Mit dem  EXPLORER MAGAZIN "unterwegs":

Drohnen - 

Etwas mehr als Luftbilder ...
    

Ein unbemanntes Luftfahrzeug, auch Drohne genannt, ist ein Fluggerät, das zur Überwachung, Erkundung, Aufklärung, als Zieldarstellungsdrohne und mit Waffen bestückt in Kampfeinsätzen verwendet werden kann.

Erstes Stealth-UCAV der Welt: Boeing X-45Drohnen werden sowohl in militärischen und geheimdienstlichen als auch in zivilem Einsatz verwendet. Eine Drohne fliegt ohne einen Piloten an Bord, kann entweder automatisiert über ein Programm oder vom Boden aus über Funksignale bzw. über Satellitenfunk gesteuert werden. Je nach Einsatzgebiet und Ausstattung können Drohnen Nutzlasten tragen, wie z. B. Raketen für einen militärischen Angriff. Die Abmessungen reichen dabei von nur einigen Millimetern (Mikrodrohne) bis zur Größe eines Verkehrsflugzeuges mit 60 m Spannweite (Boeing Condor).

Im weiteren Sprachgebrauch ist die Abkürzung UAV für unmanned, uninhabited oder unpiloted aerial vehicle gebräuchlich. Dabei werden ferngesteuerte UAVs als RPV remotely piloted vehicle bezeichnet.

Zusätzlich hat sich die Abkürzung UAS für unmanned aircraft system eingebürgert. Die Bezeichnung umfasst das Gesamtsystem aus der fliegenden Drohne, der Bodenstation zum Start und ggf. Landung sowie der Station zur Führung und Überwachung des Fluges (Wikipedia).

Zeitenwende der Luftfahrt ..?

Eigentlich hätten wir sie auch sehr gern: Eine Drohne für Luftaufnahmen. In Ermangelung eines solchen Fluggerätes mussten aber bisher bei uns auch Drachen reichen - ausgestattet mit einer FlyCam wie der ACME FCO2 waren allerdings auch die bereits in der Lage, etliche interessante Bilder aus der Höhe zu schießen (siehe unten) - aber reicht das wirklich ..?   

Nun, ein Drohne als echtes "Outdoor-Gerät" wäre da natürlich wesentlich effizienter - und in Anbetracht aktueller Entwicklungen sicher heutzutage möglicher denn je -wenn man noch von den derzeit aufgerufenen Preisen für solche Fluggeräte absieht. Doch der Reihe nach ...

USA: Am 16.02.2012 erlaubt die FAA (Federal Aviation Administration), die Bundesluftfahrtbehörde der USA, den Einsatz von Drohnen künftig auch für kommerzielle Anwender. Damit ergibt sich eine Bandbreite privater Aktivitäten für Einsatzmöglichkeiten, die von Grundstücksgeschäften über landwirtschaftliche Aufgaben bis hin zur Hollywood-Filmerei reicht. Und neue Fragen werden selbst in den nicht gerade Datenschutz-orientierten USA plötzlich gestellt, die sich um die neuen Möglichkeiten und all die Informationen drehen, die nun von denen "da oben" vom Leben "da unten" erfasst werden können - und was vor allem mit diesen Informationen geschieht. Darüber hinaus gibt es sogar Bedenken bis hinein in die Sicherheit des Luftverkehrs, die ebenfalls von möglichen privaten Drohnenaktivitäten betroffen ist.

Privatbesitz kann nun von der Luft aus überwacht werden: Wer jemals einen Zeitgenossen erlebt hat, der schon beim Anbringen einer WebCam an der Hausfassade des Nachbarn diesem mit rechtlichen Schritten droht, der kann vielleicht ermessen, wie eben dieser Mensch reagieren würde, käme eine derartige Drohne, ausgerüstet mit einer gut sichtbaren fetten Canon, über sein Grundstück samt gut verstecktem Pool gesurrt - dieser Mann würde sicherlich sofort die Polizei rufen, falls er das Fluggerät nicht sofort abschießen kann ...

