Atmosphärenforschung: Kleinsatellit soll Umweltschäden früher erkennen

Knowhow für größere Windanlagen 2015 wird das DLR an multidisziplinären Simulationsmethoden arbeiten und außerdem intelligente Rotorblattkonzepte mit sogenannten "Smart Blades" entwickeln. / Pressebild: DLR
Knowhow für größere Windanlagen  2015 wird das DLR an multidisziplinären Simulationsmethoden arbeiten und außerdem intelligente Rotorblattkonzepte mit sogenannten "Smart Blades" entwickeln. / Pressebild: DLR
Knowhow für größere Windanlagen 2015 wird das DLR an multidisziplinären Simulationsmethoden arbeiten und außerdem intelligente Rotorblattkonzepte mit sogenannten “Smart Blades” entwickeln. / Pressebild: DLR

Waldbrandfrüherkennung aus dem All, Schadstoffmessungen im Monsunwind und Mobilität in der Stadt von morgene

Mit BIROS startet 2015 ein Kleinsatellit, der Waldbrände aus dem All erkennt, das DLR-Atmosphärenforschungs-Flugzeug HALO fliegt im Sommer 2015 durch den Monsunwind und untersucht, welchen Einfluss die großräumige Luftströmung auf verunreinigte Luftmassen über Indien hat und Verkehrsforscher im DLR beobachten, wie sich die Mobilität in den Städten durch neue Angebote verändert.

(WK-intern) – Diese und viele weitere Themen werden von DLR-Forschern in den Bereichen Raumfahrt, Luftfahrt, Energie, Verkehr und Sicherheit im Jahr 2015 bearbeitet.

Das Leitmotiv der Forschungsarbeiten im DLR ist auch 2015 “Wissen für Morgen”. In interdisziplinären Projekten und Kooperationen arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung. Neben den Bereichen Luft- und Raumfahrt legt das DLR dabei auch einen starken Fokus auf die Bereiche Energieversorgung, Mobilität und Sicherheit.

“Die Technologien, an denen das DLR arbeitet, gehören mit zu den stärksten Technologietreibern für den Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Deutschland. Dabei werden die nationalen Kompetenzen und Fähigkeiten in europäische Aktivitäten eingebunden”, erklärt Prof. Dr.-Ing. Johann-Dietrich Wörner, Vorstandsvorsitzender des DLR. “Wir müssen auch erkennen, dass ein Paradigmenwechsel notwendig ist. In der Forschung müssen gesellschaftliche Bedürfnisse erfasst und an deren Erfüllung gearbeitet werden. Wir dürfen uns nicht nur am Machbaren orientieren und Vorhandenes weiterentwickeln.”

Energie

Knowhow für größere Windanlagen

2015 wird das DLR an multidisziplinären Simulationsmethoden arbeiten und außerdem intelligente Rotorblattkonzepte mit sogenannten “Smart Blades” entwickeln. Dazu werden zum Beispiel Klappentechnologien aus der Luftfahrt für den Einsatz an großen Windanlagen-Rotorblättern mit über 80 Meter Länge angepasst. So können Anlagen immer leistungsstärker werden, um den Anteil von Volllaststunden zu erhöhen. Aktuelle Ergebnisse liegen im DLR-Projekt MERWind vor: Bei Analysen der gesamten Windenergieanlage beobachteten Forscher Effekte wie Windscherung und Designprobleme, die bei den immer größer werdenden Anlagen eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse fließen in den Entwurf von neuen Anlagen ein. Ende 2014 hat der Forschungsverbund Windenergie (FVWE), ein Zusammenschluss von DLR, Fraunhofer IWES und ForWind mit den Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen den Norddeutschen Wissenschaftspreis für die erfolgreiche Zusammenarbeit erhalten.

