Klimawandel, Digitalisierung, Industrie 4.0 sowie die Transformation des Energie- und Verkehrssystems diese zentralen gesellschaftlichen Aufgaben stehen 2017 im Fokus der Forschungsarbeiten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Auf der Neujahrespressekonferenz in Berlin stellt das DLR am 26. Januar 2017 die Ausrichtung seiner Forschungsarbeiten sowie ausgewählte Projekte vor.

Wissen für Morgen

"Die wissenschaftlichen Arbeiten des DLR orientieren sich an den Notwendigkeiten unserer modernen Gesellschaft, wie der Digitalisierung, dem Umgang mit großen Datenmengen oder der Bewältigung des weltweiten Klimawandels. Mit unserer grundlagenbasierten Forschung tragen wir dazu bei, wissenschaftliche Ergebnisse in technologische Anwendungen in die Bereiche der intelligenten Mobilität und nachhaltigen Energienutzung zu überführen", sagt Prof. Dr. Pascale Ehrenfreund, Vorstandsvorsitzende des DLR. Das DLR kooperiert dabei an seinen Standorten eng mit der regionalen und lokalen Industrie sowie mit anderen Forschungseinrichtungen. Im Fokus der Kooperationen steht dabei auch der Technologietransfer. Das heißt, die Überführung wissenschaftlicher Ergebnisse in technologisch-industrielle Anwendungen. Mit diesen zukunftsweisenden Forschungsthemen versteht sich das DLR als Impulsgeber und Moderator gesellschaftlicher Veränderungen.

Im Folgenden finden Sie eine Auswahl der DLR-Forschungsthemen im Jahr 2017 aus den DLR-Forschungsbereichen:

Luftfahrt

ALAADy - unbemannter Luftfrachttransport

Paketzustelldienste testen bereits kleinere Paketdrohnen für die praktische Anwendung. Das DLR geht einen Schritt weiter und wird im Projekt ALAADy (Automated Low Altitude Air Delivery) erstmals ein unbemanntes Fluggerät entwerfen und erproben. Es soll humanitäre Güter oder dringend benötigte Ersatzteile von bis zu einer Tonne Nutzlast transportieren. Dabei steht für die DLR-Forscher besonders die Sicherheit und der wirtschaftliche Nutzen eines solchen Systems im Fokus. Die Frachtdrohne soll anspruchsvolle Flüge in sehr niedrigen Bahnen in bis zu 600 Kilometer entfernte Gebiete absolvieren können und langfristig in das bestehende Luftverkehrssystem integrierbar sein. Dazu planen die Wissenschaftler auf Grundlage erst kürzlich von der Europäischen Flugsicherheitsbehörde EASA (European Aviation Safety Agency) herausgegebener Sicherheitskonzepte für den Betrieb unbemannter Luftfahrzeuge zu untersuchen, ob automatische Transporte dieser Größenordnung technisch und regulatorisch unter heutigen Bedingungen realisiert werden können. Im Sommer 2017 sind umfangreiche Tests in einem Drohnensimulator in Braunschweig geplant, gegen Ende des Jahres sollen erste Flugversuche stattfinden.

Lärmminderung bei Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen

Das DLR hat im Rahmen seiner Forschungsarbeiten verschiedene Technologien zur Lärmminderung für die Umrüstung heutiger Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge entwickelt. Beispielweise handelt es sich dabei um Abdeckungen an den Fahrwerken, Maßnahmen gegen das Spoilergeräusch an den Landeklappen und modifizierte Konturen des hinteren Düsenrands an den Triebwerken. Weltweit erstmals planen DLR-Forscher nun bei Überfluglärmmessungen mit dem Forschungsflugzeug A320 ATRA (Advanced Technology and Research Aircraft) das Potential des Zusammenspiels aller Lärmminderungstechnologien zu erforschen. Dazu finden im Projekt Low Noise ATRA (LNATRA) bereits ab März 2017 unter der Leitung des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik in Braunschweig die nötigen Umbauarbeiten am ATRA statt. Die Flugversuche selbst sind ab Mai 2017 geplant.

