Gipfel­treffen der Forschungs­flieger

Seltene Flugzeuge auf besonderen Missionen treffen sich im Sommer auf Island. Ihre Aufgabe: Fliegen im Dienste der Wissenschaft.

11.2015 | Autor: Andreas Spaeth

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Andreas Spaeth ist seit über 25 Jahren als freier Luftfahrtjournalist in aller Welt unterwegs, um Airlines und Flughäfen zu besuchen und über sie zu berichten. Bei aktuellen Anlässen ist er ein gefragter Interviewpartner in Hörfunk und Fernsehen.

Treffen sich eine DC-8, eine Gulfstream III, eine Dornier 228 und eine Falcon 20 auf Island. Preis­frage: Was machen die da, eine derart illustre Runde ziemlich exotischer Flug­zeuge, die im nor­malen Luft­fahrt-All­tag nur noch selten zu sehen sind? Antwort: Sie sind hier in wis­sen­schaft­licher Mission unter­wegs. Island ist durch seine nörd­liche Lage ein be­gehr­ter Aus­gangs­punkt für flie­ger­ische For­schung­s­missionen von beiden Seiten des Nord­atlantiks. Im ver­gang­e­nen Sommer trafen sich hier die Forsch­ungs­flieger des Deutschen Zen­trums für Luft- und Raum­fahrt (DLR) aus dem bay­rischen Ober­pfaf­fen­hofen mit ihren ame­ri­ka­nischen Kollegen der NASA aus Palm­dale in Kalifornien. Die beiden vom Baujahr her ältesten Veteranen, die 1969 gebaute McDonnell Douglas DC-8 der NASA und die Dassault Falcon 20 des DLR, Jahrgang 1974, bildeten dabei ein Team und widmeten sich gemeinsam der Er­pro­bung neu­artiger Lasertechnik zur Wind­ver­messung. Der neue Wind-Lidar (steht für „Light Detection and Ranging“) soll ab Ende 2016 auf einem ESA-Wetter­satelliten zum Einsatz kommen. Er erfasst die Winde über dem Nord­atlantik exakter und ermöglicht eine präzisere Wetter­vor­hersage - auch dank der Vor­arbeit der Forschungs­flieger auf Island. Ebenso wie die Gulfstream der NASA machte dagegen die Dornier 228 des DLR auf Island nur Station: Sie verbrachte zuvor viele Tage in der Luft über Grönland und testete dabei neue Radar-Ab­bild­ungs­ver­fahr­en, mit denen die Be­schaf­fen­heit des ewigen Eises in bis zu 50 Metern Tiefe aus der Luft ver­messen werden kann.

„Die Flugzeuge wachsen mit ihren Aufgaben und sind technisch auf dem neuesten Stand, da ist modernste Technik an Bord, trotz der alten Flug­zeug­zelle“, erklärt DLR-Pilot Steffen Gemsa. Er ist gerade nach einem vier­stündigen Flug aus Grönland auf dem Flug­hafen Keflavik in Island gelandet mit der zwei­motorigen Dornier Do 228, gebaut 1991 in Ober­pfaf­fen­hofen. Solche Flüge sind anstrengend. Die Turbo­prop hat keine Druck­kabine, oberhalb von 10.000 Fuß (rund 3.300 Meter) Flug­höhe müssen die Piloten Sauer­stoff­masken tragen, wegen der Kälte in der Arktis dazu oft auch noch Schutz­anzüge. Verpflegung gibt es an Bord nicht, „Es ist keine Zeit zum Essen, wir leben von Keksen und Kaffee“, sagt Gemsa. Aber selbst dieses kleine Ver­gnü­gen ist begrenzt: „Wir haben keine Toilette an Bord und müssen beim Kaffee­trinken schon strategisch denken, dürfen vor Abflug nur eine Tasse trinken.“ Trotzdem liebt der Flugkapitän, der bereits über 7.000 Flug­stunden in vier ver­schie­denen For­schungs­flug­zeugen des DLR am Steuer­knüppel gesessen hat, seinen Job: „Das ist auf jedem Flug etwas Besonderes, auch wenn wir manchmal acht Stunden am Tag in der Luft sind.“

