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Das deutsche Startup Quantum-Systems hat eine neuartige Multifunktionsdrohne entwickelt und sieht sich mit diesem Produkt gut aufgestellt, um bei möglichen Ausschreibungen sowohl der Bundeswehr, als auch der US-Streitkräfte in den Wettbewerb zu gehen. Die als Vector bezeichnete Fixed-Wing Drohne mit Senkrechtstartfähigkeiten (VTOL) setzt dabei nicht nur auf neueste Technologien, sie kann auch mit wenigen Handgriffen in eine so genannte Hubschrauber- oder Copterdrohne – dann unter der Bezeichnung Scorpion – verwandelt werden.

Der Gründer und CEO von Quantum-Systems, Florian Seibel, ein ehemaliger Offizier der Heeresfliegertruppe, erklärte im Gespräch mit Soldat & Technik, wie es zu der Entwicklung des Systems kam und welche Vorteile das Konzept für die Streitkräfte bringt.

Technisch gesehen handelt es sich bei der Vector um ein so genanntes Fixed-Wing UAV, also um eine Starrflügler-Drohne mit der Fähigkeit, senkrecht starten und landen zu können. Das System vereint somit mehrere Vorteile in einem Konzept. Im Gegensatz zu den derzeit in der Bundeswehr genutzten flugzeugähnlichen Flächendrohnen, wie beispielsweise der Luna oder der KZO, benötigt die Vector kein Start-Katapult und keine Startbahn. Genauso wenig wird für die Landung ein Netz oder ein Fallschirm eingesetzt.

Das UAV kann wie eine Hubschrauberdrohne vom Boden, von Plattformen – auch auf See – oder von Hand aus gestartet und gelandet werden. Der Vorteil des VTOL-Systems gegenüber Copterdrohnen wie beispielsweise der Mikado liegt in der deutlich größeren Flugzeit und Geschwindigkeit.

Florian Seibel ist ehemaliger Heeresfliegeroffizier, Mit-Gründer und CEO von Quantum-Systems. (Foto: Quantum-Systems)

Seibel, der das Unternehmen während seines letzten Dienstjahres – er war zu dem Zeitpunkt als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität der Bundeswehr in München tätig – gegründet hat, verweist darauf, dass in der Regel VTOL-Drohnen auch Nachteile mit sich bringen. Denn die VTOL-Fähigkeit wird üblicherweise durch ein höheres Systemgewicht erkauft, welches zu einer geringeren Nutzlast führt. Denn es müssen spezifische Rotoren für die Erzeugung des Auftriebs in solche Drohnen integriert werden. Zwar weisen VTOL-Drohnen nicht ganz so viel Strukturrobustheit auf wie herkömmliche Flächendrohnen und können hier Gewicht einsparen; schließlich läuft die Landung deutlich sanfter ab. Jedoch sind VTOL-Drohnen unter dem Strich trotzdem schwerer als reine Flächendrohnen.

Bei der Vector habe man diesen Nachteil jedoch auf ein absolutes Minimum reduzieren können, betont Seibel, „weil wir wussten, wo wir hin wollen“.  Die insgesamt drei kippbaren Rotoren –  jeweils einer an einer Tragfläche und einer am Heckleitwerk – ermöglichen die VTOL-Fähigkeit und wurden bereits zu Beginn der Entwicklung ganzheitlich in das Design der Drohne integriert. „Was gut aussieht fliegt auch gut“, zitiert Seibel seinen ehemaligen Luft- und Raumfahrtprofessor. Daher konnte man überflüssiges Gewicht sparen und trotz des elektrischen Betriebs Flugdauern von zwei beziehungsweise drei Stunden erreichen, je nachdem ob eine Vector-Version mit 6,5 oder 7,5 kg genutzt wird. Dabei stehen der Drohne rund zehn Prozent des Systemgewichts als Nutzlast für ein Sensorpaket zur Verfügung.

Die Spannweite der Vector beträgt 2,8 Meter, die Fluggeschwindigkeit 15-20 m/s, also bis zu 72 km/h. Die Drohne ist Seibels Angaben zufolge in der Lage, auch bei Windgeschwindigkeiten von bis zu zwölf m/s zu operieren.

