Der Drohnenbereich ist der weltweit am dynamischsten wachsende Sektor in der Luftfahrtindustrie, wie in einer Studie 2014 des Marktforschungsunternehmens Teal Group festgestellt wurde. Nach Schätzung werden sich die Ausgaben für die Drohnenindustrie in den nächsten zehn Jahren nahezu verdoppeln, von gegenwärtig weltweit 6,4 Mrd. US-Dollar jährlich an laufenden Ausgaben auf 11,5 Mrd. US-Dollar im Jahr 2020.
Im Hinblick auf die Marktsegmentierung schätzt die Studie, dass auf dem Markt für Drohnen und unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) heute ein Anteil von 89 % auf militärische Drohnen und von 11 % auf zivil genutzte Drohnen entfällt. Es wird erwartet, dass sich diese Prozentanteile bis 2020 hin zu 86 % für militärische Drohnen und zu 14 % für zivil genutzte Drohnen verschieben. Mit fallenden Preisen für Drohnen für die kommerzielle und private Nutzung werden mehr zivile Anwendungen rentabel. Modelle für Hobbynutzer sind heute bereits für nur 100 USD erhältlich. Drohnen mit vier Rotoren, die für die kommerzielle Nutzung ausgelegt und mit einer HD-Videokamera ausgestattet sind, können für ca. 1.000 USD erworben werden. Komplexere kommerzielle Drohnen können deutlich teurer sein. Ihre wachsende Beliebtheit ist in erster Linie auf einen sehr günstigen Kostenvergleich im Hinblick auf den Einsatz bemannter Starrflügelflugzeuge für dieselben Aufgaben zurückzuführen.
Immobilien- und Bauunternehmen setzen Drohnen bereits für die Landvermessung und für Luftaufnahmen ein. Energieunternehmen, die häufig eine führende Rolle bei den Innovationen haben, setzen sie für Erkundung, Kartierung, Dokumentation und Vor-Ort-Besichtigung ein. In den meisten kommerziellen Anwendungen ist heute eine hochauflösende Kamera die Schlüsselkomponente der Drohne. Andere Systeme sind einfach ein Mittel, um die Kamera in die Höhe zu bringen und sie mobil zu machen.
Jedes Unternehmen mit Anlagen, die geografisch verstreut liegen und bis hin in weitgehend unbewohnte Gebiete reichen, beispielsweise Versorgungsunternehmen, Bauernhöfe, Viehzüchter und Telekommunikationsgesellschaften, kann Drohnen für die Inspektion, Überwachung, Bestandskontrolle und Anwendungen wie der Schädlingsbekämpfung einsetzen. Andere Märkte sind die Strafverfolgung, Suche und Rettung sowie leichte Frachttransporte in unzugängliche Gebiete.
Auch wenn die Begriffe Drohne und unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) im Allgemeinen austauschbar verwendet werden, kann insoweit eine Unterscheidung getroffen werden, als ein UAV fähig ist, autonom zu fliegen, während eine Drohne durch einen Piloten am Boden gesteuert wird.
Design kommerzieller Drohnen
Im Gegensatz zu militärischen Anwendungen, bei denen die Drohne in den meisten Fälle ein Starrflügelflugzeug ist, das von einer Startbahn aus startet, mit hochoktanigem Flugbenzin fliegt und große Entfernungen überwinden kann, haben Drohnen für die kommerzielle und private Nutzung meist ein hubschrauberähnliches Design und sind batteriebetrieben. Mehrere Rotoren (häufig ein 4- oder 5-Rotor-System) schaffen einen leistungsstarkes Antriebssystem, für das keine Start- oder Landebahn benötigt wird. Ein weiterer Vorteil der für militärische Anwendungen gebauten Drohnen besteht darin, dass die gleichen Rotoren als Subsystem für die Flugsteuerung genutzt werden. Die Rotoren können gekippt werden, um das Fluggerät in drei Dimensionen zu steuern.
Aus technischer Sicht sind Drohnen komplexe System mit mehreren einsatzkritisch ineinandergreifenden Teilsystemen, u. a.:
• Antrieb: Propeller, Elektromotoren usw.
• Navigation und Steuerung: Flugsteuerungen, GPS, Gyroskope, Höhenmesser und einsatzspezifische Sensoren.
• Antriebskraft: Heute in der Regel Batterien und Ladesysteme, auch wenn in diesem wichtigen Bereich viel Raum für Innovation vorhanden ist. Beispielsweise werden Wankelmotoren getestet, weil sie niedrige Schwingungen aufweisen.
• Kommunikation: zwischen Teilsystemen und Boden-Luft. In den meisten Fällen wird die Drohne von einem menschlichen Piloten ferngesteuert. Autonome UAVs für den kommerziellen Einsatz werden aktiv entwickelt.
• Nutzlast: Kameras, Videospeicher, Fracht oder Verbrauchsfracht, beispielsweise Pestizide zur Schädlingsbekämpfung.
• Gehäuse: Fahrwerk und andere Strukturkomponenten.
• Software: Spielt eine Schlüsselrolle in den meisten Hardware-Teilsystemen.