„Die Maschinen wurden über viele Jahre technologisch und sensorisch so weiterentwickelt, dass nur sie können, was sie können. Die wachsen stetig mit ihren Aufgaben, so etwas kann man nicht neu irgendwo bestellen.“

Steffen Gemsa, DLR-Forschungspilot

Genauso ungewöhnlich wie sein Beruf sind die Flugzeuge, in denen er ihn ausübt: „Alles Einzel­stücke, die kann man nicht ersetzen. Unsere Dornier 228 wurde 2014 auf den mo­dern­sten Standard umgerüstet, mit neuen Trieb­werken und Fünf­blatt-Pro­pel­lern“, erklärt Steffen Gemsa. „Die Ma­schi­nen wurden über viele Jahre tech­no­lo­gisch und sensorisch so wei­ter­ent­wick­elt, dass nur sie können, was sie können. Die wachsen stetig mit ihren Aufgaben, so etwas kann man nicht neu irgendwo be­stellen.“ For­schungs­flug­zeuge sind auch deshalb meistens alt, weil Neu­be­stel­lun­gen an den in der Wis­sen­schaft notorisch knap­pen Budgets scheitern würden: „Ein neues Flug­zeug kostet 30 bis 50 Millionen Euro, das kann sich die For­schung nicht leisten. Alle For­schungs­flug­zeuge sind auf 30 bis 40 Jahre Lebens­dauer aus­gelegt, die gehen mit uns in Rente“, lacht der gelernte Test­pilot. Mit seinen 43 Jahren gehört er allerdings genauso wenig zum alten Eisen wie seine 24-jährige Dornier.

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Hinter den Kulissen des DC-8-Forschungsflugzeugs der NASA

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1_Piloten

Wayne Ringelberg (links) und Dave Fedors (rechts) sind Forschungspiloten bei der NASA, stationiert am Armstrong Flight Research Center in Palmdale, Kalifornien. Sie fliegen sicherlich die ungewöhnlichsten ehemaligen Verkehrsflugzeuge weltweit, die heute der Forschung dienen: Die letzte DC-8 in der Passagierversion, gebaut 1969, und eine Boeing 747SP, Baujahr 1977 und ehemals bei Pan Am im Einsatz, die heute als fliegendes Observatorium SOFIA von DLR und NASA gemeinsam betrieben wird.

2_Steuerknueppel

Am Steuerknüppel des Piloten in der DC-8 der NASA zeigt sich, dass dieses Flugzeug schon viel hinter sich hat. Seit 1969 ist es rund 54.000 Stunden geflogen, 300 bis 400 weitere Stunden kommen auf Forschungsmissionen jedes Jahr dazu. Mindestens zehn Jahre, so hofft die US-Weltraumbehörde, kann der Veteran noch in der Luft bleiben. Außer einem modernen Flight Management System entspricht das Cockpit weitgehend dem Zustand der späten 1960er Jahre.

3_Typenschild

Die heute von der NASA als Forschungsplattform betriebene DC-8-72 hat eine lange Geschichte, wie auch die Typenplakette im Cockpit zeigt. Produziert wurde sie von McDonnell Douglas in Long Beach/Kalifornien im Jahr 1969 als DC-8-60 und am 14. Mai 1969 an Alitalia geliefert. Dort flog sie bis 1979 unter dem Taufnamen „Giacomo Puccini“, bevor sie vom neuen Eigentümer Braniff International Airways aus Dallas/Texas übernommen wurde, wo sie bis 1982 im Einsatz war. Erst 1986 wurde sie von der NASA für ihr Airborne Science Program übernommen und mit modernen, leiseren CFM56-Triebwerken ausgerüstet.

