Das neue Forschungsflugzeug der Jade Hochschule, ein Touring Motor Glider des Typs HK36 TTC ECO.
Foto: Yukie Yasui

Forschungs­flugzeug über unseren Köpfen

TLDR:

Das Forschungsflugzeug der Jade Hochschule – ein spezieller Touring Motor Glider des Typs HK36 TTC ECO – wird künftig Forschungsvorhaben mit der Datenerfassung aus der Luft unterstützen. Neben den Projekten der Jade Hochschule, in denen es hauptsächlich um meerestechnische Fragen geht, sind auch Forschende anderer Hochschulen eingeladen, Daten mithilfe des Motorseglers zu erfassen. Wie seine technische Ausstattung aussieht und wie sie mit zusätzlicher Messtechnik kompatibel gemacht wird, haben die Verantwortlichen der Jade Hochschule um Prof. Dr.-Ing. Jens Wellhausen für unseren Blog erklärt.

Lesedauer: 5 min Kategorie: Mobile Forschungsplattformen Datum: 15. Mai 2019

Im März 2019 hat die Jade Hochschule ein Forschungsflugzeug erworben – einen Touring Motor Glider (TMG) des Typs HK36 TTC ECO vom österreichischen Hersteller Diamond Aircraft. Das Flugzeug kann verschiedene Forschungsvorhaben, zum Beispiel in der Meeresforschung oder der Biologie, mit der Datenerfassung aus der Luft unterstützen. Prof. Dr.-Ing. Jens Wellhausen vom Fachbereich Ingenieurwissenschaften der Jade Hochschule hat die Anschaffung maßgeblich vorbereitet und ist verantwortlich für die Konzeption und den Einbau der Forschungsinstrumente. Es wird zum einen eine Basis-Messtechnik eingesetzt, zum anderen wird die Ausstattung kompatibel gemacht für die Messtechnik von Forschenden aus diversen wissenschaftlichen Disziplinen, die ihre eigenen Geräte im Flugzeug einsetzen möchten. Ich durfte mir den Motorsegler auf dem Flugplatz in Mariensiel bei Wilhelmshaven anschauen und habe von Herrn Wellhausen und seinem Team erfahren, welche ingenieurwissenschaftliche Arbeit bis zum ersten Test-Forschungsflug zu tun ist.

Die Spannweite des Flugzeugs ist mit 16,30 Metern typisch für einen Motorsegler.
Foto: Yukie Yasui

Auf den ersten Blick fällt mir die große Spannweite des Flugzeugs auf. „Die Spannweite ist mit 16,30 Metern tatsächlich enorm“, erklärt Professor Wellhausen. „Die beiden Außenlastbehälter, die künftig die Messtechnik aufnehmen sollen, dürfen jeweils 55 kg wiegen und können somit ein ganzes Set von Kameras und weitere Messgeräte transportieren. Aufgrund seines Außenmaterials – kohlefaserverstärkter Kunststoff – verfügt das Flugzeug über eine glatte Oberfläche und somit über wenig Widerstand beziehungsweise eine hohe aerodynamische Güte. Es fliegt energieeffizient und leise und kann bis zur rechtlich zulässigen Höhe von bis zu 10.000 Fuß (ca. 3.000 Meter) fliegen, bis zu dieser Höhe ist keine Mitnahme von zusätzlichem Sauerstoff notwendig. Geplant ist der Einsatz aber eher in niedrigeren Flughöhen, auch über dem Wattenmeer und der Nordsee – das ist zum Beispiel für die Meeresforschung der Universität Oldenburg sehr interessant, mit der wir eng zusammenarbeiten.“

In der Meerestechnik können Aufnahmen aus der Luft beispielsweise Aufschluss über die Beschaffenheit des Wattenmeers oder großer Wasserflächen liefern. Diese Daten sollen Untersuchungen unterstützen, die am Boden oder im Wasser mit anderen Geräten oder vom Schiff aus durchgeführt werden.

Anders als bei den meisten Segelflugzeugen sind die beiden Sitze nicht im Tandem hintereinander, sondern nebeneinander angeordnet. Das ermöglicht es dem/der mitfliegenden Wissenschaftler_in während des Flugs, die Datenerhebung über einen Monitor im Cockpit zu kontrollieren.

Flexible Technik für die Wissenschaften

Das Logo der Jade Hochschule ist frisch auf dem Forschungsflugzeug aufgebracht und die Konzeption der technischen Ausrüstung in vollem Gange, als ich gemeinsam mit Professor Wellhausen und seinem Team den Flugplatz in Mariensiel besuche.