Energiespeicher: Heiße Stromspeicher

Die Speicherung elektrischer Energie in der Größenordnung des Tagesverbrauchs einer Großstadt (Gigawattstunden) ist eine Voraussetzung für die Integration wachsender Mengen erneuerbarer Energie in den künftigen Strommix Deutschlands und der Welt. Neben der Power-to-Gas-Technologie arbeitet das Institut für Technische Thermodynamik im Projekt ADELE-ING 2 nun daran, überschüssigen Strom in Form von Druckluft und Wärme zu speichern. Neu entwickelte Wärmespeicher sorgen für einen hohen Wirkungsgrad des Speichers. Eine längerfristige Perspektive für große Stromspeicher erforschen die DLR-Wissenschaftler mit der Strom-Wärme-Strom-Technologie, bei der keine Druckluft, sondern nur Wärme gespeichert wird. Diese Technologie besitzt das Potenzial, große Mengen elektrischer Energie preiswert und unabhängig von den geologischen Eigenschaften eines Standortes zu speichern.

Sonnenenergie besser nutzen: Innovative Partikel-Receiver-Technologie

Das Institut für Solarforschung arbeitet an der Entwicklung eines Strahlungsempfängers (Receiver), der konzentrierte Solarstrahlung mit Hilfe hitzebeständiger Partikel auffängt. Dieser soll als rotierendes System in Solarturmkraftwerken für die kommerzielle Produktion von Hochtemperatur-Prozesswärme und Strom sorgen. Der Partikelreceiver wird 2015 erstmals am DLR-Solarturm Jülich getestet. Die direkt im Receiver verwendeten keramischen Partikel sind dabei gleichzeitig Wärmeträger und Speichermaterial. Nach erfolgreichen Vorarbeiten wird das Thema nun am DLR durch den Helmholtz-Validierungsfonds und den Helmholtz-Enterprisefonds gefördert, um das Produkt bis zur Marktreife zu bringen.

Raumfahrt

Neuer A310 für DLR-Parabelflugkampagnen

Das DLR nutzt ab 2015 den ehemaligen deutschen “Kanzler-Airbus” A310 für seine wissenschaftlichen Parabelflugkampagnen. Die “Konrad Adenauer” soll nach ihrem Umbau vom VIP-Jet zum Forschungsflugzeug ab April von ihrem neuen Heimatflughafen im französischen Bordeaux für Schwerelosigkeitsforschung des DLR, der ESA und der französischen Raumfahrtagentur CNES im Einsatz sein. Die erste DLR-Forschungskampagne startet am 31. August 2015 in Bordeaux.

Waldbrandfrüherkennung aus dem All

Im Oktober 2015 wird der Kleinsatellit BIROS (Berlin Infrared Optical System) seinen Betrieb aufnehmen. Der Start erfolgt vom Weltraumbahnhof Satish Dhawan Space Centre in Indien. Wie der 2012 ins All gesandte TET-1 hat auch BIROS eine Infrarotkamera an Bord. Gemeinsam mit TET-1 wird er als Mission FIREBIRD ein Tandem zur präzisen Waldbrandfrüherkennung bilden. Entwickelt wurde der Kleinsatellit unter anderem vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin.

Erdbeobachtung 2.0 und eine Datenautobahn im All

Mitte Mai 2015 ist der Start von Sentinel-2A geplant. Damit startet der zweite von insgesamt sechs Satelliten des neuen europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus. Im Herbst soll Sentinel-3A folgen. Deutschland ist wesentlich am Bau der Satelliten beteiligt. Vom 11. bis 15. Mai 2015 ist das DLR auch Gastgeber der weltweit führenden Erdbeobachtungskonferenz ISRSE in Berlin. Zudem wird 2015 das Europäische Datenrelaissystem EDRS, ein Datenlink zwischen erdnahen und geostationären Satelliten, konkreter: Im Sommer soll die erste Flughardware für den geostationären Orbit (36.000 Kilometer Höhe) starten und die optische Datenübertragung in den operationellen Betrieb übergehen. Bei der geplanten europäischen Datenautobahn im All hat Deutschland die Programmführung innerhalb des EDRS-Programms der ESA.