Was nun also schon eine Frage selbst in den USA ist, würde z.B. in Deutschland mit Sicherheit noch viel größere Wellen aufwerfen und insofern kann man Anwendern derartiger Fluggeräte möglicherweise schon heute viel Vergnügen bei ihren künftigen Startversuchen wünschen ...

In dem Maße, wie Drohnen geräuschärmer operieren könnten, würden vermutlich zusätzliche Bedenken entstehen. Auch Sicherheitsbehörden, die sich solcher Drohnen bedienen, kämen garantiert in Erklärungszwang: Wie viel  unserer (tatsächlich heute noch verbliebenen) Privatsphäre müsste zusätzlich aufgegeben werden, wenn z.B. im Rahmen polizeilicher Maßnahmen solche Drohnenflüge erforderlich erscheinen?

Wie viele unserer bisherigen Diskussionen zu Lauschangriffen, Trojanereinsätzen und sonstigen Einschränkungen von Bürger- und Persönlichkeitsrechten müssten auch in diesem Zusammenhang erneut geführt werden? Inwieweit könnten Suchaktionen oder größere Unfälle den Einsatz dieser Fluggeräte zwingend erscheinen lassen? Welche Unterschiede würden Flüge zu Paparazzi-Zwecken, Hilfen für Farmer oder zum Fang vermeintlicher Terroristen machen?

Nun, all diese Fragen sind derzeit bei uns noch keine Themen der Alltagsdiskussion in Zeiten, wo Drohnen überwiegend in Gebieten wie Afghanistan und an der pakistanischen Grenze vermutet werden. Wo sie mit dem Joystick aus weit entfernten Einsatzzentralen gesteuert werden, um schwer bewaffnet Terroristen zu jagen. Und wenn ein solches Teil dann auch einmal stolz von Iranern präsentiert wird, die Spionageflüge über ihrem Territorium vermelden, dann ist man doch zumindest froh darüber, dass bei dem Einsatz nicht wieder einmal eine Hochzeitsgesellschaft kollateral ausgelöscht wurde - auf alle Fälle ist das Ganze aber noch kein Diskussionsthema zwischen zwei Nachbarn heutzutage!

Dies alles könnte sich möglicherweise in naher Zukunft verändern, wenn wir die weitere Entwicklung betrachten ...

Drohne für Luftbildaufnahmen

Fotografieren ist ohne Zweifel eine faszinierende Beschäftigung. So faszinierend, dass sich viele diese Beschäftigung zum Beruf gemacht haben. Eine gute Fotoausrüstung ist keine Seltenheit mehr. Aber auch für Schnappschüsse sind viele mit einer Kompaktkamera ausgerüstet. Eine Art der Fotografie bereitet der großen Masse jedoch nach wie vor Probleme bei der Ausführung, und zwar die Luftbildaufnahme.

Luftbildaufnahmen haftet nach wie vor etwas Exklusives an. Kein Wunder, wer sich einen Hubschrauber oder ein Kleinflugzeug mieten will, um ein paar Aufnahmen aus der Luft zu machen, muss dafür tief in die Tasche greifen. Vor allem ein Flug mit einem Hubschrauber macht sich bei den Kosten deutlich bemerkbar.

Viele Versuche wurden unternommen, um diese hohen Kosten zu umgehen, doch ein wirklicher Durchbruch wurde bis jetzt nie erreicht. Funkferngesteuerte Helikopter bildeten einen guten Ansatz. Mangels Flugerfahrung der Fotografen kam es jedoch immer wieder zu Abstürzen mit Totalschäden am Fluggerät und Fotoapparat. Doch diese Idee erwies sich als ausbaufähig und führte zur Entwicklung einer Drohne für Luftbildaufnahmen.

