Welche Konsequenzen Hobbydrohnen für den Betriebsablauf haben

Drohnengefahr an Flughäfen

Die jüngsten Ereignisse in London Gatwick und London Heathrow im Dezember 2018 bzw. Januar 2019 zeigen, dass gesetzliche Regeln nicht ausreichen, um die „Wildfliegerei“ von Drohnen einzudämmen. In Großbritannien gibt es bereits umfangreiche Regularien zum Betrieb von unbemannten Luftfahrtsystemen. Dennoch erhöht die enorme Verbreitung von Drohnen für den Hobbybereich grundsätzlich das Risiko für die Luftfahrt. Aufgrund des rasanten technischen Fortschritts ist für die Bedienung von Drohnen kein technisches Spezialwissen mehr notwendig, wie es z.B. für den klassischen Modellflieger unablässig ist um einen Modellhubschrauber sicher beherrschen zu können.

Bild: shutterstock_cinema99

Diese Entwicklung hat zur Folge, dass der Freizeit-Drohnenpilot und Hobby-Luftbildfotograf seine Drohne einfach und unkompliziert dort aufsteigen lassen kann, wo er die spektakulärsten Aufnahmen erwartet. Das kann dann beispielsweise auch am Grenzzaun eines internationalen Verkehrsflughafens sein. Dabei wäre es ungerecht dem Freizeitdrohnenpiloten grundsätzlich eine böswillige Absicht zu unterstellen. Vielfach handelt es sich schlichtweg um Unwissenheit und vielleicht auch ein wenig Naivität.

Auch an deutschen Flughäfen könnte solch ein Szenario also stattfinden. In der Vergangenheit gab es immer mal wieder angebliche Drohnensichtungen z. T. sogar mit Konsequenzen für den Betriebsablauf an den Airports. Die heute am häufigsten eingesetzten Multikopter sind jedoch mit einem sogenannten „Geofencing-System“ ausgestattet. Das bedeutet, dass die Drohne ihre Position mit einer internen Datenbank abstimmt und z. B. direkt neben einem Flughafen nicht weiterfliegt oder überhaupt startet. Voraussetzung sind allerdings GPS-unterstützte Fluggeräte mit der entsprechenden Funktion und dass dieser Flughafen oder auch kleinere Sportflugplatz in der Datenbank hinterlegt ist.

Die Gefahren, die von Hobbydrohnen für Verkehrsflugzeuge ausgehen können, sind erheblich. Eine Kollision zwischen einem Verkehrsflugzeug, welches sich im Landeanflug mit einer Geschwindigkeit von ca. 150 Knoten über Grund (278 km/h) bewegt, und einem 1,4 kg schweren Gegenstand (so viel wiegt z.B. ein populäres Multicoptermodell eines großen chinesischen Herstellers) kann zu schwerwiegenden Beschädigungen am Luftfahrzeug führen. Die Sichtung einer Drohne von der Größe eines Medizinballs aus dem Cockpit eines Verkehrsflugzeugs ist nicht ohne weiteres möglich, da die Sichtverhältnisse stark eingeschränkt und die Geschwindigkeiten relativ hoch sind.

Jüngste Zwischenfälle mit Verkehrsflugzeugen demonstrieren die Gefahr, welche durch die Kollision mit einer Drohne ausgeht (Quelle: avherald.com):

  • Beschädigung des Radoms eines Airbus A320-200 im Anflug auf London Heathrow am 17.04.2016
  • Beschädigung der linken Rumpfseite (Cockpitsektion) einer Boeing 737-800 im Landeanflug auf Buenos Aires am 11.11.2017
  • Beschädigung der linken Rumpfseite einer Embraer 190 im Landeanflug auf Buenos Aires am 21.12.2018
  • Beschädigung des Radoms einer Boeing 737-800 im Anflug auf Tijuana 12.12. 2018 (Vorfall noch unbestätigt)
Bild: shutterstock_RikoBest

Kollision mit Drohnen und Flugzeugen gab es in der Verangenheit schon häufiger

Viele Strukturen eines modernen Verkehrsflugzeugs bestehen, wie auch das Radom, aus Faserverbundwerkstoffen. Schäden durch einen Aufprall sind für Faserverbundstrukturen tückisch, da ein Schaden äußerlich nicht immer klar zu erkennen sein muss, obwohl der Werkstoff unter der Oberfläche bereits stark geschädigt worden ist. Somit stellen auch schon leichte Kollisionen mit geringen Aufprallenergien, z.B. mit kleinen Drohnen, eine ernste Gefahr dar.

Auch Luftfahrzeuge der allgemeinen Luftfahrt sind betroffen. So kann eine Drohnenkollision mit einem landenden Segelflugzeug ebenfalls verheerende Wirkung haben. Die Schrecksekunde nach dem Aufprallknall kann dazu führen, dass der Pilot die Kontrolle verliert und es so zu einem Crash kommt.

Die Drohnenpiloten in Deutschland sollten sich in ihrem eigenen Interesse ausreichend über die Eckpunkte der Vorschriften zum Flug mit einem unbemannten Fluggerät informieren.

