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Um das weltweite Wachstum des Luftverkehrs zwischen den urbanen Zentren bewältigen zu können, werden neue leisere Flugzeuge und effizientere Flughäfen gebraucht. Auch Big-Data-Anwendungen helfen dabei, Passagiere und Gepäck schneller ans Ziel zu bringen.

11.2016 | Autor: Denis Dilba

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Denis Dilba, studierte Mechatronik, besuchte die Deutsche Journalistenschule und gründete das digitale Wissenschaftsmagazin Substanz. Er schreibt über verschiedenste Themen aus Technik und Wissenschaft.

Dass der Luftverkehr stark wachsen wird, ist bekannt. Allen­falls in den Prozent­werten der jähr­lichen Steigerungs­rate gibt es in der Branche noch leichte Unstimmig­keiten. So haben Airbus und Boeing auf der dies­jährigen Luft­fahrt­messe im britischen Farnborough von jährlichen 4,5 Prozent welt­weitem Wachstum bis zum Jahr 2035 gesprochen, während die Inter­national Air Transport Association (IATA) für denselben Zeit­raum den Anstieg mit 3,8 Prozent pro Jahr etwas verhaltener einschätzt. Die interes­santeren Fragen kreisen aber längst nicht mehr darum, um wieviel Prozent genau der Luft­verkehr zunehmen wird, sondern vielmehr darum, wo er wachsen wird, was das für Aus­wirkungen hat und wie der rasant ansteigende Bedarf an Mobilität insgesamt bewältigt werden kann.

Einen Hinweis darauf, wo der Luft­verkehr wachsen wird, geben die Vereinten Nationen in einer aktuellen Prognose: Die Welt­be­völkerung und damit das potenzielle Passagier­auf­kommen wird vor allem in den Städten zunehmen. Lebten noch 1950 gerade einmal 30 Prozent der Menschen in urbanen Gebieten, so wohnt heute bereits mehr als die Hälfte dort, ab 2050 werden es mehr als zwei Drittel sein, so die Experten. Während die Urbanisierung in den westlichen Ländern bereits weit fort­ge­schritten ist, nimmt sie in Asien, Latein­amerika und Afrika gerade richtig Fahrt auf. Insbesondere in China und Indien ist eine regel­rechte Explosion der Städte sowie einer kauf­kräftigen und konsum­orientierten Mittel­schicht zu beobachten. Mit höheren Ein­kommen können sich diese Menschen mehr Flug­reisen leisten. Bleibt die Wachs­tums­rate bis 2050 einiger­maßen konstant, muss sogar mit einer Verdrei- bis Vervier­fachung des Luft­ver­kehrs gerechnet werden.

Infrastruktur am Boden

„Die Frage ist, wie der Aufbau von Infra­struktur mit dem Mobilitäts­bedarf in so schnell wachsenden Städten mithalten kann“, sagt Kay Plötner vom Think Tank Bauhaus Luft­fahrt in München. Der Luft- und Raum­fahrt­ingenieur hat an einem Konzept mit­ge­ar­bei­tet, das diese Frage elegant beantworten könnte: Neue kleinere Flug­häfen direkt in den Innen­städten, von denen Direkt­ver­bindungen zueinander und zu bereits be­stehen­den Flug­häfen angeboten werden, sollen Abhilfe schaffen. Plötner und seine Kollegen nennen die Studie, die sie 2016 auf der Inter­nationalen Luft- und Raum­fahrt­aus­stellung (ILA) in Berlin präsentiert haben, „CentAirStation“.

