Fotografie der anderen Art
Der Krieg in der Ukraine hat die Entwicklung unbemannter Fluggeräte in einer Geschwindigkeit verändert, die in der zivilen Drohnenwelt kaum vorstellbar war. Neben staatlichen und industriellen Herstellern entstanden zahlreiche private Werkstätten, Freiwilligenprojekte und kleine Entwicklerteams.
Dabei wird häufig ein falsches Bild vermittelt: Man nehme eine bekannte FPV-Drohne, vergrößere den Rahmen, montiere größere Motoren und einen größeren Akku – fertig ist die Transportdrohne.
Drohne ist "nicht gleich" Drohne
Eine klassische 5-Zoll-FPV-Drohne ist primär auf ein sehr gutes Verhältnis aus Gewicht, Leistung, Agilität und Reaktionsgeschwindigkeit ausgelegt. Eine Drohne, die dagegen Nutzlast transportieren soll, verfolgt ein völlig anderes Entwicklungsziel.
Das betrifft insbesondere Frame, Motorisierung, Propeller, Akku, Stromversorgung, Flugzeit, Schwerpunkt und strukturelle Belastung.
FPV steht zunächst nur für First Person View – also die Steuerung des Fluggerätes anhand eines übertragenen Kamerabildes.
Die Bezeichnung sagt nichts darüber aus, wie groß oder schwer ein Fluggerät sein muss.
Im Hobbybereich sind 5-Zoll-Quadrocopter besonders verbreitet. Sie sind vergleichsweise leicht, reagieren sehr direkt auf Steuerbefehle und können mit modernen Brushless-Antrieben enorme Leistungsreserven bereitstellen.
Diese Eigenschaften sind für Racing und Freestyle hervorragend.
Bei einem Transportfluggerät können sie dagegen teilweise sogar zum Problem werden.
Eine Nutzlast verändert das komplette Flugverhalten.
Damit beginnt eine andere Form der Drohnenentwicklung. Die Lastverteilung wird zum zentralen Konstruktionsproblem
Bei einer kleinen FPV-Drohne befindet sich der Schwerpunkt normalerweise sehr nahe am geometrischen Zentrum des Frames.
Eine zusätzliche Nutzlast kann diesen Zustand erheblich verändern.
Bei einem Transportfluggerät muss deshalb nicht nur die Gesamtmasse betrachtet werden.
Eine schwere Batterie zentral im Frame verhält sich völlig anders als eine Batterie oder Nutzlast, die weit unterhalb oder außerhalb des Schwerpunktes montiert ist.
Das ist einer der Punkte, an denen die klassische Hobby-FPV-Denkweise an ihre Grenzen kommt.
Auch die Energieversorgung verändert sich mit zunehmender Größe.
Im FPV-Bereich sind unterschiedliche Batteriespannungen etabliert. Bei größeren Plattformen kann eine höhere Systemspannung interessant werden, weil für eine bestimmte elektrische Leistung bei höherer Spannung grundsätzlich weniger Strom benötigt wird.
Das ist einer der Gründe, weshalb 6S-LiPo-Systeme im leistungsorientierten FPV-Bereich eine wichtige Rolle spielen.
Die Spannung ist nur ein Teil des Gesamtsystems.
Motor, Propeller, Regler, Akku, Verkabelung und Flugsteuerung müssen zusammenpassen.
Steigt die geforderte Leistung, steigen gleichzeitig die Anforderungen an:
Eine leistungsfähige Drohne ist deshalb immer ein System, nicht die Summe besonders leistungsfähiger Einzelteile. Motoren sind bei Transportdrohnen nicht einfach „größere FPV-Motoren“
Bei einer typischen 5-Zoll-FPV-Drohne wird der Antrieb häufig auf ein hohes Leistungsgewicht und schnelle Reaktion optimiert.
Bei einem größeren Transportgerät verschiebt sich das Ziel.
Hier werden unter anderem folgende Größen wichtiger:
Ein Motor muss nicht nur kurzfristig viel Leistung liefern können. Er muss die erforderliche Last auch über einen relevanten Zeitraum sicher tragen können.
Das führt zu einer anderen Betrachtung des Antriebs.
Ein extrem leistungsfähiger Antrieb kann für eine kleine, agile FPV-Drohne sinnvoll sein. Für ein Transportfluggerät kann dagegen ein effizienter Antrieb mit größeren Propellern und entsprechender Drehzahlcharakteristik interessanter sein.
Er ist ein wesentlicher Bestandteil des Antriebssystems.
Große Propeller verändern das gesamte Fluggerät
Mit zunehmender Propellergröße verändert sich nicht nur der erzeugte Schub.
ändern sich.
Deshalb kann eine größere Transportdrohne nicht einfach nach dem Prinzip einer 5-Zoll-FPV-Drohne skaliert werden.
5 Zoll → 7 Zoll → 10 Zoll → noch größer
ist keine lineare Skalierung.
Die physikalischen Zusammenhänge verändern sich mit der Größe und Masse des Fluggerätes.
Besonders interessant ist der Unterschied zwischen einer FPV-Plattform und einem echten Transportfluggerät.
Eine Transportdrohne kann beispielsweise für zivile Aufgaben entwickelt werden:
Hier wird die Nutzlast nicht als Zusatz betrachtet, sondern als Bestandteil des Gesamtsystems.