Im Internet findet jeder sehr einfach erklärte „Spielregeln“. Schnell sind hier Ordnungswidrigkeiten oder sogar echte Straftaten begangen. Jeder Pilot benötigt aber spätestens ab 2kg Startgewicht des Fluggerätes einen sogenannten „Kenntnisnachweis“. Diesen gibt es einmal in einer sehr abgeschwächten Form für Freizeitpiloten, also Modellflieger oder deutlich umfangreicher für gewerbliche Piloten von einer durch das Luftfahrt-Bundesamt benannten „Anerkannten Stelle“. Sobald ein professioneller Drohnenbetreiber auf behördliche Genehmigungen oder Verfügungen zurückgreifen möchte, ist auch unabhängig vom Startgewicht des Fluggerätes meist ohnehin ein „großer“ Kenntnisnachweis – nach §21d LuftVO – nötig. In den Prüfungen zu Kenntnisnachweisen wird explizit Wissen über z. B. die Luftraumstruktur oder Betriebsgrenzen, wie an Flughäfen und anderen Einrichtungen abgefragt. Allerdings wird ein verantwortungsvoller Pilot ohnehin sicher nicht auf die Idee kommen an- oder direkt neben einem Flughafen ohne entsprechende Erlaubnisse zu fliegen.

Bild: insensiv GmbH

Drohne mit „String Shot“-Vorrichtung

Taucht eine Drohne doch in unmittelbarer Nähe zu einem Flughafen oder anderer sensibler Infrastruktur auf, bleibt selbst bei einem Erkennen der möglichen Gefährdung die Frage nach der Abwehr.

Zur Abwehr von Drohnen sind verschiedene Maßnahmen verfügbar. Diese reichen von physischen Aktivitäten wie z.B. Vorgaukeln falscher Geo-Koordinaten (Geo-spoofing), Einfangen per Netz(schuss), Einsatz trainierter Greifvögel oder Beschuss mittels Projektil, Laser- oder EMP-Impulsen. Beispielsweise bietet die Firma insensiv GmbH aus Bielefeld mit dem „String Shot Launcher“ ein mobiles, handbetriebenes Abwehrsystem an, das gefährdende Drohnen flugunfähig macht. Die „String Shots“ bestehen aus zwei Kunststoffhalbschalen und sind mit einer Kevlarschnur verbunden. Zur Beschleunigung der kleinen aber wirkungsvollen „String Shots“ dient Druckluft aus handlichen Kartuschen. Diese machen den Markierer, bei entsprechender Vorbereitung, „im Handumdrehen“ einsatzbereit. Nach dem Abschuss mit einem modifizierten Paintball-Markierer öffnet sich das Geschoss in der Luft. Bei einem Treffer wickeln sich Halbschalen und Schnur um die Rotoren der abzuwehrenden Drohne und machen diese flugunfähig. Die Abwehrmaßnahmen sind dabei, auch aufgrund vieler nacheinander abgefeuerter Geschosse, auf Distanzen von bis zu ca. 50-60 Meter sehr effektiv.

Durch das Herbeiführen eines kontrollierten Absturzes aus unmittelbarer Entfernung hat der Anwender außerdem die Möglichkeit mögliche Gefahren durch die abstürzende Drohne selber einzuschätzen und diese gegen die Gefährdung durch das Flugobjekt abzuwägen. Der Einsatz des oben beschriebenen String Shot Launchers kommt auch in Kombination mit einer eigenen Drohne in Frage. Dabei fliegt die eigene Drohne mittels Fernsteuerung und Videobildübertragung sein gefährdendes Pendant an und bringt es durch ferngesteuert ausgelösten Beschuss mit den Spezialgeschossen zum Absturz.

Neben diesen eher auf Zerstörung ausgerichteten Maßnahmen versuchen andere Ansätze das Schutzziel durch die Übernahme der Kontrolle über die Drohne zu erreichen. Dazu wird die digitale Kommunikation zwischen Sender und Drohne abgehört und das Kommunikationsprotokoll analysiert und entschlüsselt. Mit den gewonnenen Daten sowie einer sog. Timing-Attacke (diese umfasst das senden gefälschter Kommunikationspakete kurz vor dem ursprünglichen Sender) kann die Kontrolle übernommen und bspw. eine Landung erzwungen werden.

Die Innovationskraft, vor allem aus der Privatwirtschaft, wird in diesem Falle durch unklare Zuständigkeiten zwischen Polizei, Betreibergesellschaften und Politik gebremst. Keine der Beteiligten Parteien übernimmt beim Thema Drohnenabwehr klar die Verantwortung und treibt Lösungen gemeinsam mit technischen Partnern voran.

Der Fachausschuss für unbemannte Luftfahrtsysteme (UAV) der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik hat es sich zur Aufgabe gesetzt, den sicheren und professionellen Umgang mit der Drohnentechnik durch die Erstellung praxisnaher VDI-Richtlinien zu fördern. Hierzu wurden auch bereits spannende Themen gefunden. Diese sind:

  • Betriebsverfahren für
    aerodynamische und aerostatische Flugkonzepte
    freifliegende und gefesselte Systeme
  • Technische Sicherheit
    Baustandards
    Wartung und Instandhaltung
    Cybersicherheit
  • Standards für praktische Schulungen und theoretische Weiterbildungen

Autoren:

Friedrich Wilhelm Bauer
Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Leiter des „Projektlabors für Werkstoffe im Flugbetrieb in der Werkstofftechnik“ der Fakultät II „Maschinenbau und Bioverfahrenstechnik“ an der Hochschule Hannover
Position im VDI: Vorsitzender des Fachausschusses für unbemannte Luftfahrtsysteme (UAV) der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik

Christian Bunse
Professor an der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik der Hochschule Stralsund
Position im VDI: Mitglied des Fachausschusses für unbemannte Luftfahrtsysteme (UAV) der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik

Christian Gieselmann
Geschäftsführer der INSENSIV GmbH
Position im VDI: Mitglied des Fachausschusses für unbemannte Luftfahrtsysteme (UAV) der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik

Simon Jäckel
Position im VDI: Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik

André Scholz
Inhaber der Kopterzentrale / Ingenieurbüro & Drohnentechnik
Position im VDI: Stellvertretender Vorsitzender des Fachausschusses für unbemannte Luftfahrtsysteme (UAV) der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik

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