Abstürze vermeiden

Die Drohne im Netz

05. Februar 2021, 08:21 Uhr   |  Heinz Arnold

Die Drohne im Netz
© Uni Würzburg

Julian Rothe, JMU Würzburg: »Ein Knopfdruck genügt und unsere Drohnen fangen die feindliche Drohne vollautomatisch ein, wie Tests bereits gezeigt haben.«

Warum es eine gute Idee ist, feindliche Drohnen mit Hilfe eines Netzes einzufangen, erklärt Julian Rothe von der JMU Würzburg gegenüber Smarterworld.

Smarterworld: Sie leiten ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg, das ein System aus zwei Drohnen entwickelt hat, die zwischen sich ein Netz aufspannen, um damit gefährliche Drohnen einzufangen und unschädlich zu machen. Das sieht auf den ersten Blick leicht archaisch aus. Wie kamen Sie darauf?

Julian Rothe, JMU Würzburg: Ich leite das Team im Verbundprojekt MIDRAS (Mikro-Drohnen Abwehr System) zusammen mit meinem Kollegen Michael Strohmeier am Lehrstuhl von Prof. Sergio Montenegro. Wir sehen in dem Netz die einzige Möglichkeit, Drohnen bis zu 5 kg sicher vom Himmel zu holen, ohne dass sie Schaden anrichten können. Wenn man sie mit Lasern oder Schrot – auch diese Idee gibt es – abschösse, würden sie unkontrolliert abstürzen. Das darf etwa bei größeren Veranstaltungen – Open-Air-Konzerte, Fußballspiele – nicht passieren, weil Menschen gefährdet würden.

Wäre es nicht möglich, sie durch Jammer zu stören, ihre Steuerung zu übernehmen und sicher landen lassen?

Jammer einzusetzen, wäre bei Großveranstaltungen keine so gute Idee, dann würde WiFi, Mobilfunk und GPS unter Umständen ebenfalls stark gestört, das wäre kontraproduktiv. Die Steuerung von außen zu übernehmen, ist derzeit eher etwas für Hollywood-Filme, in der Realität funktioniert es nicht, jedenfalls nicht so sicher, dass es dort zum Einsatz kommen könnte, wo Menschen gefährdet sind.
Und noch etwas Wesentliches kommt hinzu: Die Drohne wird mit unserer Methode nicht zerstört, sondern steht anschließend praktisch unbeschadet der Beweissicherung zur Verfügung.

Wenn die gegnerische Drohne tatsächlich im Netz zappelt, können dann nicht alle drei mitsamt dem Netz abstürzen?

Das ist in der Tat eine der großen Herausforderungen. Sobald eine Drohne ins Netz einschlägt, wirken riesige Kräfte auf die beiden Drohnen, die das Netz zwischen sich aufspannen. Das über die Regeltechnik auszugleichen, ist sehr schwierig und hat viel Arbeit gekostet. Dabei ist es schon nicht einfach, die beiden Drohnen zueinander im richtigen Abstand zu halten, wenn sie mit dem aufgespannten Netz fliegen. Die Genauigkeit von GPS alleine reicht nicht aus, die Drohnen müssen viel präziser – auf Zentimeter genau – zueinander positioniert werden. Und das während des Fluges kontinuierlich.

Wie groß ist das Netz und wie schwer ist alles zusammen?

Beide Drohnen haben jeweils eine Masse von ca. 4,5 kg mit Netz wiegt das Gesamtsystem fast 10 kg.

Zwei Drohnen spannen das Netz auf, um damit feindliche Drohnen einzufangen.
© Uni Würzburg

Zwei Drohnen spannen das Netz auf, um damit feindliche Drohnen einzufangen.

Was ist, wenn ein Drohnenschwarm angreift?

So wie jedes System hat auch unser System bestimmte Beschränkungen, so dass nicht alle Szenarien einer Bedrohung abgedeckt werden können. Es handelt sich um ein Forschungsprojekt der zivilen Sicherheitsforschung, weswegen für uns andere Szenarien wichtiger sind, wie beispielsweise der Schutz von Gefängnissen vor einzelnen Überflügen.

Wie konnte die erforderliche Präzision erreicht werden?   

Wir entwickeln und bauen unsere gesamte Hardware selbst. Das fängt bei den Drohnen an, für die wir beispielsweise die Rahmen im 3D-Drucker produzieren. Außerdem entwerfen wir die Platinen selbst und bestücken sie mit den erforderlichen Komponenten wie etwa den Sensoren. Dabei kommen neueste Sensoren zum Einsatz, beispielsweise als GNSS Modul „Ublox ZED-F9P“ zur Verwendung von Dual-Frequency GNSS oder als IMU „ST ISM330DHCX“. So haben wir die volle Kontrolle über die Hardware. Außerdem entwickeln wir auch die Software – die zweite Schlüsselkomponente – selbst. So können wir beides optimal aufeinander abstimmen. Basis ist das Echtzeitbetriebssystem Rodos, das die JMU für Anwendungen in der Raumfahrt mitentwickelt hat, etwa für das Mikrosatellitenprogramm des DLR. Erst über das Zusammenspiel all dieser Elemente erreichen wir die erforderliche Präzision.

Im Alarmfall heben die beiden Drohnen mit ihrem aufgespannten Netz ab und nehmen vollautomatisch Kurs auf die gegnerische Drohne. Menschliche Steuerung ist nicht erforderlich?

Das ist das Ziel – und es funktioniert schon ganz gut: Ein Knopfdruck genügt und unsere Drohnen fangen die feindliche Drohne vollautomatisch ein, wie Tests bereits gezeigt haben.   

Wie erkennt das System, ob es sich um eine feindliche Drohne handelt?

Wir arbeiten im Verbundprojekt MIDRAS (Mikro-Drohnen-Abwehr-System) mit Partnern zusammen. Sie detektieren und kategorisieren ein Objekt, stellen also zunächst einmal fest, ob sich eine Drohne einem zu schützenden Gebiet nähert. Dann versuchen sie die Drohne daran zu hindern, in das Gebiet einzudringen, etwa indem sie die GPS-Verbindung stören. Erst wenn alles nichts nützt, kommen wir so zusagen als Torhüter ins Spiel.

Wie lange dauert es, bis die Drohnen sich im Alarmfall an die feindliche Drohne heranpirschen? Könnte sie bis dahin nicht schon längst verschwunden sein?

Dem von unseren Drohnen aufgespannten Netz alleine könnte eine feindliche Drohne sicherlich entwischen.  Aber es handelt sich ja um ein Gesamtsystem, an dem die JMU Würzburg, das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut (HHI), das Ministerium für Justiz und Gleichstellung Sachsen-Anhalt, die Technische Hochschule Brandenburg und die Vereinigung Cockpit sowie Unternehmen wie ESG Elektroniksystem- und Logistik, das European Aviation Security Center (EASC) und Optoprecision beteiligt sind. Die Störsender können die Steuerung der Drohnen blockieren und sie auf einen bestimmten Kurs zwingen, wir fangen sie dann ein. Von „heranpirschen“ kann zudem nicht die Rede sein: Sobald unsere Abfangdrohnen den Befehl zum Start bekommen, fliegen diese auf einer optimalen Flugbahn so schnell wie möglich das Ziel an.

Wann wird aus MIDRAS ein in der Praxis anwendbares System?

Ab Ende 2021 ist ein weiteres Förderprojekt geplant, das praktisch wie ein Pilotprojekt aussehen wird. Es wird weitere zwei Jahre dauern, dann soll das System zur Marktreife gebracht sein.

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