Orthofotos – Forschungsbilder aus der Luft

Wie sehen eigentlich die Bilder aus, die wissenschaftliche Aussagen über den Boden oder die Meeresoberfläche erlauben? Auf diese Frage erklärt mir Pascal Janßen, Masterstudent der Elektrotechnik, Folgendes: „Welche Kamera auch immer wir verwenden – wir überfliegen das Areal, von dem wir Aufnahmen machen möchten, sehr engmaschig und nehmen dabei viele Fotos auf, die sich gegenseitig überlappen. Mithilfe von GPS-Empfängern und Lagesensoren können diese Aufnahmen georeferenziert erstellt werden. Zum Schluss werden alle Bilder zu einem digitalen Geländemodell zusammengesetzt. Aus diesem Modell kann wiederum ein Orthofoto erstellt werden, dieses ist dann georeferenziert, verzerrungsfrei und maßstabsgetreu. Seine Informationen entsprechen exakt den tatsächlichen Gegebenheiten und lassen sich deshalb wissenschaftlich auswerten.“ Die Herkunft des Begriffs ortho, vom griechischen orthós für gerade oder aufrecht, beschreibt die Entstehung der Einzelfotos, die senkrecht aus der Luft aufgenommen werden.

Kamerasysteme für den Einsatz in der Meeresforschung und weiteren wissenschaftlichen Disziplinen

Janßen, der im Rahmen seiner Masterarbeit das Kamerasystem in das Flugzeug baut, beschreibt mir das System genau: Es besteht aus einer langwelligen Infrarotkamera (Wärmebildkamera), die Temperaturunterschiede visuell darstellt, einer „normalen“ RGB (Rot-Grün-Blau)-Kamera, deren Aufnahmen den Bildern des menschlichen Auges entsprechen, sowie einer Nahinfrarotkamera, deren Aufnahmen in Graustufenbilder umgewandelt werden. „Von solchen Graustufenbildern lässt sich beispielsweise der Gesundheitszustand von Pflanzen abgelesen. Um diesen zu interpretieren, muss man natürlich ein Experte sein“, erklärt Janßen. Ebenso wird eine vierte Kamera, eine so genannte SWIR (Short-Wave-Infrared)-Kamera integriert, die im kurzwelligen Infrarotbereich empfindlich ist, um den Forschenden ein breitbandiges multispektrales Fernerkundungssystem bereit zu stellen.

Die Außenlastbehälter sind unter den Tragflächen angebracht.
Die Messtechnik sowie Teile der technischen Infrastruktur des Forschungsflugzeugs werden unterhalb der Tragflächen in zwei zertifizierten Außenlastbehältern transportiert.
Foto: Yukie Yasui

Die technische Infrastruktur des Forschungsflugzeugs

Sind die Daten einmal durch die Kameras aus der Luft erfasst, müssen sie sicher übertragen, verarbeitet und gespeichert werden. Janßens Kommilitone Martin Kumm, Student der Mechatronik, arbeitet zurzeit im Rahmen seiner Bachelorarbeit an der technischen Infrastruktur für das Flugzeug. Er konzipiert ein Rechnersystem für die Datenverarbeitung und Verwaltung von Messdaten (Bilder, Höhen- und Lagedaten), sorgt für die Technik der Datenübertragung zwischen den einzelnen Forschungsgeräten und stellt eine zuverlässige Spannungsversorgung für die anzuschließende Messtechnik sicher.

Obwohl das Flugzeug (abgesehen von seiner Spannweite) eher klein ist, eignet es sich perfekt für die Forschungsausrüstung: Da der Tank sich in den Tragflächen befindet, bleibt im Rumpf ausreichend Platz für weiteres Messequipment. Die Einstellung der Sensoren und die Bedienung der Computersysteme erfolgt über den oben genannten Monitor im Cockpit. Hier hat der/die mitfliegende Forschende jederzeit Einblick in die erhobenen Daten und kann nötigenfalls in die Datenerhebung eingreifen. In den Außenlastbehältern unterhalb der Tragflächen installiert Kumm Dockingstationen, welche während des Flugs die aufgezeichneten Daten an den Rechner übertragen.

Außerdem ist Kumm für den Bau eines Systemzwillings im Labor verantwortlich. Dieses exakte Duplikat der Infrastruktur im Flugzeug ist deswegen so wichtig, weil damit weitere Messgeräte effizient für den Einsatz im Flugzeug getestet werden können. Zusätzlich können Forschende, die zum ersten Mal mit dem Forschungsflugzeug Daten erheben, die Steuerung der Infrastruktur im Flugzeug erlernen. Somit schafft Kumm eine effiziente kostengünstige Test- und Schulungsumgebung, durch die teure Testflugstunden entfallen.

Und wie geht es weiter? – Jungfernflug im Juni

Für das Projekt „Wechselwirkung zwischen Windenergieanlagen und Navigationssystemen Plus“ (WERAN Plus) der Jade Hochschule wird derzeit weitere Messtechnik konzipiert und in einen der Außenlastbehälter des Flugzeugs installiert. Der erste Testflug in diesem Rahmen ist im Juni 2019 geplant.

Für alle, die gespannt auf die ersten Datenerhebungen aus der Luft sind: Unser Blog hält Sie an dieser Stelle auf dem Laufenden…

 

Prof. Dr.-Ing. Jens Wellhausen (Mitte) mit Pascal Janßen (links) und Martin Kumm auf dem Flugplatz in Mariensiel.
Foto: Yukie Yasui

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