Zwischen zwei Welten

Um die Zukunft der Luftfahrt ein Stück weit vorauszusehen, brauche es einerseits Kreativität und Fantasie, andererseits ausgeprägte wissenschaftliche Genauigkeit, sagt Professor Mirko Hornung vom Bauhaus Luftfahrt.

05.2016 | 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.

Seit Jahrzehnten werden in Zukunfts­visionen immer wieder abenteuer­liche Flug­ge­räte präsentiert, die eher Rochen, Pfeilen oder gar fliegenden Unter­tas­sen ähneln. Die Flug­zeuge von heute sehen aber weit­gehend immer noch so aus wie zu Beginn der kommer­ziel­len Luft­fahrt. Wann ändert sich das?

Prof. Mirko Hornung: Die Frage ist doch: Muss sich das zwangs­läufig ändern? Es macht doch nur Sinn, eine neue Flug­zeug­kon­fi­gura­tion zu entwickeln, wenn diese insgesamt einen signifikanten Vorteil gegenüber der bekannten hat. Und darum sehen Flug­zeuge heute immer noch ähnlich aus. Andere Kon­fi­gurationen sind eben nicht so viel besser, dass sich eine Um­setzung bisher wirklich gelohnt hätte. Wenn wir nur über ein paar Prozent Ver­bes­serung reden, kann man das in der Regel auch über kontinuierliche Ver­bes­serung erreichen. Dazu muss man auch klar sagen, dass die Branche nicht untätig war. Denn während sich im Äußeren seit der Boeing 707 im Wesentlichen nicht sehr viel verändert zu haben scheint, gilt das für das Innere eines Flugzeugs überhaupt nicht. In den letzten sieben Dekaden haben wir unsere Luftfahrzeuge intensiv verbessert. Wir haben seitdem den Kraft­stoff­ver­brauch um fast 70 Prozent reduziert gegenüber den ersten Pas­sagier­jets wie der Boeing 707.

Welche For­schungs­schwer­punk­te und technologischen Ent­wicklungen werden denn Ihrer Ein­schätzung nach die Luft­fahrt in den kommenden beiden Jahr­zenten bestimmen?

Hornung: Die Luftverkehrsflotte wird sich allen Prognosen nach bis 2050 verdreifachen. Die Ziele, also 75 Prozent weniger CO2-Ausstoß, deutlich weniger Stick­ox­idemis­sionen und Lärm­re­duktion, sind gesetzt. Daraus ergeben sich die ver­schie­dens­ten Themen. Das Flug­zeug selbst ist da nur ein Teil des Gesamt­puzzles, da spielen auch die Flug­häfen mit hinein, die Kraft­stoff­ver­sorgung und das gesamte Ver­kehrs­system. Ein treibendes Element wird sicherlich die Weiter­ent­wick­lung von Energie- und Antriebs­systemen sein. Da gibt es sehr vielversprechende Technologieansätze, die wir uns auch in Zusammenarbeit mit der MTU Aero Engines intensiv anschauen. Wir haben etwa gerade neue Kreis­pro­zes­se untersucht, so ge­nannte Composite Cycles, in denen unter­schied­liche thermo­dynamische Zyklen zusammen­gebracht werden, um den Wirkungs­grad eines Trieb­werks noch einmal drastisch zu ver­bessern. Da scheint noch sehr viel Potenzial drin zu sein. Auch elektrisch-hybride Antriebe, also die Kombi­nation von Elektro- und Ver­brennungs­motoren, sind natürlich ein Thema bei uns. In dem Bereich hat man vor ein paar Jahren noch gesagt: Funktioniert nicht für ein größeres Flug­zeug. Diese Aus­sage kann man heute nicht mehr so stehen lassen.

„Es macht doch nur Sinn, eine neue Flug­zeug­konfiguration zu entwickeln, wenn diese insgesamt einen signifikanten Vor­teil gegenüber der bekannten hat.“

Professor Dr.-Ing. Mirko Hornung, Vorstand Wissen­schaft und Technik, Bauhaus Luftfahrt e. V., und Professor für Luft­fahrt­systeme an der Technischen Universität München

Moment, das heißt, Sie sagen: Elektrisch-hybride Antriebe funktionieren für ein großes Passagier­flug­zeug?