Neue Qualität für Wettervorhersage

Mit METimage entwickelt die deutsche Raumfahrtindustrie im Auftrag des DLR ein weltweit einzigartiges, multispektrales Radiometer für meteorologische Anwendungen. Ab 2021 sollen die drei geplanten METimage-Instrumente auf Satelliten der europäischen Organisation zur Nutzung von Wettersatelliten, EUMETSAT, fliegen und mehr als 20 Jahre lang zuverlässig Klimabeobachtungen und Wettervorhersagen ermöglichen. Im Sommer 2015 soll dazu erstmals ein bilaterales Abkommen zwischen dem DLR Raumfahrtmanagement und EUMETSAT unterzeichnet werden. Ebenfalls auf der Agenda stehen die entsprechenden Industrieverträge für Bau und Test der Miniserie. METimage ist zudem das erste nationale Raumfahrtprogramm des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur.

Innovative Radartechnologie

Die deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X kreisen bereits seit 2010 im Formationsflug um die Erde und vermessen diese hochpräzise. Seitdem wurde ein Datensatz von mehr als 2500 Terabyte erfasst, mit denen nun bis Mitte 2016 eine neue globale 3D-Karte der Erde entsteht. Bereits für etwa 40 Prozent der Landfläche – zum Beispiel ganz Australien, große Gebiete Nord- und Südamerikas, Sibiriens, Süd- und Westafrikas sowie auch erste gebirgige Regionen im Nordosten Russlands und im Mittleren Osten – sind die sehr genauen digitalen Höhenmodelle aktuell verfügbar. Diese Erfahrung soll in eine neue, zukunftsweisende Radarmission einfließen: Zurzeit untersucht eine gemeinsam mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA durchgeführte Machbarkeitsstudie die Umsetzung der Mission Tandem-L. Mit innovativer Radartechnologie soll ein Satelliten-Paar zweimal pro Woche die gesamten Landmassen der Erde mit einer hohen Auflösung und in 3D abbilden. Durch diese häufige Wiederholungsfrequenz können dann dynamische Veränderungen der Erde erfasst und Fragen aus den Bereichen Bio-, Geo-, Kryo- und Hydrosphäre beantwortet werden. Der Start für eine solche Mission könnte bereits 2020 erfolgen.

Wiederverwendbarkeit im Raumtransport

Das DLR legt ab 2015 einen neuen programmatischen Schwerpunkt auf die Wiederverwendbarkeit im Raumtransport. “Nur wenn einzelne Bestandteile bei Weltraummissionen mehrfach eingesetzt werden können, ist es möglich, in der Raumfahrt Kosten zu sparen”, betont DLR-Raumfahrtvorstand Prof. Hansjörg Dittus. Jeder Flug wird zu einem Testlabor, da die Forscher an den zurückgekehrten Komponenten sehen, wie sie auf die Einsatzbedingungen reagiert haben und entsprechend verbessert werden können. In Zukunft wird deshalb in einem Zwei-Jahres-Rhythmus jeweils ein Flugexperiment starten, mit dem das “Recycling” von Bauelementen wissenschaftlich untersucht wird. Das erste Flugexperiment des DLR soll bereits in drei Jahren starten.

Luftfahrt

Klimaforschung: HALO fliegt im asiatischen Monsungebiet

Für den Sommer 2015 ist die Flugmesskampagne OMO (Oxidation Mechanism Observations) im Einflussgebiet des asiatischen Sommermonsuns geplant. Ziel der Forschungskampagne ist es, den Einfluss des Monsuns auf die großräumige Verteilung von Luftverunreinigungen und auf die Selbstreinigungskraft der Atmosphäre zu bestimmen. Luftschadstoffe werden in der Atmosphäre im Zuge der Selbstreinigung in Verbindungen umgewandelt, die mittels Niederschlägen aus der Atmosphäre herausregnen. Die OMO-Messungen werden unter anderem dazu beitragen, den Einfluss von Stickoxiden des Luftverkehrs auf die Konzentration der Klimagase Ozon und Methan besser quantifizieren zu können. Ab Ende Januar finden, ausgehend vom DLR-Standort Oberpfaffenhofen, erste vorbereitende Messflüge mit HALO über Europa statt. Unter Koordination des Max-Planck-Instituts für Chemie beteiligen sich an der OMO-Kampagne Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, des Karlsruher Instituts für Technologie, der Universitäten Bremen, Heidelberg und Wuppertal und des DLR.

