"Hubschrauber, die nach Instrumenten fliegen? Da ist etwas falsch! Da geh' ich doch gleich auf Fläche!" Zugegeben, dieser Spruch ist schon ein paar Jahre alt, aber in ihm steckt sicher ein Fünkchen (oder Funken?) Wahrheit: Alles zeigen, was er kann, seine Fähigkeiten voll ausschöpfen, das kann der Hubschrauber viel besser im Sichtflug - unter diesen Bedingungen ist er in seinem Element!
Demnach ist Blindflug für den Hubschrauber eigentlich etwas Artfremdes. Doch, was sollte man tun, außer am Boden zu bleiben?

Bei Nacht und Nebel, wenn Vögel zu Fuß gehen

HeliRadar!

Die Fähigkeit des Hubschraubers, unabhängig von Flugplätzen quasi überall zu landen, ist auch gleichzeitig eine seiner größten Einschränkungen. Wenn das Wetter einen kontrollierten Sichtflug nicht mehr zuläßt, ist diese Fähigkeit dahin. Für den IFR-Flug (Flug nach Instrumentenregeln unter Kontrolle der Flugsicherung) haben entsprechend ausgerüstete Hubschrauber dann nur noch die Möglichkeit - wie ein Flächenflugzeug - Flugplätze mit Instrumenten-Landesystemen anzusteuern.  
Der Cloud-Break, die Möglichkeit, aus dem Instrumentenanflug in den Sichtflug überzugehen, ist gerade im Ambulanz-Flug eine oft genutzte Möglichkeit, die aber erstens nicht immer funktioniert und zweitens beim Weiterflug nach VFR (Sichtflug), die bekannten Probleme mit sich bringt. Durch Restlicht-Verstärkerbrillen (BIF) versuchen Militär und Polizeiflugdienst (ROTORBLATT 4/95) den Nacht(tief)flug sicherer und effektiver zu machen. Eine Schlechtwetterhilfe sind diese Brillen aber nicht.  
Wollte man also die Fähigkeiten des Hubschraubers bei Nacht und bei schlechtem Wetter voll ausnutzen, so hätte es schon der Fähigkeiten eines "Superman" bedurft, der Nebel, Wolken und Niederschläge mit seinen Röntgenblick durchdringen kann. Träumereien aus einem Sciencefiction-Film, bar jeglicher Realität?  

Gegen alle Widerstände

Am 8. Dezember 1995 wurde Dr. Ing. Helmut Klausing in der Münchner Residenz vom Bundesminister für Bildung und Wissenschaft, Forschung und Technologie, Dr. Jürgen Rüttgers, der Karl Heinz Beckurts-Preis 1995 verliehen. Der Preis wird für herausragende wissenschaftlich-technische Leistungen vergeben, von denen Impulse für industrielle Innovationen ausgehen oder zu erwarten sind.
Dr. Klausing erhielt den Preis für seine wegweisenden Arbeiten bei der Entwicklung eines hochauflösenden Radar-Systems für Hubschrauber. Durch seine Forschungen, die er 1985 begann, wurde ein Lösungsweg für den Allwetter-Einsatz von Hubschraubern aufgezeigt. Bis 1989 forschte der junge Wissenschaftler im Rahmen einer Industriepatenschaft zwischen Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) und der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Institut für Hochfrequenztechnik in Ober-pfaffenhofen. Die Arbeit wurde im Frühjahr 1989 mit einer Dissertation an der Universität Karlsruhe abgeschlossen und 1990 mit dem Wissenschaftspreis der Informationstechnischen Gesellschaft ausgezeichnet.
Wesentlich für die Preisverleihung im Jahr 1995 war, daß Klausing die Entwicklung des neuen Radarverfahrens von 1989 bis 1991, gegen alle Widerstände, aus der eigenen Tasche finanzierte. Für dieses entschlossene und mutige Engagement wurde er schließlich mit diesem hochangesehenen Preis belohnt.
Klausing über die schwierige Entwicklungszeit: "Meine Arbeit wäre bereits in einer frühen Phase gescheitert, hätte ich nicht von Beginn an Unterstützung durch den Leitenden Polizeidirektor Praus vom Bundesgrenzschutz erhalten. Herr Praus hat durch seinen persönlichen Einsatz wesentlich zum Erfolg meines Radarprojektes beigetragen."  

