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Forschung Nr. 3/98 vom 28.1.1998

Erhöhte Flugsicherheit mit Laser-Meßtechnik

Uni-Physiker entwickeln Laserkristalle in internationalem Projekt

Der zunehmende Flugverkehr und die damit verbundene wachsende Auslastung der Flughäfen stellt immer höhere Anforderungen an die Flugsicherheit.

Gefahrensituationen für den Flugbetrieb resultieren einerseits aus ungünstigen atmosphärischen Turbulenzen wie Wirbelbildung, Scher- und Fallwinde und durch in der Atmosphäre mitgeführte Staubpartikel, zum Beispiel Aschewolken nach Vulkanausbrüchen. Andererseits verursachen startende und landende Flugzeuge selbst starke Luftwirbel. Diese Wirbelschleppen entstehen aufgrund der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten an der Ober- und Unterseite der Tragflächen und können die Sicherheit nachfolgender Flugzeuge je nach Abstand mehr oder weniger ernsthaft beeinträchtigen. Scher- und Fallwinde treten oft sehr plötzlich wegen spezieller Luftbewegungen auf und führen ganz oder teilweise zum Verlust des Auftriebs (Absacken der Maschine). All diese Gefahrenmomente haben in der Geschichte der Luftfahrt schon zu etlichen - auch folgenschweren - Unfällen geführt.

Die moderne Lasertechnik bietet Möglichkeiten, sowohl den Ort als auch die Geschwindigkeit derartiger Störungen über Entfernungen von mehreren Kilometern zu vermessen. Somit können die Piloten rechtzeitig vor solchen Gefahrensituationen gewarnt werden und entsprechend darauf reagieren. Die Meßmethode beruht auf der Erkennung und schnellen Auswertung des von den atmosphärischen Störungen zurückgestreuten Laserlichtes. Die Analyse dieses Streulichtes, das in seiner Stärke nur etwa einem billionsten Teil des ursprünglich ausgesendeten Lichts entspricht, liefert Informationen über Entferung, Geschwindigkeit und Ausbreitungsrichtung der atmosphärischen Störung. Mit der modernen Computertechnik ist man heute in der Lage, die entsprechenden Daten in Bruchteilen von Sekunden zu erfassen, auszuwerten und dem Piloten auf einem Bildschirm anzuzeigen. Aber nicht jedes Lasergerät ist für diese Aufgaben geeignet. Das zu verwendende Laserlicht muß einerseits die Atmosphäre sehr gut durchdringen können und andererseits für das menschliche Auge ungefährlich sein.

Im Rahmen des von der Europäischen Gemeinschaft geförderten Forschungsprojektes MFLAME (Multifunction Future Atmospheric Measurement Equipment/multifunktionelles, lasergestütztes zukünftiges atmosphärisches Meßgerät) soll ein solches Meßsystem entwickelt und erprobt werden. An dem Projekt sind Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus Frankreich, England, Deutschland, Irland und Portugal beteiligt. In einer ersten Etappe (bis Mitte 1999) ist der Einsatz einer bodengestützten Meßeinrichtung auf dem Flughafen von Toulouse geplant. Zukünftig soll diese Meßtechnik auch in Flugzeugen installiert werden.

Dr. Ernst Heumann vom Institut für Laser-Physik der Universität Hamburg ist dabei für die Entwicklung und Bereitstellung geeigneter Laserkristalle und für den Aufbau, die Erprobung und Optimierung spezieller Lasergeräte verantwortlich.

Auch in den USA arbeitet man an einem ähnlichen Meßsystem, dessen Prototyp bereits bei der NASA getestet wird. Aber gerade in der Luftfahrt darf man sich nicht auf einen einzigen Entwickler oder Hersteller verlassen, da er seine Monopolstellung ausnutzen und somit die europäische Flugzeugindustrie ins Hintertreffen geraten könnte.

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