Open Source
Der jüngste Schub der Aktivitäten bei kommerziell genutzten Drohnen kommt zu einem Zeitpunkt, an dem die Open-Source-Gemeinschaft ebenso an Bedeutung zunimmt. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass in das Drohnen-Design deutlich weniger proprietäre Betriebssysteme, Anwendungssoftware und auch Hardware einfließen.
Vor etwa einem Jahr startete beispielsweise die Linux Foundation, in enger Partnerschaft mit führenden Technologieunternehmen, das Open-Source-Projekt Dronecode. Ziel dieses Projekts ist es, eine neutrale Führungsstruktur bereitzustellen und Finanzmittel für die Ressourcen und Tools zu koordinieren, die die Gemeinschaft braucht.
Zu den Gründungsmitgliedern gehören Fortune-500-Unternehmen wie Intel und Qualcomm, aber beherrschend im Mitgliederkreis sind Robotikspezialisten wie 3D Robotics, jDrones, Laser Navigation, SkyWard, Squadrone Systems, Walkera und Yuneec. Zu Dronecode gehören die UAV-Softwareplattform APM/ArduPilot und der zugehörige Code, der bis 2014 von 3D Robotics gepflegt wurde. Über 1200 Entwickler arbeiten an Dronecode, mit bei einigen Projekten über 150 Code-Commits pro Tag. Beispiele für Projekte sind APM/ArduPilot, Mission Planner, MAVLink und DroidPlanner.
„Open-Source-Software und gemeinschaftliche Entwicklung bringen die Technologie in den heißesten Bereichen der Spitzenforschung voran“, betonte Jim Zemlin, Executive Director der Linux Foundation. „Das Dronecode-Projekt ist ein perfektes Beispiel dafür. Als Zusammenarbeitsprojekt der Linux Foundation bekommt die Dronecode-Gemeinschaft die Unterstützung, die für ein enormes Projekt genau im Moment seines Durchbruchs nötig ist. Das Ergebnis werden noch mehr Innovation und eine gemeinsame Plattform für Open-Source-Projekte im Bereich Drohnen und Robotik sein.“
Test
Drohnen sind mit vielen technischen Herausforderungen verbunden, aber der Test ist eine Herausforderung, die das Entwicklungsbudget eines Projekts sprengen und zu Verzögerungen bei der Markteinführung führen kann. Tests sind normalerweise notwendig, um sicherzustellen, dass die Drohne sicher fliegen und ihre Aufgabe mit hoher Zuverlässigkeit erfüllen kann. Üblicherweise werden für die meisten Produkte ausgedehnte Feldtests verwendet, um diese Ziele zu erreichen. Bei Drohnen stellt dies eine gewaltige Aufgabe dar, da die Bedingungen einer bestimmten Umgebung möglicherweise nicht wiederholbar sind. Testingenieure müssen den Bereich der Betriebsumgebungen ermitteln und häufig reisen, um Feldtests durchzuführen.
Nachdem sie geeignete Testumgebungen ermittelt haben, müssen Testingenieure außerdem die örtlichen Rechtsvorschriften einbeziehen, was den Prozess zusätzlich erschwert. Feldtests können zwar nicht völlig eliminiert werden, aber es hat sich herausgestellt, dass ein beträchtlicher Teil davon im Labor durchgeführt werden kann. Testunternehmen, die mit der Simulation von Testumgebungen im Labor im Hinblick auf die Genehmigung und Abnahme von Mobilfunktechnik vertraut sind, setzen ihre fachliche Kompetenz ein, um simulierte Labortests für Drohnen zu entwickeln.
Die RF-Umgebung ist ebenso wichtig wie die physische Umgebung, da sie Auswirkungen auf die Boden-Luft-Kommunikation hat. Tests mit einem Kanalemulator ermöglichen es Technikern, eine kontrollierbare Funknetzumgebung zu schaffen, die der Verbindung zwischen dem Funk-Controller und der Drohne entspricht. Zu den prüfbaren Parametern gehören Mehrwege-Fading, Drohnengeschwindigkeit, Mobilitätspfad, Topografie und andere Umgebungsfaktoren.
Fazit
Drohnen sorgen auf dem kommerziellen Markt für Wirbel, weil sie Informationen sammeln – und leichte Ladung liefern – können, und dies zu geringeren Kosten und sicherer als bemannte Luftfahrzeuge. Während Videoübertragungen und Fotografie heute den Kern der Drohnenanwendungen darstellen, ist es nicht schwer, sich Anwendungen vorzustellen, bei denen Drohnen zur Versorgung isolierter Gemeinschaften mit Arzneimitteln oder Ersatzteilen für Geräte oder Fahrzeuge eingesetzt werden. Zwei signifikante technologische Entwicklungen sind in der Tat die Übernahme des Open-Source-Paradigmas in die noch im Entstehen begriffene Drohnentechnologie und die Nutzung der RF-Kanalemulation zur Vereinfachung von Boden-Luft-Kommunikationstests, damit der Umfang von Feldtests reduziert werden kann.