Uber & Co.: Erster Erfolg bei Feldversuchen - Luftraum als dritte Dimension des urbanen Transports

Der Traum vom fliegenden Auto erlebt nicht nur in den Medien einen Hype, auch die Investoren sind nach ersten erfolgreichen Feldversuchen hellhörig geworden. Der Luftraum wird zur dritten Dimension des urbanen Transports. Die ersten Transportdrohnen für Pakete wurden von einer Vielzahl von Paketdienstleistern erfolgreich getestet, und in Dubai fliegen die Prototypen von Lufttaxen. Ab 2020 möchte der Mobilitätsdienstleister Uber in amerikanischen Städten Start- und Landebasen für voll- und teilautonome Lufttaxen betreiben. Mehr als 30 Unternehmen entwickeln weltweit Luftfahrzeuge für den individuellen Transport, vom Ein-Personen-Jet bis zum fliegenden Kombi für die ganze Familie. Zu den wichtigsten Investoren gehören renommierte Unternehmen der Automotive, Aviation und IT-Branche, wie Daimler, Airbus und die Mitgründer von Google und Skype. Daneben entwickelt eine wachsende Zahl von Start-ups aus dem Umfeld von Hochschulen neue Konzepte. Während die einen noch an den Luftfahrzeugen arbeiten, sind andere schon damit befasst, die nötigen Infrastrukturen, passgenaue Wartungskonzepte oder innovative Leit- und Steuerungssysteme zu entwickeln, die einen sicheren Luftverkehr in urbanen Räumen ermöglichen.

Der Traum vom Fliegen ist so alt wie die Menschheit

Erste Konzepte zur individuellen Luftfahrt gab es schon in der Antike. Die Federn an den Schwingen des Ikarus waren mit Bienenwachs befestigt, das zu heiß wurde, als er der Sonne zu nah kam. Eine erste technische Skizze für Trag- oder Hubschrauber finden wir bei Leonardo da Vinci im Jahr 1438. Doch in die Lüfte erheben konnten sich diese erstmals im Jahr 1907 und erst ab 1936 (Tragschrauber) bzw. 1938 (Hubschrauber) gingen sie in Serie. Früher am Start waren die Flugzeuge der Gebrüder Wright, die eine Start- und Landebahn benötigen. Sie bilden bis heute das dominante Konzept und transportieren eine noch wachsende Zahl von Menschen und Waren. Kleinere Luftfahrzeuge werden für die Sportfliegerei als komfortable Alternative für Staatsmänner und Geschäftsreisende sowie für Not-, Rettungs-, Transport-, Erschließungs- und Reparatureinsätze in entlegenen Gebieten oder vom Militär eingesetzt. Die Spanne reicht hier vom Gleitflugzeug über Hubschrauber und Propellermaschinen bis zum Düsenjet.

Das bestehende Angebot konnte die Sehnsucht nach der individuellen Luftfahrt jedoch nie stillen. Schon 1951 zeigt die Zeitschrift „Popular Mechanics“ einen Hubschrauber für die heimische Garage und 1957 ein Familienauto mit vier Rotoren, wie wir sie heute bei den Drohnen finden. Auch der Illustrator Arthur C. Radebaugh zeichnete Ende der 1950er und Anfang der 1960er Jahre unter dem Titel „Näher als wir denken!“ Luftfahrzeuge für den privaten Luftverkehr, die mithilfe von Propellern, Turbinen, Luftkissen oder Flügelschlägen vom Boden abheben. Seine Zeichnungen wurden von internationalen Magazinen ebenso abgedruckt wie von führenden Tageszeitungen, etwa der „Chicago Tribune“. Radebaugh bildete dabei Ideen ab, an denen Erfinder und Entwickler bereits arbeiteten. Zu einer seiner Illustrationen mit dem Titel „Flügel für Großmutter“ schrieb er: „Dank der vielen automatischen Kontrollen und Sicherheitseinrichtungen, die heute entwickelt werden, können in der Welt von Morgen sogar ältere Ladies ihr eigenes Privatflugzeug steuern. Tatsächlich könnten das dann auch Menschen, die heute nicht einmal einen Führerschein erhalten würden.“ Über Prototypen kamen die wenigsten dieser Luftfahrzeuge hinaus, die Sehnsucht jedoch blieb. Heutige Konzepte greifen diese Vorbilder auf und bringen sie mithilfe von innovativen Fertigungstechnologien und Antrieben in die Wirklichkeit.