Industrie steigt ein

1991 wurde die Erfindung von der Firma Eurocopter Deutschland aufgegriffen. Unter dem Namen HeliRadar starteten Eurocopter Deutschland und die Daimler-Benz Aerospace AG ein eigenfinanziertes Entwicklungsprogramm. Unter der Projektleitung von Dr. Kreitmair-Steck wurde das Verfahren intensiv weiterentwickelt und erstmals die Machbarkeit des Systems nachgewiesen.  
Das heißt, der Hubschrauber kann nun mit einem wirksamen Sensor ausgestattet werden, der Einsätze auch bei sehr schlechten Sichtbedingungen möglich macht. "Die bisherigen Ergebnisse geben zu großen Hoffnungen Anlaß. Bei aller gebotenen Zurückhaltung läßt sich schon jetzt sagen, daß HeliRadar eine neue ?ra für den Hubschrauber eröffnen kann", so Kreitmair-Steck, der zusammen mit Klausing die Patentrechte an diesem Projekt besitzt.
Etwa jeder vierte Hubschraubereinsatz, so die Statistiker, fällt heute wegen mangelnder Sichtbedingungen bei ungünstigen Wetterlagen aus. Während diese Einschränkung bei einem kommerziellen Hubschrauberbetrieb "nur" finanzielle Verluste nach sich zieht, nehmen sie besorgniserregende Formen an, wenn Menschenleben auf dem Spiel stehen. Massenunfälle auf Autobahnen entstehen überwiegend bei Nebel. Der Rettungshubschrauber mit heutiger Einrichtung hat keine Chance, an den Unfallort heranzukommen. Ein einziger Nebelunfall auf der Autobahn Bordeaux-Paris forderte 17 Tote und 49 Schwerverletzte. An diesem Tag mußten die Rettungshubschrauber in ihren Stationen bleiben, weil die Sichtweiten unter den erlaubten Grenzwerten lagen.

Neue Dimension für den Einsatz

Bei einer - heute noch nicht gegebenen - operationellen Einsatzfähigkeit von Hubschraubern unter allen Wetterbedingungen bei Tag und Nacht würden u.a. die folgenden Verbesserungen im Vergleich zu den heutigen Einsatzmöglichkeiten erreicht:  

• die Erhöhung der Flugsicherheit, insbesondere bei raschen lokalen Wetteränderungen und/oder bei Dämmerung und bei Nacht;  
• eine vollständige und lückenlose Wahrnehmung hoheitlicher Aufgaben;  
• die Durchführung taktischer und logistischer Aufgaben zum optimalen Zeitpunkt;  
• Rettungseinsätze zu allen Tageszeiten und bei allen Wetterbedingungen.  

Darüber hinaus wäre eine Steigerung der wirtschaftlichen Effizienz des Transportmittels Hubschrauber möglich, die jedoch beim Überwiegen wirtschaftlicher Aspekte im Einzelfall den zusätzlichen Kosten für die erforderliche Allwetter-Sensorik gegenübergestellt werden müßte.  
Die dargestellten Vorteile bei der Wahrnehmung hoheitlicher, militärischer und humanitärer Aufgaben sind jedoch bereits so gravierend, daß die operationelle Einsatzfähigkeit unter allen Wetterbedingungen bei Tag und bei Nacht als eine wichtige Eigenschaft des zukünftigen wetterunabhängigen Hubschraubers gesehen werden muß.