Die Idee ist, be­stehen­de Gleis­flächen von U- oder S-Bahnen mit vier­stöckigen Gebäuden zu überbauen, auf deren Dächern Flug­zeuge starten und landen können. Man könne sich das in etwa wie einen Flug­zeug­träger vorstellen – nur eben an Land, sagt Plötner. Die Flug­fläche ist 650 Meter lang und 90 Meter breit, im Stock­werk darunter steigen Pas­sagiere ein und werden Flug­zeuge abgefertigt. Noch eine Ebene tiefer befinden sich Sicher­heits­check und Ge­päck­auf­nahme sowie Restaurants und Geschäfte, die von den im Erd­geschoss ankommenden Zügen aus zugänglich sind. „Pas­sagiere sollen von ihrer Ankunft mit der Bahn bis zum Abflug maximal eine Viertel­stunde benötigen und nach der Landung in zehn Minuten das Gebäude verlassen können“, sagt Bauhaus-Forscher Plötner.

Das CentAirStation-Konzept von Bauhaus Luftfahrt


In Zusammenarbeit mit zwölf Studenten der Glasgow School of Art haben 25 Wissenschaftler von Bauhaus Luftfahrt ein aufeinander abgestimmtes Flughafen- und Flugzeugkonzept entwickelt: „CentAirStation“ und „CityBird“. Ihre Mission: Neue Innenstadtflughäfen und neue Flugzeuge, die regional zwischen diesen neuen Innenstadtflughäfen und konventionellen Flughäfen operieren, sollen zur Lösung der Herausforderungen des Luftverkehrs im Jahr 2040 und darüber hinaus beitragen.

Quelle: Bauhaus Luftfahrt e. V., Juni 2016
Die Prämissen:
  1. Urbanisierung, die bis 2040 und darüber hinaus zunehmen und zu einem starken Wachstum von Megastädten führen wird.
  2. Diese Megastädte müssen effizient an den Flugverkehr angebunden werden.
  3. Globales Luftverkehrswachstum von etwa 4,7 Prozent pro Jahr. Dies entspricht einer Verdreifachung des Flugaufkommens bis 2040.
  4. Ein Ziel des „Flightpath 2050“ der Europäischen Kommission ist es, dass 90 Prozent aller Reisenden innerhalb von vier Stunden Tür zu Tür ihr Reiseziel erreichen sollen.

Die CentAirStations funktionieren aller­dings nur mit einem neuen Flug­zeug­typ: dem „City­Bird“. Dabei handele es sich um ein Regional­flug­zeug mit rund 60 Sitz­plätzen und einer Reich­weite von 2.700 Kilo­metern, erklärt Plötner. Die Trieb­werke mit hohem Bypass-Verhältnis sollen moderne Turbo­kom­po­nenten mit Kolben­maschinen verbinden und so besonders geringe NOx-Emissionen ermöglichen. An dem zukunfts­wei­senden Composite-Cycle-Engine-Konzept hat auch die MTU Aero Engines mit­ge­arbei­tet. Zusätzlich soll ein Katapul­tstart die nötige Antriebs­leistung zum Abheben steigern und so den Betrieb noch leiser machen. Landen und starten können soll „CityBird“ aber auch von her­kömmlichen Flug­häfen, schließlich sei die Idee, bestehende Flug­häfen zu ergänzen und nicht zu ersetzen, sagt Plötner.


Automatisierung beim Fluggepäcktransport

61,3% weniger verloren gegangene Gepäckstücke seit 2007

18 Milliarden US-Dollar geschätzte Einsparung der Airlines weltweit seit 2007 durch Verbesserungen beim Gepäcktransport

33,3% Flugpassagierzuwachs weltweit seit 2007

62% der Flughäfen wollen die Gepäckabgabe automatisieren

70% der Airlines wollen die Gepäckabgabe automatisieren

66% der Airlines planen, Passagieren die Verfolgung ihres Gepäcks mit Datenübertragung in Echtzeit über Apps für mobile Endgeräte anzubieten

97% der Passagiere reisen mit mobilen Endgeräten (Laptops, Tablets und Smartphones)