Die neue Generation von Innovatoren

Die Erfindergeneration von heute wird von den Konzernwelten der Aviation-, Automotive- oder IT-Branche oder durch Investoren getragen. Sie entwickelt im Schwerpunkt vollelektrische Luftfahrzeuge, die vertikal starten und landen können. Dafür steht auch das englische Akronym „eVTOL“ (electrical vertical take-off and landing). Bekannte innovative Konzepte aus Europa sind

• das Start-up Lilium, gegründet von der Technischen Universität München, gefördert von der europäischen Raumfahrtagentur ESA und unter anderem finanziert von Mitgründern von Skype und Twitter. Das Flugzeug startet und landet senkrecht und wird vollelektrisch angetrieben. Es soll nicht an Endkunden verkauft, sondern bei Dienstleistern wie ein Taxi bestellt werden.
• der Volocopter des gleichnamigen Start-ups aus Bruchsal. Das ist ein vollelektrischer Hubschrauber mit mehreren Rotoren, optisch noch nah dran an heutigen Konzepten. Er hat 2017 seinen ersten Testflug in Dubai absolviert und wird unter anderem von Daimler finanziert. Der Multikopter soll als Lufttaxi von Piloten gesteuert werden oder vollautonom fliegen.
• das vollelektrische Lufttaxi Vahana von Airbus, das ebenfalls senkrecht startet und senkrecht landet. Der Prototyp wurde Ende 2017 aus der Entwicklerwerkstatt des Unternehmens im kalifornischen Santa Clara zum Testgelände in Pendleton/Oregon transportiert. Es soll vollautonom fliegen, weil damit eine höhere Dichte im Luftraum möglich wird als bei Luftfahrzeugen, die von Piloten gesteuert werden.

Andere Anbieter setzen auf die Kombination straßentauglicher Autos mit den Möglichkeiten eines Luftfahrzeugs. Die meisten von ihnen benötigen ganz klassisch eine Start- und Landebahn. Die wichtigsten aus Europa sind

• der Tragschrauber Pal-V Liberty eines niederländischen Unternehmens, der sowohl auf der Straße fahren als auch fliegen kann und eine Start- und Landebahn mit einer Länge von gerade einmal 180 Metern benötigt. Ausgeliefert wird ab diesem Jahr.
• das Aeromobil aus der Slowakei. Es war zur Internationalen Automobilausstellung in 2017 bereits serienreif und soll auf den Markt kommen, sobald es durch die Verkehrs- und Luftfahrtbehörden zertifiziert ist. Es hat zwei ausfahrbare Tragflächen, fährt elektrisch und fliegt mit einem Verbrennungsmotor, der einen Rotor antreibt.
• die Konzeptstudie Pop.up von Italdesign und Airbus, die im März 2017 im Auto-Salon in Genf vorgestellt wurde. Für die Fahrt auf der Straße wird die Passagierkabine des modularen Boden-Luft-Fahrzeugs auf ein Fahrwerk mit Antrieb gesetzt, für den Flug wird eine Drohne am Autodach eingeklinkt.