Fluglärm: DLR-Forschungsprojekt für interdisziplinäres Verständnis

Im Dezember 2013 etablierte das DLR den Fachausschuss Fluglärm, der nun das vierjährige Projekt MIDAS (Maßnahmen und Instrumente des Aktiven Schallschutzes bei Fluglärm) initiiert hat. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, einen Katalog sinnvoller Maßnahmen des aktiven Schallschutzes zu erstellen, der dem Flugbetrieb und den örtlichen Gegebenheiten verschiedener Flughäfen Rechnung trägt. Fragestellungen der Fluglärmwirkung, der Fluglärmberechnung, der Quellen von Fluglärm sowie lärmoptimierter Flugverfahren sollen dazu ganzheitlich untersucht werden. Außerdem erarbeiten die Forscher im Rahmen des Projekts Konzepte zum Belastungs- und Lärmwirkungsmonitoring. Im Fachausschuss Fluglärm bringt das DLR alle relevanten wissenschaftlichen Disziplinen wie Physik, Ingenieurswissenschaften, Medizin, Psychologie und Verkehrswissenschaften zusammen. Als maßgebliche Luftfahrtforschungseinrichtung Deutschlands setzt sich das DLR intensiv und vielschichtig mit der Problematik Fluglärm auseinander und ist dabei Ansprechpartner für Industrie, Politik, Verwaltung, Betroffene und Umweltverbände.

Verkehr

Vom Auto in die Bahn ins Auto: Urbane Mobilität

München, Hamburg, Leipzig, Berlin, Köln: Die Bevölkerung in den deutschen Großstädten wächst. Mit der Wiederentdeckung der Stadt stellt sich die Herausforderung, einen kompakten, ressourcensparenden und für Menschen attraktiven Lebensraum zu verwirklichen. Wie aber wird man in Zukunft in Städten mobil sein? Welche Anforderungen muss das Verkehrssystem der Stadt von morgen erfüllen? Schon heute sehen wir, dass sich die Mobilität der Stadtbewohner verändert: Vorhandene Mobilitätsangebote werden durch die zunehmende Integration von öffentlichen Verkehrsangeboten flexibler genutzt. Durch immer mehr Car-Sharing-Angebote ändert sich auch die Pkw-Nutzung in den Städten. Forscherinnen und Forscher des DLR analysieren Motive, Muster und Ausmaß des Mobilitätswandels. Sie gehen dabei der Frage nach, wie sich die Nutzung des Pkw im Kontext einer multimodalen Verkehrsmittelnutzung ändert. Ihre Ergebnisse dienen zur Entwicklung innovativer Mobilitätskonzepte in urbanen Räumen.

Immer mehr Paketdienstleister in der Stadt?

Der Trend zu E-Commerce ist ungebrochen – Privathaushalte, Gewerbebetriebe und Läden nehmen immer mehr die Angebote von Paketdienstleistern in Anspruch. Es wird mit deutlichen Auswirkungen auf Umwelt und Verkehrsflüsse in den Städten gerechnet. Vor diesem Hintergrund arbeitet das DLR an Szenarien für die Entwicklung des Güterverkehrs in Städten und fokussiert dabei auf kleinteilige Belieferungen. Unter anderem startete im September 2014 das Projekt KEP City, in dem die Verkehrsforscher analysieren, welches Warenaufkommen bei den Paketdienstleistern wie zum Beispiel DHL, UPS oder TNT transportiert wird und berechnen das Verkehrsaufkommen in der Stadt, das sich daraus ergibt. Ziel ist es, die Wirkung politischer Maßnahmen wie etwa eine City-Maut oder Paketboxen auf den Güterverkehr in Städten abzuschätzen und Empfehlungen für eine nachhaltige Entwicklung zu geben.