Quelle: SITA, Baggage Report 2015 und Air Transport IT Review 2016

In vier Stunden von Tür zu Tür

Die Bauhaus-Idee könnte dazu beitragen, ein von der Euro­päischen Kommis­sion aus­gegebenes ambitio­niertes Ziel für den „Flightpath 2050“ zu erreichen: Bis zur Mitte dieses Jahr­hunderts sollen 90 Prozent aller Reisen von Tür zu Tür in Europa nicht länger als vier Stunden dauern. Wie schwierig das heute ist, beschreibt Florian Rudolph, wissen­schaft­licher Mit­arbeiter am Institut für Flug­hafen­wesen und Luft­verkehr des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Braunschweig: „Wenn ich von Braunschweig über den Flug­hafen Hannover nach Paris reisen will und den Flieger auch wirklich sicher bekommen möchte, muss ich Puffer­zeit für eventuelle Ver­spätungen von Bus und Bahn ein­planen – und damit drei Stunden vor meinem Abflug von zu Hause losfahren“, sagt Rudolph. Zusammen mit dem Flug sei das Vier-Stunden-Ziel damit schon locker verfehlt.

Rudolph und seine Kollegen haben in dem DLR-Forschungs­pro­jekt Optimode unter­sucht, wie das Zusammen­spiel von Bus, Bahn und Flug­gesell­schaften so optimiert werden kann, dass Reisende weniger Puffer­zeit einplanen müssen und trotzdem nicht Gefahr laufen, den Flug zu verpassen. „Wenn Airline, Bus- und Bahn­unter­nehmen wis­sen, dass Flug­gäste gerade im Bus oder Zug zum Flug­hafen sitzen, können bei Ver­spätungen Alter­nativ­routen berechnet, zusätzliche Anschluss­ver­bindungen gestellt oder Schnell-Boardings ein­gerichtet werden“, sagt Rudolph. Die Infor­mation darüber bekämen die Reisenden live auf einer App angezeigt. Und falls die Ver­spätung zu groß sei, berechnet das System eine neue Ver­bindung und leitet den Pas­sagier über andere Knoten­punkte zu seinem Ziel, so Rudolph.

Was sich simpel anhört, ist in der Praxis eine große Her­aus­forderung. Heute erfahren die Flug­linien oft erst beim Check-in am Ab­flug­tag, dass der Flug­gast sicher fliegen wird. Damit die Ver­kehrs­träger flexibel reagieren können, müssten Rei­sende künftig dazu bereit sein, die Infor­mation über ihren Aufent­halts­ort an Bus- und Bahn­unter­nehmen sowie die Air­line weiter­zu­geben. Das soll nach Vorstellung der DLR-Experten automatisch erfolgen, bei­spiels­wei­se über den Scan des Bus- oder des Bahn­tickets und einen Abgleich mit GPS-Koordinaten, die vom Smart­phone übermit­telt werden. Betritt der Pas­sagier den Flug­hafen, bestätigt er mit einem Bar­code­scan, dass er angekommen ist. Aber auch vor dem Hinter­grund, dass ein erster Optimode-Prototyp durchweg positives Feed­back bekommen hat, ist den Forschern klar, dass sie mit dem Projekt Neuland betreten. „Bisher optimieren die einzelnen Ver­kehrs­träger nur ihre eigenen Systeme“, sagt Rudolph, „die Schwierig­keit ist, sie davon zu über­zeugen, zu Gunsten eines optimalen Gesamt­ziels auch einmal von ihren Einzel­zielen abzurücken.“

Entwicklung der Digitalisierung im Passagierluftverkehr innerhalb eines Jahres

78 %

2015

99 %

2016

der Airlines bieten Check-in über das Internet an

50 %

2015

78 %

2016

der Airlines bieten Check-in über mobile Endgeräte (Tablets, Smartphones) an

45 %

2015

75 %

2016

der Airlines bieten mobile Bordkarten an

Rohstoff Daten in der Luftfahrt

„Datenströme tragen mehr zum weltweiten Wachstum bei als Warenverkehr“: Zu diesem Schluss kommt die internationale Unternehmensberatung McKinsey in einer Studie, die Anfang 2016 ver­öffent­licht wurde. In zehn Jahren, so die Studie, sei der internationale Daten­verkehr um den Faktor 45 gestiegen und werde sich bis zum Ende des Jahrzehnts noch einmal um den Faktor 9 vervielfachen.

