Drohnen

Der Begriff Drone oder Drohne bezeichnet ein unbemanntes Luftfahrzeug, kurz UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Präziser kann auch von einem RPAS (Remotely Piloted Aircraft System), also einem ferngesteuerten Luftfahrtsystem, gesprochen werden. Dieser Begriff umfasst das gesamte Drohnensystem, einschließlich Luftfahrzeug, Navigationssysteme, Funksteuerung, Überwachung und weiterer Komponenten.

Eine Drohne ist ein Luftfahrzeug, das ohne Besatzung fliegt und aus der Ferne gesteuert wird. Sie ist somit ein unbemanntes Fahrzeug, das selbstständig einen kontrollierten und stabilen Flug aufrechterhalten kann und von einem Elektro-, Verbrennungs- oder Strahltriebwerk angetrieben werden kann.

Drohnen sind unbemannte Fluggeräte, die über ein Funkfrequenzsystem ferngesteuert sowie durch GPS und ein Inertialsystem geführt und stabilisiert werden. In der Regel werden Drohnen von einer Person am Boden gesteuert, sie können jedoch auch so programmiert werden, dass sie Missionen und Flugrouten vollständig automatisch mit hoher Präzision und minimaler Abweichung ausführen.

Drohnen gibt es in einer großen Vielfalt an Formen, Größen und Ausstattungen. Ursprünglich waren sie vor allem als Fluggeräte konzipiert, inzwischen existieren jedoch auch maritime und landgestützte Drohnentypen, wobei die fliegenden Varianten am weitesten verbreitet sind.

Auch hinsichtlich ihrer Bewegung gibt es unterschiedliche Varianten. Einige Drohnen werden von einem entfernten Standort aus gesteuert, andere fliegen autonom auf Grundlage vorprogrammierter Flugpläne. Darüber hinaus kann sich ihre Bauform deutlich unterscheiden. Manche ähneln Flugzeugen, andere Hubschraubern. Letztere können statisch in der Luft schweben und werden je nach Anzahl der Propeller als Quadrokopter, Hexakopter oder Oktokopter bezeichnet, also mit 4, 6 oder 8 Rotoren.

Die Funktionsweise einer Drohne ähnelt grundsätzlich der eines Flugzeugs oder Hubschraubers. Die Motoren werden gestartet und die Steuerflächen beziehungsweise Rotoren ermöglichen den Flug. Anschließend wird die Bewegung über die Steuerung gelenkt, wobei Kenntnisse und Erfahrung des Piloten eine wichtige Rolle spielen. Alternativ kann auch eine Flugroute festgelegt werden, die autonom abgeflogen wird.

Merkmale

Eine Drohne funktioniert dank komplexer Technologie, die den Schub der Motoren, die Manövrierfähigkeit, den Flug, die Stabilität und die Position mithilfe von GPS und elektronischem Kompass steuert.

Kommerzielle Drohnen sind relativ kleine und sehr leichte Geräte. Häufig bestehen sie aus Kohlefaserverbundstoffen, wodurch sie widerstandsfähig, robust und zugleich leicht sind. In der Regel verfügen sie über ein Antivibrationssystem, das einen stabileren und sichereren Flug ermöglicht.

Das Antriebssystem besteht meist aus vier, sechs oder acht radial angeordneten Motoren. Diese werden von einer Flugsteuerung geregelt, die Beschleunigung, Steigen, Vorwärtsbewegung und Drehmanöver kontrolliert. Je nach Konstruktion kann die Drohne sogar dann weiterfliegen, wenn ein Motor ausfällt.

Der Auftrieb einer Drohne entsteht durch den Schub der Propeller, die die notwendige Tragkraft erzeugen, um das Gerät in der Luft zu halten. Indem die Flugsteuerung einzelne Motoren stärker oder schwächer beschleunigt, werden Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen sowie Drehungen ermöglicht.

Über Funkfrequenzen werden der Flug der Drohne und die meisten ihrer Funktionen gesteuert, beispielsweise das Ein- und Ausfahren des Fahrwerks, die Auslösung der Kamera, Flugmodi, Start und Landung sowie weitere Aktionen.

