Schneller Funken von Lappland bis Kapstadt

Der neue weltweite Standard für die Luftfahrtkommunikation kommt aus Bayern. Im Deutschen Zentrum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) erforschen Wissen­schaftler­innen und Wissen­schaftler den Nach­folger des analogen Sprech­funks.

Michael Schnell an seinem Arbeitsplatz
© DLR/Alexandra Beier

Wenn das Forschungsflugzeug in Oberpfaffenhofen abhebt, ist modernste Technik an Bord: der Proto­typ des neuen Funk­systems für die zivile Luft­fahrt. Entwickelt wird es von Dr. Michael Schnell und seinem Team im DLR-Institut für Kommunikation und Navigation mit Unter­stützung von europäischen Partnern. Das boden­gestützte, digitale Über­tragungs­verfahren LDACS (L-band Digital Aeronautical Communications System) soll den Flug­verkehr sicherer und effizienter machen. Hinter dem Kürzel steckt eine Techno­logie, mit der sich Piloten und Lotsen besser verständigen können. Sie ermöglicht sowohl Sprach­kommunikation in CD-Qualität als auch schnellen Daten­aus­tausch. „Im Prinzip funktioniert LDACS ähnlich wie der Mobil­funk“, erklärt Michael Schnell. „Die Boden­station entspricht der Mobil­funk­basis­station und das Funk­gerät im Flug­zeug dem Smart­phone.“ Er ist Gruppen­leiter in der Abteilung Nachrichten­systeme des Instituts, in dem rund 160 Mit­arbeiter­innen und Mit­arbeiter neue Verfahren für die Funk­über­tragung und Funk­ortung erforschen, bauen und testen.

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Michael Schnell auf dem Dach
© DLR/Alexandra Beier

In dem kleinen Gerät stecken 10 Jahre Spitzen­forschung

Michael Schnell leitet das Projekt LDACS seit 2007. Am Anfang standen theoretische Über­legungen und Konzepte. Auf dieser Grund­lage konnten die Wissen­schaftler nach etwa einem Drei­viertel­jahr ein erstes System­design des Daten­links entwickeln. In einer mehr­jährigen Simulations­phase haben sie über­prüft, ob der Daten­transfer funktionieren kann wie berechnet, und dabei immer wieder Verbesserungen einge­bracht. Anschließend hat das Team die Techno­logie im DLR in Hard­ware umgesetzt und im Labor getestet. Der Transfer in die europäische Industrie ist bereits erfolgt: Im Rahmen des deutschen Luft­fahrt­forschungs­programms finalisieren Industrie­partner derzeit den Demon­strator, der auch in das Forschungs­flug­zeug ein­ge­baut wird. LDACS schafft eine universell nutzbare Schnitt­stelle für Daten und Sprache im L-Band. Weil dieser Frequenz­bereich bereits für die Luft­fahrt verwendet wird, müssen die DLR-Experten ihre Signale so auslegen, dass sie bestehende Dienste nicht stören. Im Labor der Deutschen Flug­sicherung (DFS) in Langen bei Frank­furt unter­suchen sie die gegen­seitige Beeinflussung der verschiedenen Systeme.

80 Jahre alter Vorgänger wird ausgemustert

Wenn Fluglotsen heute Piloten anweisen, ihre Richtung oder Flug­höhe zu ändern, tun sie das über­wiegend mittels analogen Sprech­funks – also wie mit einem Walkie-Talkie. Dieses Verfahren wird seit den Dreißiger­jahren genutzt. Es ist sicher und robust, aber umständlich zu bedienen: Die Piloten müssen sich mündlich an- und ab­melden und die Funk­frequenzen von Hand eingeben. Die Techno­logie benötigt außer­dem ein breites Frequenz­spektrum. Das ist problematisch, weil nur begrenzt Frequenzen verfügbar sind und die Anzahl der Flug­bewegungen weiter steigt. Höchste Zeit also, ins digitale Zeitalter zu starten. Mit LDACS können Piloten und Flug­lotsen künftig nicht nur schneller und effizienter kommunizieren, sondern auch komplexe Infor­mationen aus­tauschen, die mit analogem Sprech­funk gar nicht über­mittel­bar sind. In Zukunft werden Lotsen den Flug­zeugen nämlich vier­dimensionale Trajektorien vor­geben, also Flug­pfade mit Zeit­stempel. Bis zur tat­säch­lichen Ein­führung an sämtlichen Kontroll­stationen und Flug­häfen welt­weit dürften aber noch Jahre vergehen. Immer­hin gibt es seit 2016 eine Arbeits­gruppe bei der Inter­nationalen Zivil­luft­fahrt­organisation ICAO für die Standard­isierung, der das DLR vorsitzt. „Sobald der Standard end­gültig fest­geschrieben ist, sind Hersteller und Flug­gesell­schaften auf­gefordert, ihn zu über­nehmen“, erklärt Michael Schnell. Bis 2022 könnte es nach seiner Einschätzung so weit sein.

Michael Schnell an seinem Arbeitsplatz
© DLR/Alexandra Beier

Wenn die Welt nach Oberbayern schaut

Mit seinem achtköpfigen Team bereitet der Elektrotechnik-Ingenieur derzeit die mehr­tägigen Flug­versuche im Oktober vor. Die Kampagne ist ein Meilen­stein: Erst­mals können sie die digitale Daten­über­tragung per LDACS unter realen Bedingungen testen. Mit dem zwei­strahligen Forschungs­flieger Falcon, der Signale von vier Boden­stationen im Münchner Um­land empfangen wird, planen sie Anflüge und Landungen, Über­gänge zwischen Funk­zellen und große Höhen von bis zu 12.800 Metern. Die Forscher wollen unter anderem Qualität und Durch­satz der Daten­verbindung messen. Sollten einzelne Funktionalitäten nicht fehler­frei laufen, müssten sie nach­bessern. Im Vorder­grund steht aber ein anderer Aspekt, der für die erfolg­reiche Ein­führung von LDACS genauso wichtig ist: „Man zeigt der Welt, dass es funktioniert!“

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