Bei einer reinen Kameradrohne ist die Kamera ein relativ kleiner Teil der Gesamtmasse.
Bei einem Transportfluggerät kann die Nutzlast dagegen einen erheblichen Anteil der Gesamtmasse ausmachen.
Damit wird die Nutzlast zum konstruktiven Parameter.
Genau hier liegt der vielleicht wichtigste Unterschied zwischen Hobby-FPV und professionellen UAV-Systemen.
Beim Hobbyprojekt lautet die Frage häufig:
Bei einem professionellen Transport-UAV lautet die Frage eher:
Damit kommen weitere Themen hinzu:
Ein professionelles System muss Ausfälle anders behandeln als eine Freizeitdrohne.
Komponenten müssen schnell kontrollierbar und austauschbar sein.
Bei mehreren baugleichen Fluggeräten müssen Komponenten und Änderungen nachvollziehbar bleiben.
Ein funktionierender Prototyp bedeutet noch keine reproduzierbare Serie.
Bei größeren Akkus und höheren Leistungen wird die Überwachung des Energiesystems immer wichtiger.
Besonders bemerkenswert ist deshalb die Rolle privater und ehrenamtlicher Drohnenbauer in der Ukraine.
Berichte aus den vergangenen Jahren zeigen, dass Freiwillige teilweise eigene Werkstätten aufgebaut haben und Drohnen nicht nur montieren, sondern auch nach Anforderungen der späteren Nutzer verändern.
Auch aktuelle Projekte beschreiben ein Ökosystem aus Konstruktion, Elektronik, Fertigung, Test und Logistik.
Die Erfahrungen fließen wieder zurück.
Damit entsteht ein sehr kurzer Entwicklungszyklus.
Eine Drohne kann auf der Werkbank perfekt funktionieren und unter realen Bedingungen trotzdem ungeeignet sein.
Temperatur, Wind, Staub, Feuchtigkeit, Transport, Vibrationen und elektromagnetische Störungen verändern die Anforderungen erheblich.
Das gilt besonders für größere Fluggeräte.
Eine Hobbydrohne kann nach einem harten Flug beschädigt sein und anschließend repariert werden.
Bei einem Transportfluggerät kann ein struktureller Fehler dagegen unmittelbar zum Verlust der gesamten Nutzlast führen.
Deshalb gewinnen Zuverlässigkeit und reproduzierbare Qualität mit zunehmender Größe an Bedeutung.
Die Entwicklung in der Ukraine zeigt deshalb etwas Grundsätzliches:
Spielzeug – Hobby – Profi
einordnen.
Wie schon auf anderen Thematisierten Seiten beschrieben, viele, aufgrund auch der "leider" Kriegs Situation, verwechseln die Mini Drohne gegenüber der Kampfdrohne, Drohne ist "nicht gleich" Drohne ... !
Private Entwickler arbeiten mit kommerziell verfügbaren Komponenten, professionellen Fertigungsmethoden und realen Anforderungen aus einem extrem anspruchsvollen Einsatzumfeld.
Dabei entstehen Plattformen, die mit klassischen 5-Zoll-FPV-Drohnen technisch nur noch wenig gemeinsam haben.
Aktuelle Berichte beschreiben beispielsweise 7-Zoll- und 10-Zoll-Plattformen für unterschiedliche Aufgaben und zeigen, dass solche Systeme nach konkreten Anforderungen von Nutzern entwickelt werden.
Für Hobby-Piloten steckt darin eine interessante technische Erkenntnis.
Eine Drohne ist kein Motor mit vier Propellern.
Sie ist ein gekoppeltes Gesamtsystem.
Ändert man eine Komponente, verändern sich mehrere andere Parameter.
Mehr Akku bedeutet mehr Flugzeit – aber auch mehr Gewicht.
Mehr Gewicht verlangt mehr Schub.
Mehr Schub bedeutet höhere elektrische Leistung.
Höhere Leistung erzeugt mehr Wärme.
Größere Motoren und Propeller verändern die Dynamik.
Eine anders positionierte Nutzlast verändert den Schwerpunkt.
Und am Ende muss die Flugsteuerung dieses gesamte System weiterhin beherrschen.
Genau deshalb ist eine militärisch oder logistisch eingesetzte Drohne nicht einfach eine große Hobby-5-Zoll-FPV-Drohne.
Sie ist ein anderes Entwicklungsproblem.
Die interessanteste Entwicklung bei den privaten Drohnenbauern ist deshalb nicht die Frage, welcher Motor oder welcher Akku verwendet wird.
Interessanter ist die dahinterstehende Ingenieursleistung.
Aus handelsüblichen Komponenten, eigener Konstruktion, Erfahrung aus der Praxis und kurzen Entwicklungszyklen entstehen Fluggeräte für völlig unterschiedliche Aufgaben.
Dabei reicht das Spektrum von kleinen FPV-Plattformen über Aufklärungssysteme bis zu größeren Transport-UAVs.
Aber sobald Nutzlast, Reichweite, Flugzeit und Zuverlässigkeit zu den primären Entwicklungszielen werden, beginnt eine andere technische Disziplin.
Und genau dort liegt der eigentliche Unterschied zwischen einer Hobby-FPV-Drohne und einem professionell entwickelten UAV.
Nicht die Größe entscheidet – sondern die Aufgabe, für die das gesamte Fluggerät ausgelegt wird.