4_Kommandostand

Das Cockpit der Piloten ist in der NASA-DC-8 nicht der einzige Kommandostand. In der Kabine gibt es gleich zwei weitere Befehlsstände: Einer für den Navigator und der andere, hier im Bild, als „Mission Control“ für die an Bord durchzuführenden wissenschaftlichen Experimente und deren Koordination mit den Piloten.

5_Luke

Im hinteren Teil der Kabine der NASA-DC-8 lässt sich durch eine Luke der darunter gelegene Frachtraum des Flugzeugs auch während des Fluges betreten, wie Kapitän Wayne Ringelberg hier demonstriert. Dort befinden sich je nach Mission oft wissenschaftliche Geräte.

6_Frachtraum

Besondere „Fracht“ trägt die DC-8 unter der Kabine, wie der wissenschaftliche Leiter hier demonstriert: Unter der silbernen Abdeckung verbirgt sich ein Laser mit einer Wellenlänge von zwei Mikron (0,002 Millimeter), der für zehn Millionen US-Dollar eigens für die spätere Nutzung auf der Weltraumstation ISS entwickelt wurde und vorab im Forschungsflugzeug erprobt wird. Unter anderem mit der Messung von Staub in der Luft.

7_Messsonde

Eine Besonderheit der DC-8 ist die Möglichkeit zum Abwurf von Messsonden während des Fluges durch eine Druckschleuse. Die kleinen Kunststoffsonden sind innen mit Styropor gepolstert und enthalten ein GPS sowie Messfühler für Luft- und Bodentemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck. Gemessen wird während ihrer jeweils sieben bis zwölfminütigen Flugdauer. Eine einzige Sonde kostet 1.000 US-Dollar, während der Forschungskampagne auf Island standen hundert davon bereit.

8_Schacht

Durch diesen ungewöhnlichen Schacht außen am Flugzeug gelangen die Mess-Sonden aus der Kabine durch die rohrartige Druckschleuse ins Freie. Oft werden während einer Kampagne alle 30 Minuten Sonden abgeworfen.

Die einzige noch fliegende Passagier-DC-8 fliegt im Dienst der NASA

Aber der wirkliche Hin­gucker in Island ist ganz klar die einzige DC-8 der Welt, die noch in der Pas­sa­gier­ver­sion unterwegs ist – und mit ihren 46 Jahren älter als DLR-Pilot Gemsa. Erstaunlich geräuscharm, fast leise ist der große vier­strahlige Vogel, sogar beim Start. Das ist vor allem den moderneren CFM56-Trieb­werken zu verdanken, die unter die leise Lärm­kategorie III fallen. Die damalige DC-8-62 wurde 1986 mit diesen Motoren nachgerüstet, die die vorherigen, sehr viel schril­leren Pratt & Whitney JT3D Turbo­fans ersetzten und dem Vier­strahler die Serien-Bezeichnung -72 ver­schafften. Das Flugzeug mit der Pro­duk­tions­num­mer 458 wurde als DC-8-60 vom Werk in Long Beach, Kalifornien, im Mai 1969 an Alitalia ge­lief­ert. 1979 wechselte sie den Besitzer und flog bis 1982 für die in Dallas be­hei­ma­tete US-Ge­sell­schaft Braniff Inter­national Airways. Damit endete ihr Dasein im Pas­sa­gier­ver­kehr, die NASA über­nahm sie im Februar 1986 mit etwa 40.000 Flug­stunden als For­schungs­flug­zeug. Es dauerte zwei Jahre, sie ent­sprech­end um­zu­rüs­ten, aber dann war die DC-8 die ideale Plattform für alle Arten von wissen­schaftlichen Missionen ganz unter­schied­licher Disziplinen. Stationiert ist sie im Armstrong Flight Research Center der NASA innerhalb der Edwards Air Force Base in Palmdale, Süd­kali­for­nien.