Hört man den Begriff Drohne, führt der erste Gedanke in den militärischen Bereich. Tatsächlich nützen Militärs unbemannte Drohnen schon seit langem für die militärische Aufklärung. Luftaufnahmen werden von den Militärs fast täglich durchgeführt. Und was dem Militär nutzt, kann man auch für zivile Zwecke nutzbar machen. Selbstverständlich gleichen Drohnen für zivile Zwecke in keiner Weise ihren militärischen Vorbildern: Sie sind kleiner, leichter und einfacher zu steuern. Schließlich sollen die Drohnen für Luftaufnahmen von unerfahrenen Piloten benutzt werden und dazu braucht es ein System, das einfach und unkompliziert zu bedienen ist.

Eine Drohne für Luftbildaufnahmen erinnert an ferngesteuerte Flugmodelle aus dem Fachmarkt. Doch dieses Modell unterscheidet sich von anderen ferngesteuerten Flugmodellen durch seine einfach zu handhabende Steuerung. Gesteuert wird das Luftgefährt zum Beispiel von einem Notebook oder einem Tablet-PC.  Der Vorteil darin liegt in der Steuerung durch die Software, welche dem Fotografen erlaubt, die Drohne ohne weitere Vorkenntnisse zu bedienen. Die speziell entwickelte Kameraaufhängung (auch für Spiegelreflexkameras geeignet) mit Nick- und Rollausgleich sorgt für gute Positionierbarkeit und verwacklungsfreie Bilder. Das Untergestell inklusive Kamera ist nach rechts und links drehbar so aufgebaut, dass in keinem Fall Teile des Gehäuses im Aufnahmebild zu sehen sind.

Neigt man den Tablet-PC (Bild rechts) etwas nach rechts, empfindet der "Hexacopter" die Bewegung automatisch nach. Was so einfach aussieht, ist in Wirklichkeit ein kleines Wunderwerk der Sensorik. Start und Landung erfolgen automatisch und eine Absturzsicherheit aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz schützt Drohne und Fotokamera. Hinzu kommt eine extreme Wendigkeit dieser Drohnen. Dadurch kann der Fotograf Aufnahmen gestalten, wie sie aus einem Helikopter oder Kleinflugzeug niemals möglich wären.

Die einfache Bedienung ermöglicht es Aufnahmen zu machen, welche ohne Drohne ein zu hohes Risiko darstellen. Plant man eine Safari in Afrika, kann man mit einer Drohne gefährliche Tiere aus nächster Nähe fotografieren. Auch für Aufnahmen schwer zugänglicher Stellen wie Abhänge oder Schluchten können mit einer Drohne einfach und ungefährlich gemacht werden  ...

Es lohnt ein Blick zurück in die Ursprünge dieser Technik: Bereits Anfang der 1970er-Jahre wurden flugfähige Modellhubschrauber entwickelt. Da jedoch die geeignete Elektronik zur Flugstabilisierung fehlte, war autonomes Fliegen damals noch undenkbar. Die Navigation war sehr anspruchsvoll und erforderte umfassende Kenntnisse sowie eine kontinuierliche Beobachtung des Fluggeräts. Selbst als sich die Technik weiterentwickelte, blieb die Bedienung der UAVs weiterhin so kompliziert, dass zur Steuerung eine kostspielige Schulung absolviert werden musste.

Damit ist heute zum Glück Schluss: Den Aibot X6 z.B. (Bild oben links) lenkt man wie erwähnt über den Tablet-PC. Um abzuheben, drückt man einfach auf den Touchscreen. Die gewünschte Flughöhe erreicht man, indem man mit dem Daumen über den Bildschirm fährt. Neigt man das Pad in eine bestimmte Richtung, empfindet der Mikrokopter diese Bewegung automatisch nach.

Dahinter steckt ein ausgeklügeltes System aufeinander abgestimmter Sensoren: Für die Lageregelung wird beispielsweise ein Gyroskop eingesetzt. Während man früher ständig manuell kleine Flugkorrekturen durchführen musste, übernimmt diese Aufgabe nun dieses kleine Instrument im Zusammenspiel mit einem Mikrocontroller. Er reduziert oder steigert bei Bedarf die Drehzahl der sechs Rotoren. Wenn man den Tablet-PC nach rechts neigt, wird dies in eine Senkung der Drehzahl einzelner Rotoren übertragen.