Schon bei einem ersten Horizon-Scan hat das Ingenieurbüro für industrielle Zukunftsforschung aveniture gemeinsam mit Foresight Solutions knapp 30 Produkte, Prototypen und Konzepte mit hoher Sichtbarkeit auf diesem Feld ausgemacht. Einige Konzepte, wie die für das Sky Car des US-Unternehmens Moller International, gibt es schon seit knapp 20 Jahren. Doch die meisten Entwickler und Anbieter gingen erst in den letzten zehn Jahren an den Start, meist mit innovativen Konzepten. K. Christoph Keller von aveniture ist sich sicher: „Ob sie nun Helikopter, Gyrokopter, Multikopter, Ornithopter oder Flugauto genannt werden, Luftfahrzeuge für den Einzelnen sind aus den Köpfen der Menschen nicht mehr wegzudenken. Wir können heute noch nicht sagen, ob diese Fluggeräte zukünftig in Schwärmen über den großen Städten dieser Welt kreisen oder eher für Spezialaufgaben eingesetzt werden, doch was technisch machbar und für die Kunden attraktiv ist, wird in absehbarer Zeit auch verwirklicht. Hinzu kommt, dass in den letzten Jahren etwa eine Milliarde Euro privater und öffentlicher Gelder in die Entwicklung solcher Luftfahrzeuge für den individuellen Flugverkehr investiert wurden.“

Infrastrukturentwicklung zieht nach

Die neuen Formen des Luftverkehrs erfordern geeignete Infrastrukturen und Sicherheitssysteme. Der amerikanische Mobilitätsdienstleister Uber arbeitet an einem Konzept für Kleinflughäfen, die er ab 2020 auf den Dächern von Bürogebäuden, Parkhäusern, Lagerhallen und Einkaufszentren errichten und betreiben möchte. Angesichts des zunehmend verdichteten Luftraums und der damit verbundenen Risiken beschäftigen sich die ESA und die NASA mit Antikollisionssystemen und Flugleitsystemen, auch für bodennahe Lufträume. Diese gehören zu den größten technologischen Herausforderungen für den individuellen Luftverkehr. Die AWB Aviation im südhessischen Lampertheim entwickelt flexible, modulare Service- und Wartungslösungen für die Kleinflughäfen der Zukunft, so berichtet Thomas Röser, der Business Developer und DaVinci-Entrepreneur des Unternehmens.

Vollautonom, ferngesteuert oder von Piloten geflogen

Im ersten Schritt werden es wahrscheinlich Piloten sein, die die Luftfahrzeuge der Zukunft steuern. Diese werden von ihren zunehmend komplexen Anforderungen durch Assistenzsysteme entlastet, die Luftfahrzeuge und ihre Insassen vor ihren Fehlern und vor kleineren und schlecht auszumachenden Objekten und Strukturen schützen. Bei wachsendem Verkehrsaufkommen werden sie gleichzeitig verhindern, dass die Lufttaxis und Privatflugzeuge in den Luftraum der großen Verkehrsmaschinen einfliegen.
Schon heute machbar sind, aber eher kritisch bewertet werden ferngesteuerte Lufttaxis. Mit ihnen ließe sich die Beförderungskapazität bei gleichem Aufwand erhöhen, doch bei Störungen im Leitsystem könnte niemand mehr manuell eingreifen. Intensiver und optimistischer diskutiert werden autonome Lösungen, bei denen die erforderlichen Technologien redundant, sowohl in jedem einzelnen Luftfahrzeug vorhanden sind als auch außerhalb in einem übergeordneten Leitsystem. Damit könnten sich die Luftfahrzeuge intelligent im Schwarm bewegen und interagieren, während ein übergeordnetes Leitsystem bei Störungen einzelner Fahrzeuge eingreift, um diese sicher zu Boden zu bringen. Vollautonome Leitsysteme würden zugleich eine deutlich höhere Dichte im Luftraum erlauben, als bei der Steuerung durch Piloten. Etwas anders sähe das in weniger dichtbevölkerten Regionen aus. Dort könnten einfache Leitsysteme sowohl mit einer Fernsteuerung vom Boden aus als auch mit einer Steuerung durch Piloten kombiniert werden.