Die DC-8-72 ist ein sehr wirt­schaft­liches Flug­gerät für lange For­schungs­missionen, das es den Wis­sen­schaft­lern ermöglicht, nonstop für elf oder sogar 14 Stunden zu fliegen, zu ent­le­gen­en Re­gionen der Erde wie etwa von Punta Arenas in Chile in die Antarktis und zurück. „Die DC-8 ist ein sehr solide gebautes, robustes Flugzeug mit einer Kon­struk­tions­phi­lo­so­phie aus den 1960er Jahren, die die härtesten An­for­der­ungen besteht und überall auf der Welt einsetzbar ist“, sagt NASA-For­schungs­pilot Wayne Ringelberg. Die Festig­keit des Rumpfes ist vor allem wichtig für den Einbau wissen­schaft­licher In­stru­men­te, die es nötig machten, ver­schie­dene Öff­nungen in die Außen­haut zu schnei­den oder Fenster durch Platten zu ersetzen, auf denen ganze Sammlungen von Sen­so­ren angebracht sind. „In diese älteren Flug­zeug­kon­struk­tio­nen ist eine Menge Spiel­raum eingebaut, die es in mo­der­ner­en Typen nicht gibt“, betont Ringelberg. „Als Vier­strahler liegt der Haupt­vorteil der DC-8 vor allem in ihrer Re­dun­danz auf langen Flü­gen.“ Um die Emis­si­on­en von Bio­treib­stoff zu messen, musste die NASA-DC-8 kürz­lich in die Kon­dens­strei­fen der DLR-Falcon ein­fliegen, „da mussten wir recht lang­sam sein, aber so hoch steigen wie wir konnten“, erinnert sich Ringelberg.

Die fliegenden Forscher von NASA und DLR am Flughafen Keflavik.

Die fliegenden Forscher von NASA und DLR am Flughafen Keflavik.

Die fliegenden Forscher von NASA und DLR am Flughafen Keflavik.

1-Start

Die McDonnell Douglas DC-8 (hinten) und eine Gulf­stream der NASA warten auf ihren Einsatz bei der Erpro­bung neuer Techniken zur Wind- und Eisdicken­messung.

1-Start

Die McDonnell Douglas DC-8 (hinten) und eine Gulf­stream der NASA warten auf ihren Einsatz bei der Erpro­bung neuer Techniken zur Wind- und Eisdicken­messung.

2-Sonde

Messvorrichtung am Flügel der NASA-DC-8.

2-Sonde

Messvorrichtung am Flügel der NASA-DC-8.

„Wir machen drei bis sechs Kampagnen im Jahr, dabei dauert es allein zwei bis drei Wochen, die Instrumente einzubauen und zu kalibrieren, manchmal länger als die eigentliche Flugmission.“

Wayne Ringelberg, NASA-Forschungspilot

Üblicherweise sitzen drei Mann im Cockpit, die Piloten und der Flug­ingenieur, während der Navigator vorn in der Kabine seinen Arbeitsplatz hat, unweit von zwei Mis­si­ons­ma­na­gern, die die wissenschaftliche Arbeit an Bord ko­or­di­nier­en. Außer­dem sind zwei Si­cher­heits­tech­ni­ker dabei, die das Funkt­ionieren der Mess­ins­tr­umen­te überwachen und in Notfällen Hilfes­tellung leisten. Damit befinden sich üblicher­weise acht Mann NASA-Personal an Bord. Hinzu kommen zwei bis drei Wissen­­schaft­ler je in­stal­lier­tem In­stru­ment, womit dann etwa 25 Leute in der sehr ge­räum­igen Kabine arbeiten, die in ihrem früheren Leben für bis zu 175 Passagiere ausgelegt war. Heute stehen hier nur breite, frühere First Class-Sitze, meist von Instrumenten umgeben. Sehr auffällig sind die rie­si­gen, recht­eckigen Fenster der DC-8, die die heut­igen als groß an­ge­prie­sen­en Fenster einer Boeing 787 oder Airbus A350 in einem anderen Licht erscheinen lassen. Und natürlich fällt das analoge Cockpit auf, mit seinen vielen Uhren und Zeigern auf den In­stru­men­ten­panels der Piloten und des Flug­ingenieurs. „Wir haben bei der Avionik ein modernes Flight Manage­ment System, aber der Auto­pilot ist original“, sagt Wayne Ringelberg.