Über einen eingebauten GPS-Empfänger weiß der Copter stets, wo er sich gerade befindet. Dadurch kann man ihn auf Knopfdruck ganz einfach zum Startpunkt zurückholen. Oder man programmiert eine Route und überlässt die Steuerung ganz dem Aibot X6. Dank acht Ultraschallsensoren wird hierbei automatisch der nötige Abstand zu Hindernissen eingehalten.

Durch seinen hohen Grad an Automatismus ist der Aibot X6 derzeit "State of the art". Im Vergleich zu seinen Vorläufern aus den 70er-, 80er- und 90er-Jahren weist er einen entscheidenden Unterschied auf, der gleichzeitig einen Wendepunkt im Technologie-Bereich markiert: Er besitzt künstliche Intelligenz.

(Anm. der Red.: Angabegemäß wird neben der Tablet-Steuerung im konkreten Fall des Aibot X6 zusätzlich auch eine Fernsteuerung vom Typ Graupner MK20 ausgeliefert, wie wir sie ähnlich auch aus dem Bereich von RC-Modellen kennen. Die Fernsteuerung sendet auf der Frequenz 2,4 GHz und das Bild wird mit 5,8 GHz übertragen. Die horizontale Reichweite wird mit rund 2 km angegeben. Eine Erweiterung dieser Reichweite mit Brennern (Verstärkern), wie wir sie z.B. auch aus dem Bereich des CB-Funks kennen, ist in Deutschland allerdings nicht erlaubt. Ebenfalls gibt es in Deutschland die Vorgabe, im Sichtflugbereich (VFR) zu fliegen, was im Ausland schon wieder ganz anders aussehen kann.)

Weitere Einsatzgebiete ...

Filmaufnahmen für Werbung und Sport

Der Aibot X6 z.B. lässt sich mit modernen Full-HD-Kameras bestücken, um hochauflösende Videos in entsprechender Qualität aufzunehmen. Auch hier sorgt der Nick- und Rollausgleich für ein besonders ruhiges Aufnahmebild. Flugrouten sind schon vorher vom Boden aus programmierbar, um nichts dem Zufall zu überlassen. Während des Fluges werden Live-Bilder zur Bodenstation übertragen, um so die Bildaufnahme kontrollieren zu können.

Inspektionsaufgaben

Anspruchsvolle Inspektionsaufgaben können ebenfalls mit einem derartigen Copter erfolgen: So kann man Gebäudefassaden, Brücken, Windkraftanlagen und Solarpanels auf eventuelle Schäden inspizieren, nur um einige Beispiele zu nennen. Dabei sorgt die intelligente Sensorik dafür, dass das Fluggerät immer selbständig in einem definierten Abstand zum Inspektionsobjekt bleibt, um so Kollisionen zu vermeiden und Bedienungsfehler auszuschließen. Die Bild-, Positions- und andere Flugdaten werden dabei protokolliert und können anschließend bequem und genau analysiert werden.

Überblicken von Gefahrensituationen und Katastrophen

Zum Beispiel bei Polizei und Feuerwehr kann der Copter überall da eingesetzt werden, wo es notwendig ist, sich schnell und einfach aus der Luft einen Überblick über die Lage zu verschaffen, um über weitergehende Aktionen zu entscheiden und diese zu koordinieren.

Solche Situationen sind insbesondere gegeben bei Bränden, Naturkatastrophen, Massenveranstaltungen, Staus etc. Die Flugdrohne kann auch zusätzlich mit spezieller Sensorik ausgestattet werden, etwa um Kontaminierungen zu erkennen und zu analysieren.

Überwachung und Sicherheit

Mit einem solchen Copter lassen sich zu definierten Zeitpunkten bestimmte Flugrouten programmieren: Die regelmäßige Überwachung eines bestimmten Areals ist so rund um die Uhr  möglich. 