Je nach Größe, Anzahl der Motoren und Antriebskraft kann eine Drohne unterschiedlich große Lasten transportieren. Die Flugzeit wird durch die Batteriekapazität und das Gesamtgewicht des Geräts begrenzt.

Eine interessante Funktion vieler Drohnen ist der sogenannte Headless-Modus, der insbesondere Einsteigern das Steuern erleichtert und Fehler oder Unfälle vermeiden kann. Dabei lässt sich die Drohne vom Boden aus steuern, unabhängig davon, in welche Richtung ihre Vorderseite im Verhältnis zum Piloten zeigt. Wird beispielsweise eine Bewegung nach links vorgegeben, bewegt sich die Drohne nach links, unabhängig davon, ob sie dem Piloten zugewandt ist oder von ihm wegzeigt.

Klassifizierung

Drohnen können nach unterschiedlichen Kriterien klassifiziert werden. Diese Einteilungen schließen sich in den meisten Fällen nicht gegenseitig aus, sondern beschreiben verschiedene Eigenschaften desselben Drohnentyps.

Nach Verwendungszweck:

• Militärisch: Die ersten Drohnen als unbemannte Luftfahrzeuge wurden bereits während des Zweiten Weltkriegs eingesetzt. Heute dienen sie unter anderem zur Simulation von Flugzeugen oder für Angriffe, zur Durchführung besonders gefährlicher Missionen, zur Geländeaufklärung und zum Transport von Lasten.
• Zivil/kommerziell: Sie werden zur Erkundung schwer zugänglicher Gebiete, für Foto- und Videoaufnahmen aus der Luft, zur Paketzustellung, Signalübertragung, Brandbekämpfung, Rettung, landwirtschaftlichen Erkundung und sogar als Freizeitgeräte eingesetzt.

Nach Flügeltyp:

• Drehflügler: Sie gehören sowohl im Freizeit- als auch im professionellen Bereich zu den am weitesten verbreiteten Drohnen. Sie werden auch als Multikopter bezeichnet und sind sehr vielseitig, da sie vertikal starten und landen können, nahezu jede geeignete Oberfläche nutzen und mit verschiedensten Kameras ausgestattet werden können.
• Starrflügler: Diese Drohnen erzeugen durch ihre Aerodynamik den für den Flug erforderlichen Auftrieb. Ihr Design ähnelt ferngesteuerten Flugzeugen. Aufgrund ihrer hohen Reichweite und Ausdauer werden sie häufig für die Kartierung großer Flächen eingesetzt. Ein wesentlicher Nachteil gegenüber Drehflüglern besteht darin, dass sie nicht stationär über einem Punkt schweben können und in der Regel nicht selbstständig vertikal starten.

Nach Einsatzumgebung:

• Luft: Unbemannte Fluggeräte, die in der Regel vom Boden aus ferngesteuert werden. Ihre Bauform kann Flugzeugen ähneln, die eine hohe Reichweite und Geschwindigkeit bieten, oder Hubschraubern, die besonders präzise starten und landen können.
• Maritim: Unbemannte Fahrzeuge, die sich auf oder unter Wasser bewegen können. Einige sind für die Wasseroberfläche ausgelegt, andere operieren unter Wasser, entweder mit einem Führungskabel oder vollständig autonom. Sie können Forschungs- oder Rettungsaufgaben unterstützen und sind besonders nützlich, um größere Tiefen des Meeresbodens zu erreichen.
• Land: Diese Geräte verfolgen ähnliche Ziele wie Luft- und maritime Drohnen, verfügen jedoch über eine andere Bauform, die an die Anforderungen des Geländes angepasst ist. Sie werden eingesetzt, um Gebiete zu erkunden, die Menschen nicht erreichen können oder in denen ein Einsatz lebensgefährlich wäre, beispielsweise in toxischen, radioaktiven, extrem heißen oder kalten sowie engen Umgebungen.