Insgesamt verbringt die NASA DC-8 jedes Jahr 300 bis 400 Stunden in der Luft. „Wir machen drei bis sechs Kampagnen im Jahr, dabei dauert es allein zwei bis drei Wochen, die In­stru­men­te einzubauen und zu kalibrieren, manch­mal länger als die ei­gent­liche Flug­mission“, erklärt Ringelberg. Be­son­ders eine spezielle Ei­gen­schaft der DC-8 schätzen die Wis­sen­schaft­ler: die Mög­lich­keit, Mess­sonden direkt aus der Kabine durch ein Rohr ab­zu­wer­fen. Der un­ver­wüst­liche Rumpf der DC-8 kennt kein Limit an Flug­stunden, bisher hat dieses Flug­zeug etwa 54.000 ab­solviert. „Wir erwarten, sie noch mind­estens ein Jahr­zehnt zu fliegen“, sagt der NASA-For­schungs­pilot. Aber dann wird irgend­wann der Zeit­punkt kommen, an dem es zu schwie­rig wird, Ersatz­teile aus aus­ge­schlach­teten Flug­zeugen zu bekommen. Als Dino­saurier will Wayne Ringelberg seine DC-8 noch nicht be­zeich­nen, ist sie doch nur drei Jahre jünger als er selbst: „Das hat so einen negativen Bei­ge­schmack, ich sehe sie lieber wie einen gut ge­pfleg­ten Auto-Oldtimer.“

Die „All­zweck­waffe“ des DLR eine A320 auf For­schungs­mission

1_D-ATRA

D-ATRA Das größte Forschungsflugzeug der DLR-Flotte.

1_D-ATRA

D-ATRA Das größte Forschungsflugzeug der DLR-Flotte.

Die Airbus A320 mit der Serien­nummer 659 ist kein ganz neues Flug­zeug mehr, wie die meisten Flug­geräte im Dienste der Wissen­schaft. Im Januar 1997 fand ihr Erstflug statt, an­schließ­end folgten fast zehn Jahre Einsatz auf Pas­sa­gier­flü­gen, bei Aero Lloyd, Niki und Blue Wings. Doch seit Ende 2008 fliegt die A320 als Flug­ver­suchs­platt­form für das DLR in Braun­schweig. Die A320 ist mit zwei Trieb­werken des Typs In­ter­national Aero Engines V2500 ausgestattet, an deren Ent­wicklung und Bau die MTU Aero Engines beteiligt ist. Das Ad­vanced Tech­nology Research Aircraft, das mit pas­sen­dem Kenn­zeichen D-ATRA fliegt, ist das größte unter den DLR-For­schungs­flug­zeu­gen. Die Flotte aus einem Dutzend Flug­zeug­en und Hub­schrau­bern ist der größte zivile Flug­geräte-Park für For­schungs­zwecke in Europa. Die D-ATRA hat viel­fältige Ver­suchs­reihen zu sehr un­ter­schied­lich­en For­schungs­be­reich­en absolviert, etwa in der Wir­bel­schlep­pen­for­schung und der Hoch­auf­triebs­for­schung. Für letztere verfügt die A320 über ein spe­ziel­les, leis­tungs­fähiges und Lärm re­du­zier­endes Lan­de­klap­pen­kon­zept. Auch un­ge­wöhn­liche Auf­träge gehören zum Auf­ga­ben­feld, etwa mit dem Ziel, bei Über­fliegen eines Flug­platzes in nur 15 Metern Höhe möglichst viele Insekten am Rumpf zu sammeln – Bestandteil der For­schung an künftigen ultraglatten High­tech-Trag­flächen.

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