Rubriken

FernUni-News - Forschung und Entwicklung

FernUni-Luftschiff in Friedensmission: Minen mit Mikrowellen finden – Waldbrände erkennen

Flugroboter für Sicherheit und Katastrophenschutz des Hagener Lehrgebiets PRT

Die Freiflächen der ehemaligen Kaserne in Hemer sind für Flugversuche mit dem Blimp der FernUniversität bestens geeignet (Fotomontage)
Minen verbrennen und Waldbrände bekämpfen, und zwar per Klein-Luftschiff: In zwei höchst unterschiedlichen Bereichen von Sicherheit und Katastrophenschutz engagiert sich das Lehrgebiet Prozesssteuerung und Regelungstechnik (PRT) der FernUniversität in Hagen. Es geht um internationale Minenräumung per Laserstrahl (IMR) und Waldbrandbekämpfung per Hochdruck-Löschkanone (WBB), wobei das Luftschiff der FernUniversität jeweils unterstützend mitwirkt. Bei beiden Vorhaben beteiligt sich PRT an Initialprojekten des NRW-Ministeriums für Wirtschaft, Mittelstand und Energie. Fördermittel wurden bereits bewilligt.

Zentrum der Projektaktivitäten ist die 2007 von der Bundeswehr geräumte Blücher-Kaserne in Hemer. Dort wird das Lehrgebiet eine ehemalige Panzergarage als Luftschiffhangar und ein Verwaltungsgebäude als Entwicklungszentrum nutzen.

Das Luftschiff der FernUniversität ist ein Blimp (der als „Prall-Luftschiff“ im Unterschied zum Zeppelin kein inneres Gerüst besitzt). Das Lehrgebiet PRT hat bereits ein solches Mini-Luftschiff zu einem autonom agierenden Roboter mit Webcam für Inspektionszwecke umgebaut. Für die beiden Projekte wird ein mit rund 10 Metern Länge erheblich größerer Blimp angeschafft.

Ehemalige Kaserne wird Sicherheitszentrum

Geeigneter Standort für die Entwicklungen zu beiden Projekten ist das neue „Zentrum Sicherheits- und Katastrophenschutztechnik“ (ZSK-Hemer) in der früheren Blücher-Kaserne in Hemer: Wenige Kilometer von Hagen entfernt siedeln sich hier mittelständische Firmen aus der Sicherheitsbranche an, die an den Vorhaben beteiligt sind. Als derzeit einzige wissenschaftliche Einrichtung wird das Lehrgebiet PRT hier Hallen- und Büroräume nutzen, um mit den Projektpartnern eng kooperieren zu können. Die ehemaligen Panzergaragen sind groß genug für das Luftschiff und andere unbemannte Flugsysteme. In diesen Hallen könnte ein Blimp sogar einige Meter „im Trockenen“ steigen. Außerdem können auf dem früheren Panzerübungsplatz und weiteren Freiflächen Flugversuche für Aufgabenstellungen in den Projekten Minenräumung und Waldbrandbekämpfung durchgeführt werden.

Minenräumung per Laserstrahl

Bei der Minenräumung per Laserstrahl wird ein demilitarisierter Bundeswehr-Panzer vom Typ Marder mit einem Hochleistungs-Laser anstelle des Geschützturms versehen. Der Faser-Laser mit einer Ausgangsleistung von ca. 20 kW soll 50 bis 70 Meter entfernte Minen im Erdboden unschädlich machen – nicht durch Detonationen, sondern durch „Verbrennen von innen heraus“, erläutert apl. Prof. Dr.-Ing. Michael Gerke, Leiter des Lehrgebiets PRT. Die exakten Koordinaten der Waffen liefert der FernUni-Blimp.

Um die Minen zu erkennen gibt es verschiedene Verfahren, z. B. „Bakterien, die Sprengstoff ‚lecker’ finden und dabei die Minen durch Leuchtpunkte markieren“, erläutert Prof. Gerke. Der Aufwand ist notwendig, denn Metalldetektoren sind bei modernen Kunststoff-Minen wirkungslos. Ergänzend will das Hagener Lehrgebiet mit Mikrowellen-Sensoren arbeiten, um die Genauigkeit der Lokalisierung zu verbessern: Vom Blimp aus tasten sie den verdächtigen Erdboden ab. Die Mikrowellen dringen ein kleines Stück in den Boden ein, durch das Reflexionsprofil werden Unregelmäßigkeiten erkennbar. Das kann zur Detektion von nichtmetallischen Minen genutzt werden.