Beim hochautomatisierten Fahren mit dem Tablet surfen

Surfen, chatten, mailen beim Autofahren? Autos können unter bestimmten Bedingungen bereits alleine fahren. Je nachdem, welche Situation sich ergibt, muss der Fahrer aber schnell in der Lage sein, die Steuerung über sein Fahrzeug wieder zu übernehmen. Das DLR arbeitet daher am Next Generation Car, um die Frage zu klären, wie Fahrer und Fahrzeug sich die Fahraufgabe teilen und übergeben müssen. Am Beispiel des Surfens mit einem Tablet untersuchen die Forscher, wie und wann das automatisiert fahrende Auto an den Fahrer übergeben sollte, wenn beispielsweise eine enge Baustelle naht. Der Fahrer muss hierzu die Arbeit am Tablet unterbrechen und sich mit einer ausreichenden Zeitreserve auf die Fahrsituation einstellen, um aufmerksam, konzentriert und gleichzeitig entspannt das Fahren übernehmen zu können. Erste Studienergebnisse im Projekt MobiFAS werden für das erste Halbjahr 2015 erwartet.

Sicherheit

Echtzeitdienste für die maritime Sicherheit

Für das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) ist die zivile maritime Sicherheitstechnik ein wichtiges Handlungsfeld zur Stärkung der deutschen maritimen Wirtschaft und Bestandteil des Nationalen Masterplans Maritime Technologien (NMMT). Neue Technologien sollen eine sichere Schifffahrt garantieren. Um die Aktivitäten und die Expertise aus Wirtschaft und Forschung zu bündeln und weiterzuentwickeln, wird im Rahmen des NMMT die Forschungsplattform eMIR (eMaritime Integrated Research Platform) aufgebaut. Mit dieser Initiative soll den beteiligten Partnern die Möglichkeit gegeben werden, den Nutzern neueste Entwicklungen und Technologien im maritimen Sicherheitsbereich zu demonstrieren. Das DLR beteiligt sich bei eMIR unter anderem mit dem Projekt “Echtzeitdienste für die Maritime Sicherheit-Security” (EMSec) sowie im Forschungshafen Rostock. Dort werden unter anderem über Sendemasten am Boden die Signale des noch im Aufbau befindlichen europäischen Satellitennavigationssystems Galileo simuliert, so dass zukünftige Systeme und Anwendungen für die hochgenaue und verlässliche Navigation dort bereits jetzt entwickelt werden können. Die Aktivitäten und Demonstrationsanlagen von eMIR sollen der Öffentlichkeit im Laufe des Jahres vorgestellt werden.

Echtzeit-Luftbilder für den Katastrophenschutz

Neue Lösungen für ein verbessertes Krisenmanagement sind gefragt, um zukünftig Naturkatastrophen wie Überflutungen, Eisstürmen oder Tsunamis bestmöglich begegnen zu können. Eine Zukunftstechnologie sind ferngeführte Luftfahrzeugsysteme, die non-stop über lange Zeiträume Lagebilder eines Katastrophengebiets liefern. Im Rahmen des EU-Projekts DRIVER (Driving Innovation in Crisis Management for European Resilience) entwickelt das DLR ein System zur Führung und Einsatzplanung für unbemannte, ferngesteuerte Fluggeräte (RPAS, Remotely Pilotes Aircraft System). Ebenfalls steuert das DLR ein Kamerasystem zur Lagebilderfassung und verschiedene Komponenten zur Verkehrsdatenerfassung bei. Für September 2015 ist der Test aller beteiligten Komponenten am Beispiel eines Überflutungsszenarios geplant. Das DLR-Forschungsflugzeug Do-228 D-CODE fungiert dabei als RPAS-Demonstrator und wird vom Boden aus gesteuert. DRIVER wird als Teil des 7. Forschungsrahmenprogrammes von der Europäischen Kommission gefördert. Unter der Leitung von Atos Spain und der Beteiligung von 37 Partnern aus 15 Nationen werden bis 2018 neue Technologien für den Katastrophenschutz zusammengeführt und bei großräumigen Übungen erprobt. Beteiligte des DLR sind die Institute für Flugführung und Verkehrssystemtechnik sowie das Earth Observation Center.

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