Die Vector im Flug (Video: Quantum-Systems)

2-in-1-System

Der Clou an dem patentierten System ist die Möglichkeit, die Drohne auf Nutzerebene von einer Flächen- in eine Tri-Copter-Drohne umwandeln zu können. Dazu muss die Drohne bei Bedarf mittels eines Click-Systems werkzeuglos modifiziert werden. Dazu werden die Tragflächen abgenommen und Copter-Arme ersetzt, auch das Heckteil wird getauscht. Die so entstehende Tri-Copter-Drohne Scorpion ist rund ein Kilogramm leichter und erreicht eine Flugzeit von mindestens 35 Minuten bei Fluggeschwindigkeiten von 1-15 m/s. Die rund 1,37 m breite Drohne kann bei Windgeschwindigkeiten bis zu zehn m/s fliegen. Der Nutzer kann vor dem Start selbst festlegen, welches Einsatzprofil er benötigt und so über die am besten geeignete Konfiguration entscheiden. Als Tri-Copter ist die Drohne für räumlich beschränkten Umgebungen und eine stationäre Nutzung, zum Beispiel in dicht bebauten urbanen Einsatzgebieten, geeignet. Die Vector bietet hingegen eine größere Reichweite oder längere Stehzeit über dem Einsatzraum. Hinzu kommt eine niedrige Geräuschemission, da Vector über eine Gleitfähigkeit verfügt und auch bei Betrieb eines einzelnen Rotors in der Luft bleiben kann.

Seibels Aussage nach hat Quantum-Systems zuerst die VTOL-Drohne designt und dann festgestellt, dass sich daraus auch recht einfach eine Copter-Drohne entwickeln lässt. Dadurch kann sich das Unternehmen seinen Angaben zufolge sowohl an Ausschreibungen für Flächendrohnen als auch Copter-Drohnen beteiligen. So stehen beispielsweise bei der Bundeswehr gut unterrichteten Kreisen zufolge in naher Zukunft sowohl Ausschreibungen für die Nachfolge der Aladin (Flächendrohen) und der Mikado (Copter-Drohne) an.

Die Vector im Hintergrund und Scorpion (ohne angesteckte Hauptrotoren) im Vordergrund. (Foto: Quantum-Systems)

Der Leistungsabstand von Scorpion zu einer reinrassigen, modernen Copter-Drohne ist Seibel zufolge zwar gering, aber nicht ganz so gering wie bei Vector zu einer Flächendrohne. Das Konzept von Quantum-Systems biete jedoch Vorteile fürs Militär. Diese liegen dem Manager zufolge im Bereich der Logistik und der Ausbildung.

Gründung und der Schwenk in die Rüstung

Die Idee zu einer elektrisch angetriebenen VTOL-Drohne hatte der ehemalige Soldat auf Zeit bereits zu Beginn des ersten Jahrzehnts dieses Jahrhunderts. Sein erstes Patent in diesem Bereich datiert auf das Jahr 2012. Damals hatte die Bundeswehruni kein Interesse, die Patentierung mit zu finanzieren. Also übernahm Seibel alle Kosten selbst, was es ihm wiederum ermöglichte, das Patent kommerziell zu nutzen. Mittlerweile verfügt sein 2015 gegründetes Unternehmen über 100 Mitarbeiter und erwartet 2021 einen Jahresumsatz im zweistelligen Millionenbereich. Nicht ohne Stolz erzählt Seibel, dass sein Unternehmen mittlerweile mehr Fluggeräte ausgeliefert hat als EMT Penzberg. Dieser langjährige Drohnenlieferant der Bundeswehr musste vor kurzem Insolvenz anmelden und wird nun vom israelischen Staatskonzern Rafael übernommen, S&T berichtete.

Quantum-Systems HQ mit über 100 Mitarbeitern im ASTO Aerospace & Technology Park in Gilching, westlich von München, mit Start- und Landeplatz vom Dach und eigenem BVLOS-Korridor 5G Testfeld für Test- und Demonstrationszwecke. (Foto: Quantum-Systems)

Bei Gründung von Quantum Systems lag der Fokus auf Copter-Drohnen, erst 2016 sei man VTOL-Fixed-Wings umgeschwenkt. Zu Beginn wurde nur für den kommerziellen Bereich entwickelt und produziert, ab 2018 habe man auch den Behörden- bzw. Rüstungsmarkt für sich entdeckt, so Seibel gegenüber der S&T. Mit der ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH konnte man zu diesem Zeitpunkt einen Investor gewinnen, welcher über viel Know-how im deutschen Rüstungsbereich sowie bei der Zertifizierung von militärischem Luftfahrgerät verfügt. Das Unternehmen ist insbesondere im deutschen Luftfahrtbereich aktiv.