Hornung: Ja, theoretisch. Da muss man genau hin­schauen. Es ist nach­ge­wiesen worden, dass es grundsätzlich gehen würde. Eine der wesentlichen Aufgaben ist es jetzt zu schauen, wie wir die einzelnen Komponenten und Technologien weiter­ent­wickeln müssen, was also dafür nötig ist, damit so ein elektrisch-hybrider Antrieb auch einen Vorteil für den Betrieb eines Flug­zeugs bedeuten würde. Hierzu fehlt aktuell ein de­tail­liertes Ver­ständnis der dafür not­wendigen Komponenten wie Batterien, Generatoren, Elektro­motoren und angepasste Turbo­kompo­nenten.

Sie sprachen auch an, dass Flug­häfen und die In­fra­struktur rund um das Fliegen weiter­ent­wickelt werden müssen.

Hornung: Ja, wir untersuchen zum Beispiel, inwieweit in der Boden­ab­fertigung von Flug­zeugen, in der Wechsel­wirkung mit den Terminals und mit der Flug­hafen­infra­struktur noch Ver­bes­serungen möglich sind. Das hängt auch mit den künftigen Größen der Flug­zeuge zusammen. Ein anderes Thema, vor allem für Metro­polen um die zehn Millionen Einwohner und mehr: Wie bekommen wir die Flug­häfen wieder weiter ins Zentrum der Stadt? Heut­zu­tage liegen sie in der Regel weit außerhalb. Das heißt: Der wesent­liche Anteil des Verkehrs von Tür zu Tür ist der Weg zum und vom Flug­hafen. Gerade der Boden­trans­port wird in solchen Groß­städten aber immer langsamer. Insgesamt führt diese Entwicklung dazu, dass der Luft­verkehr auf kürzeren und mittleren Strecken an Kon­kur­renz­fähig­keit verliert. Wie können wir das ändern? Ein wesent­licher Treiber wird da das Thema Lärm­re­duktion sein. Nur wenn Flug­zeuge leiser werden, steigt die Akzeptanz für Flug­häfen, die wieder näher an den Wohn- und Geschäfts­gebieten sind und kürzere Vor­lauf­zeiten haben.

Professor Dr.-Ing. Mirko Hornung

Professor Dr.-Ing. Mirko Hornung Vorstand Wissen­schaft und Technik, Bauhaus Luftfahrt e. V., und Professor für Luft­fahrt­systeme an der Technischen Universität München

Zeitgleich mit seiner Berufung an den Lehr­stuhl für Luft­fahrt­systeme an der Fakultät für Maschinen­wesen der Technischen Universität München wurde der heute 44-Jährige 2010 Vorstand des Bauhaus Luft­fahrt. Als Wissen­schaftler und Dozent beschäftigt er sich mit Flug­zeug­entwurf, Flug­zeug­inte­gration und –bewertung. Studiert und promo­viert hat er im Fach­bereich Luft­fahrt­technik an der Universität der Bundeswehr in Neubiberg bei München. Seine 2003 ab­ge­schlos­sene Promotion über wieder­ver­wendbare Raum­transport­systeme wurde ausgezeichnet. Bis 2009 war er danach bei EADS (heute Airbus) unter anderem in der Vor­ent­wicklung zukünftiger Luft­fahrt­systeme tätig.

Könnte man zur Lärm­re­duktion nicht einfach Flug­zeuge entwickeln, die senk­recht starten? So wie der Harrier-Jet?

Hornung: Die kurze Antwort: Könnte man schon, aber ich kann die Physik nicht aus­tricksen. Ich muss den Schub zum Senk­recht­start erzeugen. Das ist wiederum lokal sehr laut und ver­braucht auch deutlich mehr Kerosin als heutige An- und Abflüge. Ein Senk­recht­start müsste ökologisch und ökonomisch ver­gleich­bar mit heutigen Lösungen sein. Für die breite Masse wird daher kein Potenzial ge­sehen.

Einige der Konzepte, die Sie bei Bau­haus Luft­fahrt erarbei­ten, werden nie – oder zumindest anders als gedacht – kommen. Ich kann mir gut vor­stellen, dass dann auch schnell die kritische Frage im Raum steht: Wozu soll das gut sein?