Raumfahrt

Neue Satellitenplattform "Made in Germany"

Seit knapp 25 Jahren startet erstmals wieder ein in Deutschland entwickelter und gebauter Telekommunikationssatellit ins All: Am frühen Morgen des 28. Januar 2017 soll der mit drei Tonnen für einen Telekommunikationssatelliten relativ leichte Hispasat 36W-1 vom europäischen Raumflugzentrum der ESA in Französisch-Guyana seine Reise ins All antreten. Er wird in 36.000 Kilometer Höhe in einem geostationären Orbit arbeiten. Der Satellit des spanischen Telekommunikationsdienstleisters Hispasat ist der erste des von Deutschland geführten SmallGEO-Programms. Er wurde im Auftrag der ESA vom deutschen Raumfahrtkonzern OHB in Bremen gebaut. Die Verantwortung für die Nutzlast des Satelliten hat die Tesat Spacecom GmbH aus Backnang. Das Raumfahrtmanagement des DLR unterstützt das SmallGEO-Programm mit rund 150 Millionen Euro (42,5 Prozent des Programms) aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Die deutsche Systemfähigkeit für den Bau von Satelliten im kommerziell wichtigen und wachsenden Telekommunikationsmarkt ist damit wieder erreicht. Zudem ist die SmallGEO-Plattform flexibel einsetzbar. Sie soll unter anderem die noch ausstehenden ESA-Missionen EDRS-C einen Satelliten der europäischen Datenrelais-Autobahn und Electra ins All tragen. Electra ist eine rein elektrisch angetriebene Mission, die 2022 starten soll. Auch in dem deutschen Technologieerprobungssatelliten Heinrich Hertz (geplanter Start: 2020) soll die die neue Plattform genutzt werden.

Eu:CROPIS: Gewächshäuser im All

In der zweiten Jahreshälfte ist der Start des DLR-Satelliten Eu:CROPIS (Euglena and Combined Regenerative Organic-food Production in Space) geplant. Das DLR-Experiment wird mit einer Falcon 9 Trägerrakete der privaten Raumfahrtfirma Space-X ins All fliegen. Eu:CROPIS soll während seiner Mission in 600 Kilometer Höhe um seine eigene Achse rotieren und dabei im Inneren für sechs Monate zunächst die Schwerkraft von Mond und anschließend sechs Monate lang Mars-Gravitation erzeugen. Dabei sollen Tomatensamen unter 16 wachsamen Kameras keimen und zu kleinen Weltraum-Tomaten heranwachsen. Ein ganzes Konsortium von Mikroorganismen in einem Rieselfilter wird dafür sorgen, dass aus künstlichem Urin ein bekömmlicher Dünger für die Tomaten entsteht. Zum anderen sind Augentierchen - der Einzeller Euglena - mit an Bord, um das geschlossene System zusätzlich vor überschüssigem Ammoniak zu schützen und zudem Sauerstoff zu liefern. Der Satellit wird aus dem GSOC (German Space Operations Center, GSOC), dem Raumfahrt-Kontrollzentrum des DLR in Oberpfaffenhofen bei München gesteuert, die Kommunikation mit dem Satelliten erfolgt unter anderem mit über die Bodenstation Weilheim.

Klimaschutz: intensivere Zusammenarbeit mit den Vereinten Nationen

Das DLR organisierte in Köln bereits 2016 mit Unterstützung des Office for Outer Space Affairs (UNOOSA) der United Nations die Konferenz "CCC 2016" zum Thema Climate Change. DLR und UNOOSA sehen die dringende Notwendigkeit, weiter für das Thema Klimaveränderung zu sensibilisieren. Im Herbst 2017 ist eine weitere Konferenz zusammen mit der UN in Bonn geplant. Dabei wird das DLR wissenschaftliche Lösungen und Methoden vorstellen, um die Ziele der UN-Klimakonferenzen COP 21 in Paris und COP 22 in Marrakesch zu erfüllen. Das DLR sieht die Klimaveränderung und damit verbunden die Reduzierung von Treibhausgasen in der Atmosphäre sowie das Katastrophenmanagement als die wichtigsten gesellschaftlichen Themen der Zukunft und versteht dies sogleich als Auftrag, Lösungen zu erarbeiten. So können das Klima und auch die Maßnahmen der Partnerländer zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes durch verbesserte Sensor- und Satellitentechnologien genauer überwacht werden. Zudem kann auch die Internationale Raumstation ISS stärker zur Fernerkundung der Atmosphäre eingesetzt werden. Die Synergie von Satelliten- und ISS-basierter Fernerkundung birgt ein großes Potenzial für die Zukunft, beispielsweise bei der Validierung und Kalibrierung von Daten.

"Raumfahrt bewegt!"

