„Augen“ für den Autopiloten
Für kommerzielle Verkehrsflugzeuge ist die automatische Landung seit langem Alltag. Die großen Flughäfen besitzen die nötige Infrastruktur, um eine sichere Navigation der Flugzeuge zu gewährleisten. Bei kleinen Flughäfen ist sie aber meist nicht vorhanden. Forscher und Forscherinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Projektpartner haben nun eine vollautomatische Landung mit optisch-unterstützter Navigation demonstriert, die unabhängig von bodengebundenen Systemen funktioniert.
Auf großen Flughäfen ermöglicht das Instrumentenlandesystem (ILS) die präzise automatische Landung von Verkehrsflugzeugen. Antennen senden Funksignale an den Autopiloten, um ihn sicher auf die Landebahn zu navigieren. Momentan werden außerdem Verfahren entwickelt, mit denen eine automatische Landung über GPS-Verfahren möglich ist. Auch hier wird ein bodengestütztes Ergänzungssystem benötigt.
Für die allgemeine Luftfahrt auf kleineren Flughäfen stehen diese Systeme nicht zur Verfügung. Ein Problem bei schlechter Sicht – die Flugzeuge können in diesem Fall nicht fliegen. „Aber gerade für zukünftige Aufgaben der Luftfahrt ist eine automatische Landung essentiell“, sagt Martin Kügler, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Flugsystemdynamik der TUM. Etwa für den Fall, dass automatisierte Flugzeuge Fracht transportieren sollen, und natürlich wenn Passagiere automatisierte Flugtaxis nutzen.
Optisches Referenzsystem durch Kameras
Im vom Bund geförderten Projekt „C2Land“ haben Forscher und Forscherinnen der TUM in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Braunschweig ein Landesystem entwickelt, mit dem kleinere Flugzeuge ohne Unterstützung von bodenbasierten Systemen landen können.
Der Autopilot navigiert anhand von GPS-Signalen. Das Problem: Diese sind anfällig für Messfehler, zum Beispiel durch atmosphärische Störungen. Für den GPS-Empfänger im Flugzeug sind diese Messfehler nicht immer zuverlässig zu erkennen. Aktuell müssen deshalb bei GPS-Anflügen spätestens in einer Höhe von 60 Metern die Piloten und Pilotinnen das Steuer übernehmen und das Flugzeug manuell landen.
Um vollständige automatische Landungen zu ermöglichen, entwarf das Team der TU Braunschweig ein optisches Referenzsystem: Eine Kamera im normalen Sichtbereich und eine Infrarot-Kamera, die auch bei schlechteren Sichtverhältnissen Daten liefert. Damit das System aus den Daten herauslesen kann, wo sich das Flugzeug relativ zur Landebahn befindet, entwickelten die Forscher und Forscherinnen eine für diesen Zweck zugeschnittene Bildverarbeitungssoftware.
Forschungsflugzeug der TUM mit Fly-by-Wire-System
Das Team der TUM entwickelte die gesamte Regelung und Systemsteuerung des TUM-eigenen Forschungsflugzeuges, einer modifizierten Diamond DA42. Das Flugzeug wurde mit einem sogenannten Fly-by-Wire-System ausgestattet. Das System ermöglicht so auch eine Steuerung per Autopilot, der von dem Team der TUM entwickelt wurde.
Damit auch die automatische Landung funktioniert, wurden weitere Funktionen in die Software integriert: Etwa der Abgleich der Daten der Kameras mit den GPS-Signalen, die Berechnung eines virtuellen Leitstrahls für den Landeanflug sowie die Flugregelung für unterschiedliche Phasen des Anflugs.
Erfolgreiche Landung in Wiener-Neustadt
Ende Mai konnte das Team dann beobachten, wie das Forschungsflugzeug auf dem Flughafen von Diamont Aircraft vollautomatisch landete. Testpilot Thomas Wimmer ist von dem Landesystem überzeugt: „Die Kameras erkennen die Landebahn schon in großer Entfernung zum Flugplatz. Das System führt das Flugzeug dann vollautomatisch entlang des Anflugs und landet es präzise auf der Bahnmittellinie.“