Funktionsprinzip

Das Radar mit synthetischer Apertur - die Entwickler haben sich dafür die Abkürzung "SAR" (Synthetic Aperture Radar) ausgedacht, ein Begriff, der international im Rettungsdienst mit SEARCH AND RESCUE in dieser Abkürzung schon verwandt wird - ist eine Technik aus den Fünfziger Jahren, die seit etwa zwei Jahrzehnten in Aufklärungssatelliten und Aufklärungsflugzeugen angewandt wird. "SAR" liefert hochwertige Bodenbilder. Die sehr gute Auflösung wird auch durch widrige Witterungsverhältnisse nicht beeinträchtigt.

 Die Lösung des Problems für den Hubschrauber war so einfach wie genial: Ein simples "RO" vor dem "SAR" ergab das System ROSAR (Rotating Antennas Synthetic Aperture Radar). Das Prinzip: die ständige Bewegung des Hauptrotors ausnutzen. Die Antennen waren demnach an den Rotorblattenden zu integrieren. Dieser grundsätzlich richtige Ansatz von Dr. Klausing konnte sich aber in der Praxis nicht durchsetzen, da die Vertikalbewegung der Rotorblätter nur sehr schwer zu kompensieren war.
Bei Eurocopter löste man das Problem der Instabilität mit der Positionierung der Antenne auf einem Drehkreuz oberhalb des Hauptrotors. Das HeliRadar war geboren.

Die von einem zentralen Hochfrequenzgenerator erzeugten Radarsignale werden über Hohlleiter in die Antenne eingespeist. Die Empfangsmodule sitzen unmittelbar hinter den Antennenelementen. Von hier aus werden die modulierten Empfangssignale durch die Rotorwelle hindurch in den Hubschrauber übertragen, wo ein Hochleistungsrechner die einlaufenden Signale in ein Radarbild umsetzt, das in Echtzeit auf einem Display angezeigt wird.

"Super-Computer"

Die anspruchsvolle Aufgabe läßt sich laut Dr. Wolfgang Kreitmair Steck nur durch den Einsatz modernster Technologien - Rechner mit 10-Milliarden Operationen pro Sekunde! - bewältigen.  "Diese Rechenleistung, für die man bis vor wenigen Jahren noch Großrechner in klimatisierten Sälen vorhalten mußte, läßt sich heute im Format eines Pilotenkoffers realisieren", so Dr. Günter Braun von der DASA-Dornier Satelliten GmbH, die in Zusammenarbeit mit der Firma PERIMOS aus Ulm für diese Systeme verantwortlich zeichnet.

Anbringung des HeliRadar-Drehkreuzes

Vier Antennenarme, die wiederum mit je acht kleinen Antennen bestückt sind, tasten gemäß dem ROSAR-Prinzip mit einem FM-CW-Radarsignal die Umgebung ab. Der abgetastete Winkelbereich beträgt 40° in Elevation und 70° in Azimuth. Die Sende-/ Empfangseinheit des Geräts befindet sich im Mittelpunkt der Antennenarme direkt oberhalb des Rotorkopfs. Von dort werden Zwischenfrequenzsignale durch die Rotorwelle in die Hubschrauberkabine geleitet, dort in digitale Signale umgewandelt und vom HeliRadar-Computer und dem nachgeschalteten Bildverarbeitungscomputer für die Darstellung auf dem Breitformat-Bildschirm im Cockpit aufbereitet.

Besser als das Auge?

