KI beim Formationsfliegen

(c) DLR

KI geht überall; nur nicht in der Luftfahrt – so die gängige Meinung vieler (vor allem älterer) Piloten. Dass die künstliche Intelligenz sogar bereits im anspruchsvollen Formationsflug sicher eingesetzt werden kann, zeigen nicht nur weltweit untersuchte Schwarmflüge vieler Drohnen.

Hubschrauber im Formationsflug

Hierzulande arbeitet das DLR an Lösungen für einen Formationsflug von bemannten und unbemannten Hubschraubern. Dies soll die Piloten in diesen anspruchsvollen Flugsituationen entlasten.

Ein solcher Verband besteht aus mindestens zwei Luftfahrzeugen, die ein Team bilden. „Während unserer Forschungsarbeiten untersuchten wir drei mögliche Arten des Formationsfluges“, sagt Andreas Voigt vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik. „Dazu gehören der Wegpunktmodus, die Relative Navigation und der Korridormodus.“

Die Tests vorm Fliegen

Bevor die realen Flugversuche mit einem unbemannten Hubschrauber der DLR-ARTIS-Familie (Autonomous Rotorcraft Testbed for Intelligent Systems) und dem DLR-Forschungshubschrauber FHS (Flying Helicopter Simulator), einer modifizierten Eurocopter EC135, begannen, wurde das System bereits ausgiebig im Simulatorzentrums AVES (Air Vehicle Simulator) getestet.

Drei verschiedene Formationsszenarien

Den Anfang jedes gemeinsamen Teamflugs bildet der Pairing Modus. In diesem nähern sich die Luftfahrzeuge zunächst einander an und bilden dann eine stabile Formation.

Ist dies erfolgrech bewerkstelligt, schaltet der Pilot beispielsweise in den Wegpunktmodus. Bei diesem fliegt das UAS (Unmanned Aircraft System) einen Pfad anhand von vorgegebenen Wegpunkten exakt ab. Der bemannte Hubschrauber folgt ihm manuell gesteuert durch einen menschlichen Piloten wie bei einem Formationsflug von zwei bemannten Hubschraubern.

Eine anderes Szenario ist die relative Navigation. Hier wird der unbemannte Hubschrauber relativ zum bemannten positioniert. Das UAS fliegt automatisch vorweg, passt aber sein Flugverhalten dem des bemannten Hubschraubers an und muss die Position selbstständig halten. Die relative Navigation ist Voraussetzung für den Flug im engen Verband. Sie kann zum Beispiel zur Entlastung der Besatzung bei Überführungsflügen eingesetzt werden.

Fliegt man eine solch enge Formation ohne Assistenzsystem, muss die genaue Position von den Piloten innerhalb des Verbandes immer manuell eingehalten und visuell kontrolliert werden. Das von den Wissenschaftlern entwickelte Assistenzsystem übernimmt diese Aufgaben, indem das UAS die Position durch einen Algorithmus von selber hält und die UAS-Position zusätzlich auf einem Antikollisionsdisplay dargestellt ist.

Das dritte Szenario ist der so genannte Korridormodus. Dabei fliegt das UAS einen zuvor berechneten Flugpfad innerhalb eines Korridors ab, der bemannte Hubschrauber folgt ihm in sicherem Abstand. Der Pfad ist nicht so streng festgelegt wie der im Wegpunktmodus. Kommen sich in diesem Szenario bemannter und unbemannter Hubschrauber zu nahe, darf das unbemannte Luftfahrzeug innerhalb des vorgegebenen Korridors frei ausweichen. So können die Flugbewegungen auch entsprechend voneinander abweichen.

Der bemannte Hubschrauber ist (noch) die letzte Instanz

Das Sagen hat auch hier der bemannte Hubschrauber. Damit die Arbeitslast für die Piloten möglichst klein bleibt, muss das UAS selbständig im Sichtbereich des bemannten Hubschraubers bleiben. Klappt dies nicht, schaltet das System automatisch in den Modus der relativen Navigation. Besonders in arbeitsintensiven Situationen soll durch diese Modi die Arbeitslast aufgrund des kooperativen Verhaltens des UAS deutlich reduziert werden. Außerdem ist das UAS in der Lage, im Falle einer kritischen Situation den Formationsflug automatisch zu beenden.

Zwei Modi im Flugversuch erfolgreich getestet

Danach stand den realen Flugversuchen auf dem Flughafen Magdeburg-Cochstedt nichts mehr im Wege. Der unbemannte superARTIS und der DLR-Forschungshubschrauber FHS flogen in mehreren Versuchen zwei der drei im Simulator erprobten Modi: den Wepunkt- und den Korridormodus.

Nach Aussagen des DLR lief die Erprobung der Modi praktisch reibungslos. Dies betraf  vor allem den vielversprechenden Korridormodus. Die offensichtliche Entlastung und die zunehmende Akzeptanz der Piloten kam klar zu Tage.

Als nächstes sollen reale, externe Piloten in einer breiter angelegten Erprobungskampagne die Modi bewerten.

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