Der Schritt in Richtung Behörden- und Streitkräftemarkt erschien Seibel zufolge als logisch, da man „gesehen habe, dass auch bei den Streitkräften Bedarfe vorhanden waren“, die Quantum-Systems abdecken kann. Nämlich die Entwicklung und Herstellung von Drohnensystemen, die in der Lage sind, über lange Zeit und Strecken große Flächen aufzuklären.

Die Entwicklung der Vector wurde dann 2018 begonnen und das UAV 2020 auf den Markt gebracht. Derzeit befindet sich das System in der Phase der „Härtung“. Im Gegensatz zum kommerziellen Bereich, müssen militärische Drohnen bei jeder Tageszeit und bei schwierigen Wetterbedingungen fliegen, wie Seibel erläutert. Dies erfordere nicht nur eine für unterschiedliche Spektralbereiche geeignete Sensorik, die Drohnen müssten auch robuster sein. Die Kommunikation erfolgt über verschlüsselte Datenlinks. Im Ernstfall soll die Drohne bei Ausfall oder Störung von Navigationssignalen auch bildbasiert navigieren können. Die Entwicklung erfolgte zwar eigenfinanziert, trotzdem könne sich „der Kunde Bundeswehr darauf verlassen, dass er ein ausgereiftes und ausgetestetes Fluggerät bekommt und nicht der Beta-Tester wird“, falls er sich für das Quantum-System entscheiden sollte, erklärt Seibel. Seiner Aussage zufolge durchläuft das Vector-System derzeit auch Tests in den US-Streitkräften.

Innovative Ansätze

Neben dem ausgeklügelten Hardwaredesign wurden dem Unternehmen zufolge auch moderne Softwarekonzepte in die Systeme integriert. Seibel kündigt an, dass sowohl die Vector als auch die Scorpion ab Ende des Jahres „neue Technologien“ beherrschen werden. Die Drohnen Vector und Scorpion verfügen über die neueste Generation des Quantum-Skynode Autopiloten. Der Autopilot wurde gemeinsam mit dem Partner Auterion entwickelt und ermöglicht die Interaktion sowohl mit geschlossenen als auch mit offenen Standards.

Künstliche Intelligenz wie Bilderkennungsalgorithmen auf Basis neuronaler Netze ermöglichen eine höhere Automatisierung in der Aufklärung. (Foto: Quantum-Systems)

Eine Open-Protocols-Steuerung ermöglicht es dem Nutzer, die Drohne über jegliche dazu geeignete Bedien- und Steuerungseinheit zu lenken. Seibel verweist darauf, dass die US-Streitkräfte derzeit eine so genannte Common Ground Station entwickeln, mit der dann Drohnen unterschiedlicher Typen und Hersteller von ein und derselben Bedieneinheit gesteuert werden können. Voraussetzung dafür sind Drohnen, die Open Protocols akzeptieren. Dieses Konzept bietet Vorteile in der Ausbildung von Piloten sowie der Logistik und Modernisierung der Drohnen. Die Software kann nämlich unabhängig von der Hardware upgedated werden. Seibel zufolge will sein Unternehmen durch die Umsetzung dieses Ansatzes „technologisch vorne mit dabei bleiben“.

Das Quantum-Skynode-Autopilot-Hardware- und Softwaremodul ermöglicht auch die Weiterentwicklung der sUAV Plattform hinsichtlich Automatisierung, beispielsweise durch die Fusion von Präzisionsnavigation, Computer Vision einschließlich modernster KI und fortschrittlicher vernetzter Kommunikation.

Die fliegende Plattform transportiert Rechenleistung und durch die Implementierung Künstlicher Intelligenz in das Flugsystem wird es komplexere Aufgaben erfüllen und dabei einen höheren Automatisierungsgrad erreichen. So soll es in der Lage sein, Aufgaben wie das selbstständige Aufklären eines Gebietes und die Meldung der darin vorgefundenen Fahrzeuge zuverlässig abarbeiten zu können. Dies hätte Vorteile, die von der Entlastung des Bedieners bis zum möglichen Betrieb in einer durch elektronische Maßnahmen des Gegners gestörten Umgebung reichen. Nach Angaben von Quantum-Systems werden die Möglichkeiten, Aufgaben zu bewältigen, zukünftig weiterwachsen. Neue Fertigkeiten werden vom Anwender wie in einer Art „App Store“ heruntergeladen und genutzt werden können, ohne das Anpassungen an der Hardware nötig sind.

Waldemar Geiger