PRT ist dabei nicht für die Entwicklung der Sensoren zuständig, sondern bringt diese an die richtigen Stellen. Die Mikrowellensensoren können 4 bis 5 Kilogramm wiegen: „Wir können solche Lasten mit einem größeren Blimp lange genug tragen, um ganze Minenfelder abzuscannen“, so Gerke.

Allerdings sind die Luftschiffe wegen ihrer großen Flächen und geringen Massen relativ windempfindlich. Hier besteht noch Forschungs- und Entwicklungsbedarf: Wie können Windeinflüsse regelungstechnisch ausgeglichen werden? Ist das klassische zigarrenförmige Luftschiff überhaupt das richtige Fahrzeug oder gibt es günstigere Bauformen? „Die Turbulenzen machen uns noch Bauchschmerzen“, gibt PRT-Wissenschaftler Dr.-Ing. Ulrich Borgolte zu. Bei der Hüllenoptimierung könnte ein Luft- und Raumfahrttechniker eine wertvolle Hilfe sein. Und bisher können Blimps auch noch nicht seitwärts fliegen. „Aber dafür sind Blimps ja leicht mit zusätzlichen Propellern zu versehen“, ist Borgolte optimistisch, „zumindest in der Theorie.“

Den Hagener Entwicklern schwebt ein neuer 10-Meter-Blimp vor: Leistungsfähige Batterien an Bord könnten zwei 700-Watt-Motoren versorgen, der Blimp wäre widerstandsfähiger gegen Wind. Ein solches 17-Kilo-Gerät könnte 7 Kilogramm Nutzlast tragen und maximal 45 km/h erreichen: „Starts im Freien sind damit kein großes Problem“, freut sich Michael Gerke. Fahren soll das Luftschiff zunächst in etwa 5 Metern Höhe: „Je näher wir am Boden sind, desto besser ist die Messgenauigkeit der Sensorik.“

Diese Gebäude wird renoviert neuer Projektstandort des Lehrgebiets PRT in Hemer

Minengelände kartographieren

Zunächst muss das Luftschiff die Minen suchen und deren GPS-Daten in eine vorhandene Geländekarte eintragen. Das Kartographieren des Geländes kann auch eine Aufgabe des PRT-Blimps sein. Doch das Minensuchen ist nur ein Ziel des Projekts, ein zweites ist die Qualitätssicherung. Dafür gibt es sogar UN-Richtlinien. Nach dem Verbrennen der Sprengkörper durch das Kettenfahrzeug mit Laserkanone muss der Blimp mit einer geeigneten Sensorik – z.B. einer Kamera – prüfen, ob tatsächlich alle Minen zerstört sind.

Zahlreiche Vertreterinnen und Vertreter der Sicherheitsbranche waren anwesend, als der Bürgermeister der Stadt Hemer Michael Esken (vorne, grauer Anzug) einen symbolischen Schlüssel für das zukünftige Sicherheitszentrum überreichte. Hinter dem Bürgermeister stand auch Prof. Dr.-Ing. Michael Gerke, FernUni-Lehrgebiet PRT

Waldbrandbekämpfung von oben

Einiges von den Entwicklungen und Erfahrungen aus dem Minenräumprojekt kann beim zweiten Projekt „Waldbrandbekämpfung“ nützlich sein: Ein Ketten-Löschfahrzeug soll mit einer Löschkanone Wasser mit extrem hohem Druck superfein verteilt auf Brandherde und -nester sprühen. Der Blimp wird bei diesem System in die Luft gebracht, wenn Löschkräfte anrücken, um Gefahrensituation zu erkennen und die Lage während der Brandbekämpfung aufzuklären. Während der nächsten zwei bis drei Tage soll er Brandnester entdecken, entweder mit einer Wärmebildkamera oder mit der Mikrowellensensorik, die selbst durch Baumkronen hindurch bis ins Unterholz „blicken“ kann.

Gerd Dapprich | 28.05.2008
FernUni-Logo FernUniversität in Hagen, 58084 Hagen, Telefon: +49 2331 987-01, E-Mail: fernuni@fernuni-hagen.de