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Ordnung am Drohnenhimmel

Vielen galt die Ankündigung von Amazon-Chef Jeff Bezos vor gut zwei Jahren, Pakete künftig per Drohnenkurier ausliefern lassen zu wollen, als glatter Humbug. Inzwischen arbeitet die NASA an einem System zur intelligenten Überwachung und Steuerung des Luftverkehrs von Lieferdrohnen.

Es könnte schon bald vorbei sein mit der Ruhe über unseren Köpfen. Ob Verkehrsüberwachung, Rettungs- und Sicherheitseinsätze, Forschungsflüge oder die automatisierte landwirtschaftliche Vermessung und Bewirtschaftung (Stichwort: Precision Farming), täglich werden in Industrie und Forschung neue Anwendungsszenarien für den Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs, unmanned arial vehicles) ersonnen, die unser Leben revolutionieren sollen. Und mit ganz besonderer Wucht kündigt sich in diesen Tagen die Welle der Lieferdrohnen an. Dies könnte langfristig zum Problem werden, denn das Chaos am Himmel scheint vorprogrammiert.

Der Mann, der sich um dieses Problem - rechtzeitig - kümmern möchte, heißt Dr. Parimal Kopardekar und ist Manager des Safe Autonomous Systems Operations-Projekts am NASA Ames and Research and Development Center. Er beschreibt seine Aufgabe in einfachen Worten: „Nur weil der Himmel weit und groß ist, heißt das noch lange nicht, dass man einfach überall hinfliegen kann. Es müssen ein paar ‚Verkehrsregeln’ beachtet werden, und es benötigt eine Art von Struktur. Und diese Struktur fehlt momentan noch.“

Bei aller Nonchalance ist die zu bewältigende Aufgabe enorm. Ein Grund dafür ist schon allein die schiere Anzahl der Flugobjekte, denn in der klassischen Luftfahrt besteht die Gefahr einer Kollision von mehr als zwei Flugobjekten eigentlich fast nie. Das aktuelle Grundproblem besteht darin, dass weder die Drohnen noch die Piloten untereinander kommunizieren können und deshalb der Einsatz von Drohnen außerhalb der Sichtweite des Piloten nicht gestattet ist. Dies soll sich in Zukunft ändern.

In einem ersten von mehreren Testläufen erproben Dr. Parimal Kopardekar und sein Team derzeit auf dem Privatflughafen Crows Landing, Kalifornien, unweit der eigenen Forschungseinrichtung, ein Verkehrsmanagementsystem für Drohneneinsätze in der Landwirtschaft, zur Brandbekämpfung und für die Infrastrukturüberwachung.

Bei diesem Versuch gibt der Drohnenpilot, um seine Drohne auf den Weg schicken zu dürfen, die gewünschte Route mit Datum und Uhrzeit in die Software des cloudbasierten Verkehrsmanagementsystems (UTM, Unmanned Aerial Systems Traffic Management) ein, wo alle Drohnenflüge zentral erfasst und aufeinander abgestimmt werden. Auf der Grundlage der berechneten Route wird der Drohne ein Luftraum zugeteilt, in dem sie sich bewegen darf. Um sicherzustellen, dass die Drohne diesen Luftkorridor nicht verlässt, setzen die Forscher auf das Prinzip des Geofencing. „Geofences“ sind virtuelle Barrieren, deren Überschreiten ein Signal im zentralen Überwachungssystem auslöst. Die Positionsbestimmung der Drohne erfolgt selbstständig und in der Regel sattelitengestützt per GPS nach dem Standard des Flugsicherungssystems ADS-B, bei dem die Flugobjekte über Transponder permanent Lokalisierungs- und Geschwindigkeitsinformationen abstrahlen (Broadcasting), die dann vom Verkehrsmanagementsystem erfasst werden. Im Rahmen der ersten Testphase wird alternativ auch das Tracking über das Mobilfunknetz und über ein Radarsystem erprobt. Zusätzlich werden Wetterdaten ermittelt, um diese für die Flugbahn der Drohne zu berücksichtigen.

Das Problem eines solchen Systems ist, dass eine Sperrung von Luftkorridoren in städtischen Gebieten bei deutlich erhöhtem Verkehrsaufkommen undenkbar wäre. Zumal wären ergänzende Antikollisionssysteme erforderlich, um Hindernissen und anderen Flugobjekten auszuweichen. Aus diesem Grund soll der Versuchsaufbau in vier Phasen schrittweise erweitert und in den nächst komplexeren Anwendungskontext gehoben werden. Phase 2 ist für Oktober 2016 geplant und umfasst den Drohneneinsatz außerhalb der Sichtweite des Drohnenpiloten in abgelegenen Regionen. In Phase 3 im Januar 2018 sollen Sicherheitskonzepte für einen gemeinsamen Luftraum von bemannten und unbemannten  Luftfahrzeugen über dünn besiedelten Gebieten getestet werden. Phase 4 im Jahr 2019 umfasst den großflächigen Einsatz autonomer Flugobjekte für die Paketlieferung in dicht besiedelten Räumen.

Über den Erfolg eines solchen Systems entscheidet dabei in erster Linie der Algorithmus. So arbeitet ein Forschungsteam der Stanford University derzeit an einem Verfahren, das das Problem der rasant wachsenden Komplexität der Kollisionsvermeidung bei einer zunehmenden Anzahl von Luftverkehrsteilnehmern in den Begriff bekommen soll. Welches System schließlich eine Zulassung erhalten könnte, entscheidet in den USA die nationale Flugaufsichtsbehörde FAA (Federal Aviation Administration). Aber vielleicht hat sich Jeff Bezos bis dahin ja schon was Neues ausgedacht.