Angetrieben wird die Potenzierung der Daten­ströme durch technische Verbesserungen der Hardware, wie die Fachzeitschrift „Aviation Week“ auch für die Luftfahrt feststellt: „Fortschritte bei den digitalen Ver­bindungs­systemen versprechen eine große Band­breite an Applikationen und Services, die zur Verbesserung der operationalen Effizienz und Sicherheit von Airlines beitragen werden.“ Als Beispiel für die Nutzung von Daten­strömen in der Luft­fahrt nennt das Magazin unter anderem die Minimierung von Störungen im Flug­betrieb mit Hilfe von Wetterdaten, die von Flugzeugen und Wetter­beobachtungs­stationen geliefert, in einem Zentral­rechner akkumuliert und regelmäßig an die Flug­ver­kehrs­teil­nehmer gesendet werden können.

Quellen: McKinsey-Studie „Digital globalization: The new era of global flows”, 2016, www.mck.de/globalflows; “Cockpit, Back Office Opportunity As Connectivity Options Mount” in Aviation Week, 2016-09-14

Big Data verändert die Luftfahrt

Trotzdem zeigt Optimode schon heute, dass der Rohstoff Daten die Luft­fahrt ebenso verändern wird wie die Urbanisierung. So können Flug­ge­sell­schaften durch die Aus­wertung aller ihnen über ihre Flug­gäste zur Verfügung stehenden Infor­mationen nicht nur den Service immer weiter optimieren, etwa indem das Lieblings­hotel zusammen mit der Flug­buchung an­geboten wird oder Vor­lieben zum Essen an Bord direkt ver­merkt sind. Auch der Check-In wird künftig reibungs­loser ablaufen: Koffer, die mit Funkchips gekenn­zeichnet sind, können schon weit vor dem Flug­hafen auf­gegeben werden – und im weiteren Verlauf der Reise auto­matisch den Aufent­halts­ort des Reisenden finden. Das Warten am Gepäckband, schätzen Branchen­kenner, wird schon innerhalb der nächsten zehn Jahre eher Ausnahme als Regel sein.

„Die digitale Transformation bietet enorme Chancen für die Luftfahrt. Sie macht das Fliegen effizienter, sicherer und komfortabler und die Herstellung von Flugzeugen oder Flugzeugteilen kostengünstiger und flexibler“, sagt Bernhard Rohleder, Haupt­ge­schäfts­führer des deutschen Digitalverbands Bitkom. Dr. Friedhelm Kappei, Senior Manager Central and Performance Engineering bei der MTU Maintenance Hannover, kennt das Potenzial von Big-Data-Analysen bereits aus der Praxis: Die Software MTU Plus Engine Trend Monitoring zeichnet während der Startphase oder im Reiseflug Triebwerksparameter wie Drehzahlen, Temperaturen und Drücke auf. Landet das Flugzeug, werden die Informationen an die MTU übermittelt.