Nach Steuerungsmethode:

• Autonom: Drohnen, die keinen entfernten Piloten zur direkten Flugsteuerung benötigen. Sie sind mit Systemen ausgestattet, die eine Route planen und ohne menschliches Eingreifen ausführen können. Häufig verfügen sie über GPS-Ortung zur Positionsbestimmung in Echtzeit.
• Ferngesteuert: Unbemannte Fahrzeuge, die über eine Funksteuerung von einem Piloten gelenkt werden. Dies ist die am häufigsten eingesetzte Steuerungsmethode.
• Überwacht oder beaufsichtigt: Diese Form kann als Zwischenstufe zwischen autonomen und vollständig ferngesteuerten Drohnen verstanden werden. Die Drohne kann bestimmte Aktionen selbstständig ausführen, bleibt dabei jedoch stets unter der Aufsicht eines Piloten.

Regulierung

Aus ziviler Sicht bieten Drohnen erhebliche Vorteile für zahlreiche Branchen, Behörden und die Bevölkerung. Wie bei vielen disruptiven Innovationen benötigt ihre umfassende Einführung jedoch Zeit, da die Sorge besteht, dass ein unkontrollierter Einsatz erhebliche Risiken mit sich bringen kann. Daher wird eine strenge Regulierung angestrebt.

Wie jedes technologisch anspruchsvolle Gerät können auch Drohnen missbräuchlich eingesetzt werden. Deshalb ist es wichtig, ihre Sicherheit zu gewährleisten. Zu den wichtigsten Maßnahmen gehören:

• Umfassende Vorschriften für unbemannte Geräte sollten erlassen werden. Andernfalls können erhebliche Risiken für Sicherheit und Personenschutz entstehen.
• Kontrollen sollten offensichtliche Sicherheitsrisiken verhindern, beispielsweise Kollisionen mit Verkehrsflugzeugen, Abstürze in Menschenmengen oder Zusammenstöße mit Stromleitungen.
• Kontrollmechanismen sollten eine unbefugte Nutzung verhindern, verschlüsselte Kommunikation voraussetzen, speziell zur Abwehr von Cyberangriffen entwickelte Software einsetzen, forensische Überwachung ermöglichen und Verfahren zur Reaktion auf Sicherheitsvorfälle vorsehen.
• Wenn Drohnen vertrauliche Daten erfassen oder speichern, müssen Anforderungen an Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit der Informationen angewendet werden, vergleichbar mit den Schutzmaßnahmen in einem Unternehmensrechenzentrum.

Die Mehrheit der Experten geht davon aus, dass die zivile Nutzung von Drohnen die militärische Nutzung in absehbarer Zeit übertreffen wird. Zu den wichtigsten Faktoren für den Betrieb einer Drohne gehören ihr Gewicht, die geplante Tätigkeit und die Frage, ob sie zu Freizeit- oder professionellen Zwecken eingesetzt wird.

Rechtlich werden Freizeit- und kommerzielle Drohnen häufig nach ihrem Gewicht in drei Kategorien eingeteilt: Mikro, bis 2 kg; leicht, von 2 bis 25 kg; und schwer, über 25 kg.

In vielen Ländern bestehen Vorschriften, die für kommerzielle Drohnenflüge über Personen Mindest- und Maximalhöhen festlegen, um Unfälle zu vermeiden. Ebenso werden häufig eine maximale Flughöhe und eine maximale horizontale Entfernung zum Piloten vorgeschrieben.

Der Betreiber einer Drohne ist für Unfälle oder Schäden verantwortlich, die durch das Gerät verursacht werden. Personen, die solche Geräte betreiben, müssen häufig über eine Haftpflichtversicherung für Schäden an Dritten verfügen. In den meisten Fällen dürfen Drohnen nur tagsüber betrieben werden, sofern keine besondere Genehmigung für Nachtflüge vorliegt.

Cybersicherheit gilt allgemein als eines der wichtigsten Themen in der Technologiewelt, doch die Sicherheit von Drohnen und der zu ihrer Steuerung eingesetzten Anwendungen wird häufig übersehen. Dieser Aspekt verdient besondere Aufmerksamkeit, damit sich diese Technologie dauerhaft und sicher etablieren kann.