen Rahmenbedingungen seit diesem Zeitpunkt sehr gut. Angefangen haben wir mit visuellen Inspektionen an unseren Prüfgestellen auf der Insel, später haben wir auch Schiffe begleitet und sind von fahrenden Schiffen aus gestartet und gelandet.

Die Insel mag keine Großstadt sein, aber auch hier haben wir anspruchsvolle Rahmenbedingungen mit einem zivilen Flugplatz, einem Bereitschaftsflugplatz des Marinefliegergeschwaders, von dem aus sowohl Routineeinsätze der Bundespolizei, militärische sowie Seenotrettungseinsätze geflogen werden. Außerdem gibt es ausgewiesene Naturschutzgebiete, Bundeswasserstraßen und natürlich den Hafen mit angeschlossenem Industriegebiet. Bis auf den urbanen Bereich haben wir also alle wesentlichen Faktoren auf Helgoland, die für die unbemannte Luftfahrt einen hohen Abstimmungs- und Genehmigungsaufwand bedeuten. Wenn die Prozesse hier funktionieren, vor allem im Offshore-Bereich, wo Wind, Wetter und Wellen noch hinzukommen, können sie eigentlich überall funktionieren.

Welche Anwendungsmöglichkeiten mit Drohnen haben Sie bereits erprobt?

Tim Strohbach: Wir haben bereits einige Tests sowohl mit autonomen Unterwasserfahrzeugen als auch mit UAVs, also mit unbemannten Fluggeräten absolviert. Wir sind in den letzten Jahren hauptsächlich mit eigenen Drohnen geflogen, haben die Prozesse getestet und so grundsätzlich Know-how aufgebaut, wie ich das eben bei der vorherigen Frage auch schon ausgeführt habe. Der Aufbau des Testfeldes hat einige Jahre in Anspruch genommen und erfolgt sukzessive projektbasiert. Das erste große Vorhaben mit Drohnen, das ein CONOPS (Concept of Operations) und eine SORA (Specific Operational Risk Assessment) erfordert, ist „X-Wakes“. Die Eberhard-Karls-Universität Tübingen nutzt dabei die Möglichkeiten des Testzentrums auf Helgoland für ihre Versuche und wird dabei durch das Fraunhofer IFAM unterstützt. In diesem Rahmen haben wir im September 2021 die Testflüge erfolgreich absolviert. Dabei ging es im Wesentlichen um meteorologische Messungen und die Validierung von Satellitenüberflügen, aus denen man meteorologische Daten extrahieren kann. Dabei wird überprüft, ob die Algorithmen, die zur Berechnung der meteorologischen Daten verwendet werden, mit den Daten übereinstimmen, die man vor Ort mit dem UAV misst. Alternativ hätte man für solche Vorhaben ein Flugzeug chartern müssen. Mit Drohnen kann man so etwas nun CO2-reduziert und schonender für die Avifauna durchführen.

Welche Pläne hat das Fraunhofer IFAM noch für die Zukunft des Testzentrums in Bezug auf Drohnen?

Hanno Schnars: Wir wollen das Testzentrum auf alle Fälle weiter ausbauen und vor der Küste mehr Infrastruktur schaffen. Speziell für die Drohnen heißt das zum Beispiel, dass wir Strukturen schaffen, die man anfliegen, auf denen man Start und Landung testen kann und an denen man auch Messungen erproben kann, um berührende Verfahren zu verwenden oder die Oberfläche zu charakterisieren, Schäden zu erkennen und ggf. auch Reparaturmechanismen ausprobieren kann. Das sind unsere langfristigen Ziele. 

Und wie steht es um die Genehmigungen für die Flüge, die im Rahmen der Projekte durchgeführt werden?

Tim Strohbach: Es muss grundsätzlich jeweils ein separater Antrag gestellt werden, den wir unterstützen. Man überlegt sich für die Projekte und Vorhaben ja bereits vorher, was genau geflogen werden soll, bspw. inner- oder außerhalb der Sichtweite, Tag- oder Nachtflug oder auch nah an der Wasseroberfläche oder an Strukturen. Da können sich die Projektpartner auf unsere bisherige Expertise stützen, wir wissen wie solche Flüge ordentlich beantragt werden müssen. Das ist nicht nur eine Notwendigkeit für die Genehmigung, sondern ist bereits eine gute Vorarbeit für den Test. 

Vielen Dank für das Gespräch.