Warum werfen Wissenschaftler gefälschte Vögel auf gefälschte Flugzeuge?
Die Mobilität in der Stadt ist die Zukunft des Verkehrs, aber sie steht vor dem gleichen Problem wie die allgemeine Luftfahrt: Vogelschlag. Neue Studien helfen, die Risiken zu ermitteln.
Aufgrund der Außergewöhnlichkeit des Falles erinnern wir uns alle an den Vorfall, der als "Wunder auf dem Hudson" bekannt ist, ein Unfall, der keiner war. Am 15. Januar 2009 hatte ein Airbus 320 unter der Leitung von Kapitän Chesley "Sully" Sullenberger das Geschick und die Nerven, mit seiner Besatzung inmitten einer extremen Notsituation die richtigen Entscheidungen zu treffen, als der US Airways Flug 1549 kurz nach dem Start vom New Yorker Flughafen LaGuardia auf einen Schwarm Gänse traf. Die Vögel, die von den Triebwerken gefressen wurden, führten zu einem Ausfall der Triebwerke und zwangen den Piloten und die Besatzung zu schnellen Entscheidungen, die auf Erfahrung und Ausbildung beruhten und das Leben aller Passagiere retteten. Es war ein beispielloses Ereignis in der Geschichte der Luftfahrt, das die Ausbildung und Erfahrung der Besatzung, aber auch die Bedeutung der Rettungsdienste und die Teamarbeit aller Beteiligten deutlich machte.
Nach Angaben der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) gab es zwischen 2016 und 2021 273.343 Berichte über Zwischenfälle mit Vogelflugzeugen in 136 Ländern. Vierundsiebzig Prozent davon ereigneten sich auf oder in der Nähe des Flugplatzes. Vierundzwanzig Prozent ereigneten sich während der Startphase, während 46 Prozent während der Anflug- und Landephase stattfanden.
Vogelschlag ist ein Vorfall, der häufiger vorkommt, als wir uns vorstellen können, und der Verluste in Millionenhöhe verursacht und auch ein Todesrisiko darstellt. Daher wird das Risiko von Vogelschlägen durch Programme zum Management von Wildvögeln in Gebieten in der Nähe des Flughafens und durch Methoden zur Vertreibung oder Entfernung von Vögeln und anderen Tieren, die ein Risiko für die Flugsicherheit darstellen, gesteuert.
Städtische Luftmobilität
Urbane Luftmobilität ist das neue Paradigma für den Lufttransport von Personen und Gütern in den Städten der nahen Zukunft. Nach Angaben der Europäischen Agentur für Flugsicherheit (EASA) wird dies bis Mitte dieses Jahrzehnts der Fall sein.
Dabei handelt es sich um hochautomatisierte eVTOL-Flugzeuge (electric vertical take-off and landing vehicles), die Passagiere oder Fracht in geringer Höhe innerhalb und zwischen Metropolregionen effizient und sicher transportieren werden. Unternehmen wie Airbus, Boeing und andere sowie Automobilhersteller entwickeln neue Flugzeugtypen, die auch als Lufttaxis bezeichnet werden.
Die erfolgreiche Integration dieser Flugzeuge in den bestehenden Luftraum ist kompliziert und muss mehrere Aspekte berücksichtigen. Einer davon ist das Risiko von Vogelschlägen, das für Lufttaxis höher eingeschätzt wird. Die vorgeschlagene betriebliche Reiseflughöhe von Lufttaxis ist niedriger, was zu einer höheren Kollisionswahrscheinlichkeit führt, da dies die Höhen sind, in denen Vögel wahrscheinlich fliegen. Außerdem sind Lufttaxis kleiner und haben im Vergleich zu herkömmlichen Flugzeugen geringere Zulassungsanforderungen. Infolgedessen ist die Schwere von schädlichen Vogelschlägen höher.
Studien mit Vogelattrappen und Vögeln
Um das Risiko einzuschätzen und geeignete Vorschriften zu formulieren, sind umfangreiche Analysen erforderlich, die ein genaueres Bild von den Gefahren des Vogelschlags vermitteln. In der Vergangenheit wurden "Vogelkanonen" eingesetzt, um gefrorene Hühner mit hoher Geschwindigkeit abzuschießen, zunächst auf ausgediente Flugzeuge und dann auf Metallplatten mit Sensoren zur Messung der Aufprallkraft.
Doch Aditya Devta und Isabel Metz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und Sophie Armanini von der Technischen Universität München stellten fest, dass frühere Studien aufgrund menschlicher Beteiligung uneinheitlich und nicht wiederholbar waren, und machten sich daran, eine Methodik zur Validierung eines theoretischen Verfahrens zu entwickeln. Zu diesem Zweck entwickelten sie Vogelattrappen" aus verschiedenen Materialien wie Gelatine, Gummi, Polymerton, ABS und HIPS (hochschlagfeste Polystyrolplatten) und bauten sie mit 3D-Druckern. Die Vogelattrappen waren nicht wirklich vogelförmig, sondern zylindrische Projektile, deren Aufprall ähnlich dem von 11 verschiedenen Vogelarten war, was zu fünf verschiedenen Arten von Zylindern führte.
Dann wurden auf der Grundlage der Entwürfe des neuen eVTOL-Flugzeugs Teile aus den am häufigsten verwendeten Materialien (Aluminium-2024-T3 und kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) hergestellt und mit Sensoren versehen. Zum Abschuss der Vogelattrappe werden keine Kanonen verwendet, sondern sie wird aus einer bestimmten Höhe abgeworfen, um Endgeschwindigkeiten zu erreichen, die dem Aufprall eines echten Vogels entsprechen. Auf diese Weise wurde das theoretische Modell in Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen zu 92,89 % validiert.
Wenn auch noch mit gewissen Einschränkungen, wird diese Studie nicht nur im Verkehr der Zukunft, sondern auch in der Luftfahrt von heute für mehr Sicherheit sorgen können.
Quellenhinweis:
Devta, A., Metz, D. I., & Armanini, P. D. (2023). Experimental Evaluation of Bird Strikes in Urban Air Mobility. ArXiv. /abs/2308.13022