Anforderungen und Risiken

Begeistert von den technologischen Möglichkeiten und ihren Zukunftsvisionen konzentrieren sich die meisten Entwickler auf die Überwindung der technologischen Hürden für den individuellen Luftverkehr und verzichten auf eine systematische Analyse der möglichen Risiken und der grundlegenden Rahmenbedingungen. Die Anforderungen an die Luftfahrt sind hoch und die Sicherheitsvorschriften streng. Wird der Luftraum stärker genutzt, werden diese Anforderungen steigen. Mindestabstände müssen eingehalten werden, die Piloten benötigen einen Pilotenschein und Gesundheitskontrollen, eine regelmäßige Wartung der Luftfahrzeuge und der Start- und Landeeinrichtungen ist Pflicht und die Bevölkerung befürchtet Unfälle und Lärm.

Ein senkrecht startendes Luftfahrzeug an ungeeignetem Ort kann Gärten verwüsten und Dächer abdecken. Umso größer sind die Gefahren, wenn die Luftfahrzeuge miteinander oder mit Paketdrohnen, Vögeln, Bäumen oder Hochspannungsleitungen kollidieren. Da hilft es auch nicht, dass sie deutlich kleiner sind, als die großen Verkehrsmaschinen. Zudem spricht man schon heute allerorten von der Lärmverschmutzung unserer Städte und Regionen und schlägt für den Gesundheitsschutz Nachtflugverbote und Ruhezonen vor. Wie werden sich diese Diskussionen erst entwickeln, wenn am Himmel der Städte private Luftfahrzeuge sirrend, brummend und fauchend ihre Kreise ziehen? Nicht zu unterschätzen ist auch ihr Energiebedarf. Selbst wenn sie elektrisch fliegen, benötigen sie Energie. Energie, die mit dem Schwinden der fossilen Brennstoffe und dem globalen Energiehunger mit zunehmend höherem Aufwand gewonnen werden muss. Gleichzeitig wird der Wettbewerb in diesem Markt mit jedem neuen Anbieter stärker, was die Abstimmung hinsichtlich der Regulierung und der Entwicklung gemeinsamer Infrastrukturen erschwert.

Zu diesem Ergebnis kam 2015 auch das von der EU geförderte Projekt myCopter, an den Forschungseinrichtungen wie das DLR-Institut für Flugsystemtechnik, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Max-Planck-Institut (MPI) für biologische Kybernetik mitgewirkt haben. Aus Sicht der Forscher bleibt der Kopter für den Hausgebrauch ein Traum. Der Projektleiter Heinrich Bülthoff sagt im Gespräch mit dem Handelsblatt: „Wir können nicht von jedem eine Flugausbildung verlangen.“ „Warum denn nicht?“, wird sich da jeder Autofahrer fragen. Andere werden ihm beipflichten und fragen, was sie mit einem Pilotenschein anfangen sollen – für ein Luftfahrzeug, das vollautonom fliegt und zuverlässige Antikollisionssysteme an Bord hat. Auch Energieaufwand und Fluglärm wären anders zu bewerten, wenn in Zukunft superleichte Brennstoffzellen ultraleise Rotoren antreiben. Auch diese werden bereits von einem Konsortium, in dem sich mehrere Technologieführer aus diesem Feld zusammengetan haben, unter Leitung der AWB Aviation entwickelt.

Es wird sich also noch erweisen müssen, ob die Vorbehalte der deutschen Forscher angesichts der Mobilitätsengpässe in den Megastädten Asiens und Afrikas Bestand haben, wie es sich damit in den ländlichen Räumen der USA, Australiens oder Afrikas verhält und ob sich im neuen Markt nicht professionelle Dienstleister mit Sharing-Lösungen anstelle von privatbetriebenen Luftfahrzeugen durchsetzen.

Autor: Dr. Bernhard Albert