Das "Ei des Columbus"? lag also in der Nutzung der Rotordrehung. Durch die synchrone Anordnung der Antennen war man nun in der Lage, dahin zu schauen, wo man beim Fliegen in der Regel hinguckt: nach vorne! Ein weiterer Vorteil von HeliRadar: Die "Blickrichtung" des "SAR"-Systems kann vom Piloten frei gewählt werden, im Hubschrauberbetrieb eine sehr nützliche Eigenschaft.
Optionale Bestandteile des Systems können digitale Karten sein, die selektiv abgerufen werden können. Straßenkarten und kleine, mobile Bodensender in Fahrzeugen von Polizei und Rettungsdiensten in Verbindung mit GPS können das System sinnvoll ergänzen.
Die Einblendung weiterer Flugführungsinformationen wie künstlicher Horizont, Entfernungslinien, die farbige Markierung vorhandener Hindernisse und anderer Informationen ist vorgesehen und kann Kundenwünschen angepaßt werden. Ebenso ist die Bilddarstellung auf einem Helmdisplay oder einem Headup-Display möglich.
Das HeliRadar kommt im Grunde ohne diese Hilfen aus. Das muß man sich immer wieder vor Augen halten, denn, folgt man der Argumentation, dann fliegt man mit HeliRadar nach Sicht. Doch auch bei bestem Wetter geben moderne Navigationssysteme mehr Sicherheit und helfen gleichzeitig, sich auf wesentliche Dinge zu konzentrieren.
Es ist aber nicht nur die Möglichkeit die fasziniert, den Hubschrauber nun auch bei schlechtesten Sichtbedingungen einzusetzen zu können, sondern auch die Gewißheit, daß durch frühzeitige Hinderniserkennung Unfälle reduziert werden können. HeliRadar kann einen zentimeterdicken Draht in 2,2 km Entfernung ausmachen!

Technische Daten

• Die Leistungsfähigkeit von HeliRadar ergibt sich aus der derzeit aktuellen, seit 1994 unveränderten Systemauslegung und einer Range-Auflösung von 1.5 m. Auf Kosten der Range-Auflösung kann die Reichweite des Systems mit einfachen Mitteln (Bandbreitenumschaltung) noch weiter erhöht werden.  
• Bilddarstellung mit 70° x 40°  
• Bildauflösung in Azimuth 0.2°, in Range 1.5 m (ggf. in Elevation bis zu 2.5°)  
• Implizite Hinderniswarnung  
• Blickrichtung über 360° wählbar  
• Drahterkennung, Durchmesser 10 mm, bei Nebel bis 2,2 km Entfernung, in schwerem Niederschlag bis 1,3 km.  
• Winkelauflösung unter 0,2°, das ist eine Unterscheidungsgenauigkeit von etwa einem Meter in einer Entfernung von 300 m.  

Militärischer Einsatz

Grundsätzlich muß man im fliegerischen Einsatz über gegnerischem Gelände mit eigenen Quellen, die Energie abstrahlen, sehr restriktiv und selektiv umgehen. Am besten gar nicht "strahlen". Jeder Sender, der erkannt wird, ist auch gleichzeitig ein Ziel. Aufwendige technische Verfahren wurden in der Elektronischen Kampfführung (EloKa) konzipiert, um diese Risiken zu minimieren.

Während das abgestrahlte Signal in der angegebenen Entdeckbarkeitsentfernung im thermischen Rauschen verschwindet, können vom HeliRadar durch den Einsatz des Echtzeit-Prozessors noch Echos weit unterhalb der Rauschgrenze zur Informationsgewinnung genutzt werden. Dieses spezielle Verfahren, so sagen die Entwickler, führe letztlich dazu, daß HeliRadar-Systeme noch deutlich schwerer entdeckbar sein werden als Lasar-Radar-Systeme und sogar Infrarot-Geräte.  
Aus etwa 1.000 "Momentaufnahmen", die innerhalb von 40 Millisekunden erfolgen, gewinnt HeliRadar seine Informationen und das nicht nur im allernächsten Umfeld, sondern auch in Entfernungen, die für eine Zielansprache und Bekämpfung geeignet sind.  
Bei Nebel erkennt das System Fahrzeuge und Anlagen bis zu 9,2 km Entfernung. Die Entdeckbarkeit der Radarsignale, so die Entwickler, ist aber nur bis zu einer Entfernung von 4,7 km möglich. Bei dieser theoretischen Entdeckbarkeits-Wahrscheaneefall oder schwerem Regen.

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