GIS, Landvermessung, Modellierung, Kartografie

Mit den Coptern ist es ebenfalls möglich, geografische Daten zu erfassen, um diese später zu analysieren. Für Anwendungen wie Landvermessung, Modellierung und Kartografie kann das Gerät bei Bedarf flexibel und individuell konfiguriert eingesetzt werden.

© 2012 Explorer Magazin, Beitrag Drohne für Luftaufnahmen und Drohnenbilder: Tobias Bleck / Aibotix GmbH

Nachtrag, November ´12: Regelungen ...

Mittlerweile ist auch bezüglich der "amtlichen" Behandlung von Drohnen einiges in Bewegung geraten. Ein Beispiel hierfür ist die Bekanntmachung der Bezirksregierung Düsseldorf vom 09.08.2012:

Antrags- und Erlaubnisverfahren für den Aufstieg von "Unbemannten Luftfahrtsystemen"

Entsprechend der Gemeinsamen Grundsätzen des Bundes und der Länder für die Erteilung der Erlaubnis zum Aufstieg von unbemannten Luftfahrtsystemen gemäß § 16 Absatz 1 Nummer 7 Luftverkehrs-Ordnung (LuftVO) (NfL I 161 / 12)

Unbemannte Luftfahrtsysteme sind Fluggeräte, die nicht ausschließlich zur Sport- oder Freizeitgestaltung betrieben werden, sondern die zu einem gewerblichen Zwecke genutzt werden. Zu denen zählt man auch die sogenannten Kameradrohnen (§1 Abs. 2 3. Satz LuftVG). Dient ein unbemanntes Luftfahrtsystem ausschließlich sportlichen oder die Freizeit gestaltenden Zwecken, so gelten sie als Flugmodelle im Sinne des § 1 Abs 2 Nummer 3 LuftVG.

Folglich bedarf die Nutzung des Luftraums mit diesen Geräten nach § 16 Abs. 1 Nr. 7 LuftVO, privat oder gewerblich, der Erlaubnis durch örtlich zuständige Behörde des Landes, hier die Bezirksregierungen Düsseldorf und Münster für das Bundesland Nordrhein-Westfalen.

Allgemeine Aufstiegserlaubnisse:

Eine allgemeine Aufstiegserlaubnis wird für die Dauer von zwei Jahren erteilt. Danach ist eine neue allgemeine Aufstiegserlaubnis zu beantragen. Die Aufstiegserlaubnis wird im Einvernehmen mit der Bezirksregierung Münster erteilt und gilt somit für das gesamte Bundesland Nordrhein-Westfalen. Der Antrag auf Erteilung einer allgemeinen Aufstiegserlaubnis nach § 16 LuftVO besteht aus folgenden Unterlagen:

Anerkennung allgemeiner Aufstiegserlaubnisse aus anderen Bundesländern:

Die Bezirksregierungen Düsseldorf und Münster erkennen nach Prüfung in der Regel allgemeine Aufstiegserlaubnisse anderer Bundesländer an. Nach Anerkennung sind diese Aufstiegserlaubnisse dann für das gesamte Gebiet des Landes Nordrhein-Westfalen gültig.

Einzelerlaubnisse zum Aufstieg:

Für unbemannte Luftfahrtsysteme mit Verbrennungsmotoren oder einer Gesamtmasse über 5 kg sind nur Einzelerlaubnisse vorgesehen. Der Antrag auf Erteilung einer Einzel-Aufstiegserlaubnis nach § 16 LuftVO besteht aus folgenden Unterlagen:

Wichtig: Nur die Vollständigkeit ihrer Antragsunterlagen garantiert eine rasche Bearbeitung! Unvollständige Anträge führen zu Nachforderungen und Verzögerungen im Ablauf. Wir bitten Sie daher in Ihrem eigenen Interesse, ausschließlich vollständige Antragsunterlagen, mindestens zehn Werktage vor dem Aufstiegstermin, einzureichen.

Kosten: allg. Erlaubnis: ca. 250,00 EUR, Anerkennung: ca. 50,00 EUR, Einzelerlaubnis: ca. 80,00 EUR.