Vor dem Hintergrund der Kommerzialisierung und der engeren Vernetzung zwischen Raumfahrt- und Nicht-Raumfahrtbranchen hat das DLR Raumfahrtmanagement vor drei Jahren die Initiative INNOspace gestartet. Zusammen mit dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie folgt nun die Initiative "Raumfahrt bewegt!". Dabei geht es vor allem um den strategischen Austausch zwischen der Raumfahrt- und der Mobilitätsbranche. Die Raumfahrt bietet bereits Infrastrukturen, die für Anwendungen im Mobilitätsbereich genutzt werden und Grundlage für neue Anwendungen sind. Raumfahrt kann aber auch Lösungen für künftige Herausforderungen in der Mobilität mitentwickeln und ermöglichen. Raumfahrt und Mobilität können gemeinsam neue Märkte erschließen und Wertschöpfung in nachgelagerten Märkten schaffen. Die Initiative "Raumfahrt bewegt!" wird am 27. März 2017 von Brigitte Zypries, Parlamentarischer Staatssekretärin im BMWi und Koordinatorin der Bundesregierung für die Luft- und Raumfahrt, und Dr. Gerd Gruppe, DLR Vorstand für das Raumfahrtmanagement, mit einer Konferenz in Bonn gestartet.

Verkehr

Automatisches Fahren rückt näher

Automatisches und autonomes Fahren ist zurzeit das am stärksten diskutierte Thema im Straßenfahrzeugbereich. Fernziel ist dabei nicht nur die Unterstützung des Autofahrers, sondern die Übernahme aller Fahrfunktionen durch das Auto. Im BMWi-geförderten Projekt PEGASUS arbeitet das DLR gemeinsam mit Projektpartnern aus Industrie und Forschung daran, dass automatische Fahrfunktionen auf Herz und Nieren getestet und freigegeben werden können. Unter anderem erforscht und entschieden werden, welche Leistungen automatisierte Fahrzeuge übernehmen müssen und wie die Sicherheit der Systeme zuverlässig getestet werden kann. Ende 2017 präsentieren die Wissenschaftler erste Projektergebnisse. Das DLR bringt dabei seine Erfahrung und Expertise bei digitalen hochgenauen Karten und seine messtechnische Infrastruktur sowohl in der Simulation als auch bei realen Testfahrten ein. Dabei nutzen die Wissenschaftler auch die Verkehrs- und Testinfrastruktur der Anwendungsplattform Intelligente Mobilität (AIM). Die primär im Braunschweiger Stadtgebiet verfügbare Kommunikationstechnik und Sensorik von AIM wird zudem in 2017 mit dem Aufbau des Testfelds Niedersachsens auf Land- und Bundesstraßen sowie Autobahnen erweitert. Mit finanzieller Unterstützung des Landes Niedersachsen in Höhe von 2,5 Millionen Euro und einer DLR-Beteiligung an der Finanzierung in gleichem Umfang wird somit ein wichtiger Beitrag zur Absicherung und damit zur Beschleunigung der Markteinführung automatisierter und vernetzter Straßenfahrzeuge geleistet. Es entsteht ein leistungsfähiges Testfeld, das mit anderen nationalen Testfeld-Aktivitäten (zum Beispiel Digitales Testfeld A9) sowie Initiativen auf europäischer Ebene eng vernetzt ist.

Hochgeschwindigkeit für Güter - NGT CARGO

Ein schneller und leiser Transport hochwertiger und eiliger Güter auf der Schiene ist das Ziel des Projekts NGT CARGO. Hierfür überträgt das DLR seine Erkenntnisse aus den Forschungen zum Ultrahochgeschwindigkeits-Personenzug NGT HST und dem Hochgeschwindigkeits-Zubringer NGT LINK auf einen schnellen und leisen Gütertriebwagenzug. Dieser soll zum Beispiel die Frachtdrehkreuze an Flughäfen, Logistikterminals in MegaCities und einzelne Gleisanschlüsse miteinander verbinden. Der NGT CARGO kann auf denselben Hochgeschwindigkeitsstrecken verkehren wie der NGT HST, entweder im Mischverkehr tagsüber oder im reinen Güterverkehr nachts. Im Frühjahr 2017 wird der NGT CARGO zusammen mit einem Antriebs-/Brems- und Beladungskonzept vorgestellt. Das Antriebskonzept des NGT CARGO sieht auf fahrdrahtlosen Ultra-Hochgeschwindigkeitsstrecken einen induktiven Antrieb vor, auf konventionell elektrifizierten Strecken des Bestandsnetzes stehen Teleskop-Stromabnehmer bereit. Die NGT CARGO-Wagen sind einzeln oder als Gruppe autonom fahrfähig, so kann etwa ein CARGO-Einzelwagen-Verband mit ein bis zwei Triebköpfen zu einem vollständigen, automatisch fahrenden Gütertriebwagenzug zusammengestellt und von einer Zentrale aus geleitet werden.