Hornung: Die Diskus­sion kommt in der Tat immer wieder. Unser An­spruch ist eben nicht zu sagen, dieses oder jenes wird oder muss das nächste Produkt sein. Wir wollen Tech­no­logien untersuchen und verstehen, wo ihr Potenzial für die Luft­fahrt liegt. Diese Er­kenntnis­se kommunizieren wir dann. So schaffen wir ein Be­wusst­sein dafür und liefern Denk­an­stöße – außerhalb der gewohnten Ent­wicklungs­um­gebung eines Unter­nehmens. Unsere Aufgabe ist aufzuzeigen, dass es noch sehr viele ungelöste Probleme in der Luft­fahrt gibt. Aber eben auch, dass es dafür mögliche Lösungs­an­sätze gibt.

„Wir wollen Tech­no­logien untersuchen und verstehen, wo ihr Potenzial für die Luft­fahrt liegt. So schaffen wir ein Be­wusst­sein dafür und liefern Denk­an­stöße – außerhalb der ge­wohnten Ent­wicklungs­um­gebung eines Unter­nehmens.“

Professor Dr.-Ing. Mirko Hornung, Vorstand Wissen­schaft und Technik, Bauhaus Luftfahrt e. V., und Professor für Luft­fahrt­systeme an der Technischen Universität München

Können die betreffenden Unter­nehmen diese Lösungs­an­sätze nicht besser selbst finden?

Hornung: Eine Sache aus­zu­pro­bieren ist innerhalb eines Firmen­kontexts extrem schwierig. Sobald man eine Tech­nologie untersucht und das kommuniziert, interpretiert jeder: Das wird das nächste Pro­dukt dieser Firma. Es ist aber eine Mach­bar­keits­studie. Und das hat noch nicht zwingend etwas mit einem Produkt zu tun. Das muss man sauber trennen. Ein zweiter Aspekt, den wir auch immer wieder fest­stellen: Die Diskussion mit anderen Industrie­be­reichen, von denen man Tech­nologien übernehmen oder adaptieren könnte, ist für eine unabhängige und eigenständige For­schungs­ein­richtung deutlich einfacher, als wenn da ein unmittelbares Firmen­interesse dahinter steht.

Um innovative Lösungs­an­sätze entwickeln zu können, müssen Sie die Pro­bleme aus den unter­schied­lichsten Blickwinkeln betrachten. Braucht Bau­haus Luft­fahrt da nicht einen ganzen Haufen ver­schiedenster Experten?

Hornung: Genauso sieht das hier aus. Wir haben ein wirklich buntes Experten­pot­pourri: Sozial­wissen­schaftler, Ethnologen, Ökonomen, Geo­graphen, Ingenieure der ver­schiedensten Disziplinen, Physiker, Chemiker. Jeder bringt seine wissen­schaft­liche Expertise und eigene Sicht­weise mit. Die muss übrigens erstmal nichts mit der Luft­fahrt zu tun haben. Ge­meinsam ist aber allen Mit­arbeitern, dass sie wissen­schaft­lich arbeiten können, in ihren Bereichen Tech­nologien, Ansätze und Theorien verstehen und in einen anderen Kontext bringen können.

Das heißt konkret?

Hornung: Das Team beobachtet ge­sell­schaft­liche Trends, sozio­öko­no­mische Rand­be­dingungen und wissen­schaft­liche Ver­öffent­lichungen von neuen Tech­nologien, versucht sie zu verstehen, zu be­werten und dann zu über­tragen, was das für eine Aus­wirkung auf die Luft­fahrt haben könnte. Was kann man bei­spiels­weise mit einer Tech­nologie, mit diesen und jenen Kern­eigen­schaften, machen? Haben wir ein Problem­feld in der Luft­fahrt, wo wir sie gewinn- und nutzbringend unter­bringen könnten, wenn sie be­stimmte An­forde­rungen er­füllt?

