Drohnen – Abfangjäger aus dem 3D-Drucker

Ein Stadion ist voll. Tausende Fans jubeln ihren Mannschaften zu, hoffen, dass ihre gewinnt. Plötzlich erscheint eine Drohne im Stadion. Ist die gefährlich? Möchte nur ein eingefleischter Fan sein Team aus nächster Nähe filmen? Innerhalb weniger Sekunden fliegen zwei Quadrocopter mit einem gespannten Netz auf das Fluggerät zu, fangen es ein und transportieren es weg.

Dass so etwas bald funktioniert, darauf zielt das Projekt MIDRAS an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ab. MIDRAS steht für Mikro-Drohnen-Abwehr-System. „Jeder kann heute eine Drohne kaufen und, wenn er möchte, Schlimmes anstellen“, sagt Sergio Montenegro, Professor für Informationstechnik für Luft- und Raumfahrt am Lehrstuhl für Informatik und Leiter des Projekts.

Drohne fällt nicht herunter

Die Forscher wollen zusammen mit verschiedenen Projektpartnern ein System entwickeln, das feindliche Fluggeräte erkennt und klassifiziert, um anschließend autonom situationsgerechte Abwehrmaßnahmen einzuleiten, erklärt Julian Rothe, Doktorand und einer der Projektverantwortlichen.

Falls eine Gefahr von dem Objekt ausgeht, würden zuerst Signale zwischen dem Gerät und dem Piloten gestört. Sei dieses „Spoofing“ nicht möglich oder zu gefährlich, starten zwei autonome Drohnen mit einem Netz. An einem berechneten Abfangpunkt fängt das MIDRAS-System die feindliche Drohne ein und bringt sie aus dem geschützten Bereich heraus.

„Wir wollen so schnell wie möglich die Gefahr aus dem Weg räumen. Der Angriff ist eine Sache von Sekunden“, so Michael Strohmeier, Doktorand am Lehrstuhl für Informatik und ebenfalls verantwortlich für das Projekt an der JMU. Der Vorteil zu anderen Abwehrmaßnahmen bestehe darin, dass die Drohne oder ihre Teile nicht abstürzen, wie es bei anderen Abwehrsystemen der Fall wäre. „Das ist unser Alleinstellungsmerkmal“, sagt Strohmeier.

Software aus der Weltraumforschung

Sechs Quadrocopter haben die Wissenschaftler im vergangenen Jahr gebaut. Die Grundform der Drohne ist rechteckig. Sie ist in etwa so groß wie ein Bananenkarton. Die Teile dafür haben die Informatiker selbst entworfen und mit dem 3D-Drucker hergestellt. Ihre Quadrocopter fliegen mit einem eigens entwickelten Autopiloten.

Zusätzlich haben sie Mikro-Drohnen gebaut; mit diesen können die Forscher in ihrer Würzburger Flughalle Formationsflüge üben. Wichtig ist, dass die Flugobjekte mit dem gespannten Netz immer den gleichen Abstand zueinander halten. Dabei stammt ein Teil des Systems, welches zur Abstandsmessung verwendet wird, aus dem Weltraumforschungsprojekt LAOLa.

Bei dem Projekt LAOLa geht es darum, Drohnen, Rover und Laufroboter im lokalen Mars-System zu orten und auch die Position bei der Landung zu erfassen. Die JMU unterstützt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bei der Erkundung des Valles Marineris auf dem Mars. Das weitläufige Grabenbruchsystem ist bislang noch weitgehend unerforscht.

Eine der großen Herausforderungen in der Programmierung sei derzeit noch, dass die Quadrocopter nach dem Einfangen ihrer Beute nicht kollidieren. „Das ist wie wenn zwei Menschen mit einem gespannten Seil auf einen Baum zu rennen. Es könnte sein, dass sie zusammenstoßen“, erklärt Strohmeier diese Gefahr. Bei Testflügen wurden die Quadrocopter schon mit mehr als 50 Kilometern pro Stunde in ein Netz geflogen, um die zu erwartenden Belastungen zu evaluieren.

Innerhalb weniger Sekunden einsatzbereit

Bei der Abwehr von feindlichen Fluggeräten geht es um Sekunden. MIDRAS soll innerhalb von zehn bis 15 Sekunden einsatzbereit sein. Später werde das System computergesteuert funktionieren, denn „diese Schnelligkeit und Geschwindigkeit kann kein Mensch schaffen“, wie Sergio Montenegro erklärt. Und fügt hinzu: „Unsere Drohnen können superschnell starten. Von Null auf 100 in wenigen Sekunden“.

Trotz der Schnelligkeit werden für eine große zu schützende Fläche mehrere Systeme benötigt. „Um einen Flughafen komplett zu schützen, bräuchte es natürlich wesentlich mehr Abwehrsysteme als es für ein Stadion nötig wären“, so Rothe.

Das System MIDRAS entwickeln die Würzburger für den Schutz der Allgemeinheit zusammen mit ihren Verbundpartnern. Das Projekt läuft seit einem halben Jahr. An der Forschung sind außerdem beteiligt: ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH, Optoprecision, Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut (HHI), European Aviation Security Center (EASC) und die Technische Hochschule Brandenburg. Diese entwickelten unter anderem Möglichkeiten zur optischen und akustischen Erkennung sowie zur Radarerkennung von feindlichen Drohnen.

Das Projekt wird finanziell gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Die Laufzeit des Projekts ist bis 2020 angesetzt.

Kontakt
Prof. Dr. Sergio Montenegro, Lehrstuhl für Informatik VIII (Informationstechnik für Luft- und Raumfahrt), T.: +49 931 31-83715, sergio.montenegro@uni-wuerzburg.de