VEU: Wirkungen des Verkehrs auf Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft

Mobilität und Verkehr werden zukünftig noch viel stärker durch massive Zielkonflikte gekennzeichnet sein. Auf der einen Seite stehen gesellschaftliche und wirtschaftliche Entwicklung, die ohne ein leistungsfähiges Verkehrssystem nicht vorstellbar sind. Andererseits beeinträchtigt der Verkehr Menschen und Umwelt an vielen Stellen. Das Verkehrssystem der Zukunft muss daher auf lokaler, nationaler und internationaler Ebene extrem leistungsfähig sein und gleichzeitig im Einklang mit Zielen wie der Transformation des Energiesystems und dem Klimaschutz stehen. Das Projekt VEU (Verkehrsentwicklung und Umwelt), hat sich zum Ziel gesetzt, diese komplexen Zusammenhänge zu modellieren, unter anderem die heutigen und zukünftigen Ursachen des Verkehrs mit ihren Wirkungen auf Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft. Durch die Modelle können Entscheider besser bewerten, welchen Einfluss Technologien und ordnungspolitische Maßnahmen auf die Mobilitätssysteme haben. Die Ergebnisse des Projekts werden voraussichtlich im Juni vorgestellt.

Energie

Die größte künstliche Sonne der Welt

Das DLR-Institut für Solarforschung weiht am 23. März 2017 mit dem Hochleistungsstrahler synlight die größte künstliche Sonne der Welt ein. In der Anlage sind 150 Strahler mit der Lichtleistung eines Großkino-Projektors verbaut. Diese erzeugen eine Lichtintensität, die mindestens dem 10.000-fachen der natürlichen Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche entspricht. Mit der künstlichen Sonne können die Solarforscher des DLR unabhängig von Wetterbedingungen und Jahreszeit experimentieren und so ihre Forschungsarbeiten schneller vorantreiben. Hierbei wird der Schwerpunkt in den nächsten Jahren die Entwicklung von Herstellverfahren für solare Treibstoffe sein. Aber auch Forscher und Industrieunternehmen der solarthermischen Kraftwerksbranche oder aus der Luft- und Raumfahrt werden in synlight ideale Bedingungen für Tests an Komponenten realer Größe vorfinden. Ingenieure des DLR-Instituts für Solarforschung haben die Anlage konzipiert und werden die Anwender bei der Vorbereitung und Durchführung der Experimente begleiten.

Wasserstoff aus Sonnenlicht

Sonnenenergie ist die mit Abstand am meisten verfügbare Energieressource auf der Erde. Wasserstoff wiederum ist mit seiner hohen Energiedichte ein ausgezeichneter Energieträger, zudem entstehen bei seiner Verbrennung lediglich Wasser und Wärme. Im Projekt HYDROSOL Plant haben Forscher des DLR-Instituts für Solarforschung einen solarchemischen Reaktor mit 750 Kilowatt Leistung entwickelt. Über eine chemische Reaktion (Redox-Reaktion) wird die Wärmeenergie der Sonne darin zur Wasserstofferzeugung genutzt. 2017 wird der Reaktor auf der Plataforma Solar de Almería des spanischen Forschungszentrums CIEMAT eingeweiht. Der Reaktor ist eine Weiterentwicklung einer Anlage, mit der den Forschern die direkte Wasserstoffherstellung bereits 2006 gelang. Diese Innovation war mit dem DESCARTES-Preis der Europäischen Kommission ausgezeichnet worden.

Weltweit größte Industrie-Testanlage für Flüssigsalzspeicher TESIS nimmt Betrieb auf