„Ich muss eigentlich immer zwischen diesen zwei Welten hin- und herspringen. Es ist das eine, eine Idee zu haben – in einem kreativen spontanen Prozess. Diese Idee, dieses Konzept oder diesen Tech­nologie­an­satz dann auf seine An­wend­bar­keit und auch sein Potenzial zu untersuchen, also zu klären, was man damit konkret tun kann, das ist harte wissen­schaft­liche Arbeit.“

Professor Dr.-Ing. Mirko Hornung, Vorstand Wissen­schaft und Technik, Bauhaus Luftfahrt e. V., und Professor für Luft­fahrt­systeme an der Technischen Universität München

Einerseits muss man also der Kreati­vität freien Lauf lassen können, früh­zeitig Tech­nologie­an­sätze und deren Einsatz­möglich­keiten erkennen – anderer­seits dann wissen­schaftlich akkurat analysieren, was zum aktuellen Stand der Technik wirklich möglich ist …

Hornung: … und das ist die Her­aus­forderung. Ich muss eigentlich immer zwischen diesen zwei Welten hin- und her­springen. Es ist das eine, eine Idee zu haben – in einem kreativen spon­tanen Prozess. Diese Idee, dieses Konzept oder diesen Tech­nologie­an­satz dann auf seine Anwend­bar­keit und auch sein Potenzial zu unter­suchen, also zu klären, was man damit konkret tun kann, das ist harte wissen­schaft­liche Arbeit. Diese Arbeits­weise ist sehr her­aus­fordernd, aber auch sehr spannend.

Haben Sie da ein aktuelles Bei­spiel?

Hornung: Die Energie­rück­ge­winnung in Trieb­werken über thermo­elektrische Ele­mente. Wir sind vor Jahren auf die Tech­no­logie auf­merksam ge­worden und haben sie näher angeschaut. Interes­sant, aber in den Wirkungs­graden so niedrig, dass sie für An­wendungen im Flug­zeug weit­gehend nutzlos war. Unsere damalige Analyse hat aber auch er­geben: Wenn solche Thermo­gene­ratoren, die aus Wärme Strom erzeugen können, irgend­wann höhere Wirkungs­grade erreichen, dann wird es spannend. Und genau das ist in den letzten Jahren passiert. Eine aktuelle For­schungs­arbeit im Rahmen des nationalen Luft­fahrt­for­schungs­pro­gramms hat jetzt gezeigt: Ja, die Energie­rück­ge­winnung in Trieb­werken über thermo­elektrische Elemente könnte heute einen Beitrag leisten. Man muss sich grund­sätzlich einfach über die Hürde „das geht nicht“ hin­weg­setzen. Auch beim Getriebe­fan hat man immer gesagt: Das funktioniert nicht. Zu komplex, zu teuer. Das bekommt man nicht halt­bar, das kriegt man nicht zu­ge­lassen. Wir sehen aber jetzt: Es geht. Er fliegt. Diese Hürde kann also genommen werden.

In Ihrem Bei­spiel wurden Tech­nologien über längere Zeit­räume bis zur Einsatz­fähig­keit ent­wickelt. Könnten Flug­zeuge irgend­wann einmal nicht doch ganz anders aus­sehen als heute?

Hornung: Wie gesagt: Wenn es eine Tech­nologie gibt, die eine Änderung recht­fertigt, dann ja. Elektrische oder hybride Antriebs­systeme könnten eine erhebliche Ver­änderung des Flug­zeug­layouts bedeuten. Bis dahin müssen wir aber noch etliche tech­nologische Her­aus­forderungen meistern. Viel­leicht gibt es noch andere Tech­no­logien, die wir heute noch nicht kennen. Eines kann ich aber ver­sprechen: Wir halten die Augen offen.

Bauhaus Luftfahrt

Der 2005 gegründete gemein­nützige Verein mit Sitz in Taufkirchen bei München begreift sich als inter­disziplinärer Think Tank für die Zukunft von Mobilität und Luft­fahrt. Rund 50 Mit­arbeiter aus unter­schied­lichen natur-, geistes- und sozial­wissen­schaft­lichen Disziplinen ent­wickeln in enger Zusammen­arbeit mit Forschung und Industrie, jedoch unabhängig von wirt­schaft­lichen Interes­sen, umfassende Zukunfts­szenarien und -entwürfe für die europäische Luft­fahrt­branche. Träger von Bauhaus Luft­fahrt sind neben dem Bayerischen Staats­ministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie die Airbus Group, IABG, Liebherr Aerospace und die MTU Aero Engines.

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