„Die digitale Transformation bietet enorme Chancen für die Luftfahrt. Sie macht das Fliegen effizienter, sicherer und komfortabler und die Herstellung von Flugzeugen oder Flugzeugteilen kostengünstiger und flexibler“

Bernhard Rohleder, Bitkom

Mit der Entwicklung des Engine Trend Monitorings habe man schon vor rund 15 Jahren begonnen, mit der Getriebe­fan-Technologie, die in der neuesten Trieb­werks­generation gerade in den Linien­dienst geht, gar schon vor 30 Jahren, sagt Dr. Marc Le Dilosquer, MTU-Marktexperte. „Das zeigt: Veränderungen im Luft­fahrt­sektor müssen heute ein­ge­leitet werden, um morgen ihr Potenzial aus­spielen zu können.“ Echte Re­vo­lu­tionen im Luft­verkehr seien aus heutiger Sicht nicht zu erwarten, sondern vielmehr eine weitere Evolution. Das liegt auch daran, dass die teure Infra­struktur weitgehend vorhanden ist und möglichst auch weiter genutzt werden muss. Ob es sich jedoch lohnt, einen bestehenden Flug­hafen auszubauen, lässt sich neuerdings mit einer adaptierten DLR-Software abschätzen, die ursprünglich für die Vorhersage der Ent­wicklung der Leuchtkraft von Sternen eingesetzt wird.

Inside MTU Engine Trend Monitoring

Die MTU-Software Engine Trend Monitoring zeichnet während des Flugs Daten wie Dreh­zahlen oder Drücke aus dem Triebwerk auf. Nach der Landung werden diese an die MTU Maintenance über­mittelt. „Wir analysieren sie und prüfen, ob es Ab­weich­ungen gibt, die auf Schäden im Triebwerk hinweisen“, erklärt Dr. Friedhelm Kappei, Senior Manager Central and Performance Engineering. Der Vorteil: „Unsere Kunden können damit besser planen, wann welches Flugzeug zu Trieb­werks­über­holung auf den Boden kommen muss“, sagt der MTU-Experte. „Zum Teil verhindern wir auch teurere Reparaturen, weil wir früh erkennen, dass ein kleineres Bau­teil aus­getauscht werden muss, damit es zu keinem größeren Schaden kommt.“ Kappei geht davon aus, dass die Trieb­werks­daten in Zukunft auch in Echtzeit übertragen werden können, was heute hauptsächlich wegen der dafür benötigten hohen Daten­über­tragungs­raten noch nicht möglich ist.

Mehr fliegen mit weniger Lärm

Klar ist aber allen Be­teiligten, dass Ver­än­derungen in der Luft­fahrt ohne die Akzeptanz der Be­völkerung kaum durch­zusetzen sind. „Das heißt vor allem: Wir müssen die Flug­zeuge so leise machen, dass sie nicht oder nur gering­fügig stören“, sagt Roland Gerhards, Geschäfts­führer des Zentrums für Angewandte Luftfahrtforschung (ZAL) in Hamburg. Während elektrisches Fliegen auf sehr lange Sicht Potenzial zur Lärm­re­duzierung bietet, seien die Brenn­stoff­zelle und kleine Elektro­an­triebe in den Fahr­werken heiße Kandidaten, den Luft­verkehr bereits kurz­fristig deutlich leiser zu machen, sagt Gerhards. „Damit könnten die Flug­zeuge lautlos bis zum Start rollen.“ Beide Themen würden aktuell am ZAL bearbeitet und könnten inner­halb der nächsten fünf bis zehn Jahre ein­satz­bereit sein.

„Das heißt vor allem: Wir müssen die Flugzeuge so leise machen, dass sie nicht oder nur geringfügig stören.“

Roland Gerhards, Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung (ZAL)

Weniger Fluglärm ist auch ein Thema für die Hersteller von Luft­fahrt­an­trieben: Die neuen Getriebefan-Trieb­werke reduzieren nicht nur den Treib­stoff­ver­brauch und die Schad­stoff­emis­sionen des Flug­zeugs, sondern auch seinen sogenannten Noise-Footprint um bis zu 75 Prozent. Damit schrumpft die von einem bestimmten Lärm­niveau betroffene Fläche um einen Flug­hafen herum auf ein Viertel. Das ermöglicht mehr Flug­be­wegungen, ohne die Um­gebung noch weiter mit Lärm zu belasten, und schafft Raum für künftiges Wachstum.

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