Energiespeicher spielen eine Schlüsselrolle für die Energieversorgung der Zukunft. Gesucht wird ein Speicher, der kostengünstig große Mengen an Energie aufnehmen und bei Bedarf wieder abgeben kann. Im Kraftwerks- und Industriebereich können flüssige Salzschmelzen diese Rolle als Energiespeicher-Material übernehmen. Im Alltag wird das Prinzip bei Thermosflaschen mit dem Speichermedium Wasser bei Temperaturen bis 100 Grad Celsius genutzt. Flüssige Salzmischungen können bei wesentlich höheren Temperaturen im Bereich 180 bis 560 Grad Celsius eingesetzt werden. Bereits jetzt werden Salzschmelzen kommerziell in Solarkraftwerken genutzt, bei einem 50-Megawatt-Kraftwerk sorgen beispielsweise 30.000 Tonnen flüssiges Salz dafür, dass das Kraftwerk auch in den Abendstunden Strom liefern kann. Neben dem kommerziellen Einsatz in solarthermischen Kraftwerken bietet die Technologie große Speicherpotentiale für die Energiewende. Salzschmelzen können in industriellen Prozessen überall zum Einsatz kommen, wo Abwärme anfällt und zu einem späteren Zeitpunkt wieder in das System eingespeist werden kann. Dafür wollen Forscher am DLR-Institut für Technische Thermodynamik die Flüssigsalztechnologie weiterentwickeln. Im Juni nehmen sie dazu in Köln die Testanlage TESIS in Betrieb. Ziel ist, die innovativen Energiespeicher in Zusammenarbeit mit der Industrie zur Marktreife zu bringen. Die Testanlage wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und ist Teil des interdisziplinären Forschungsgebäudes CeraStorE.

Das DLR stellt auch 2017 aktuelle Forschungsprojekte aus dem Energiebereich vom 24. bis 28. April auf der Hannover Messe vor.

Sicherheit

DLR unterstützt Hilfsorganisation I.S.A.R.

Nach Naturkatastrophen oder im Krisenfall ist eine schnelle und effiziente Hilfe unerlässlich. Dazu forscht das DLR gemeinsam mit der Hilfsorganisation International Search and Rescue Germany (I.S.A.R.) an neuen Entwicklungen und Anwendungen im Bereich des Krisen- und Katastrophenmanagements. Im Mai 2017 werden Mitarbeiter des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme als Teil des I.S.A.R.-Teams an der internationalen Rettungsübung ACHILLES unter Federführung der UN teilnehmen. Von Seiten des DLR wird dabei ein neuer Prototyp des MACS-Kamerasystems an einem unbemannten Fluggerät erprobt. Damit sind Rettungskräfte in der Lage, Schadensgebiete schnell zu kartieren und die Ergebnisse direkt nach Landung für den Einsatz zu nutzen. I.S.A.R.-Geschäftsführer Michael Lesmeister spricht von einem Meilenstein: "Dadurch kann den Opfern noch effizienter geholfen werden. Bisher tappen wir im Dunkeln, wenn wir in ein Schadensgebiet kommen, weil wir nicht wissen, ob beispielsweise Straßen passierbar sind, wo sich große Menschenansammlungen befinden oder wie viele Häuser zusammen gestürzt sind." Die neue Technik soll einen Überblick im Krisenfall bieten und Rettungsteams direkt zu den Betroffenen bringen.

IoSiS - Imaging of Satellites in Space

Raumfahrt ist eine der wichtigen Schlüssel- und Kernkompetenzen der modernen Industriegesellschaft. Ob Wettervorhersage, Satellitenfernsehen oder globale Internetverfügbarkeit; ob bei Navigation, Energieversorgung oder im Bankengewerbe: Raumfahrt ist heute sowohl für den Einzelnen wie für die Gesellschaft im Alltag unverzichtbar. Dabei sind Satelliten im Weltall einer ständigen Bedrohung ausgesetzt, entweder mit einem anderen Satelliten oder mit sogenanntem Weltraumschrott zu kollidieren. Ein Schutz der weltraumgestützten Systeme setzt voraus, dass alle Objekte und Vorgänge im erdnahen Weltraum erfasst werden. Dazu ist es unabdingbar, dass Bahnen und Eigenschaften von Objekten im Orbit bekannt sind und regelmäßig aktualisiert werden. Dies ermöglicht es unter anderem, aktive Satelliten durch Ausweichmanöver vor Kollisionen zu schützen. Im Rahmen des Vorhabens IoSiS (Imaging of Satellites in Space) baute das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme am DLR-Standort Weilheim in den vergangenen Jahren ein Radarsystem auf. Das System erreicht theoretisch eine räumliche Auflösung von bis zu drei Zentimetern und ist damit in der Lage, präzise Information über den Zustand von Satelliten sowie über mögliche Bedrohungen derselben zu liefern. Von April 2017 bis Ende Juni 2017 wird im Rahmen einer IoSiS-Messkampagne untersucht, wie die bisher erreichte Qualität der Daten sichergestellt und in Zukunft optimiert werden kann.