Mehr Reichweite
GigE-Vision-Kamera hilft Piloten bei Luftbetankungen
Um große Distanzen ohne Zwischenlandungen überbrücken zu können, gehören Betankungen in der Luft mittlerweile zum Alltag von Jetpiloten. Dennoch bleibt durch die hohen Geschwindigkeiten und die Wettereinflüsse ein Restrisiko. Risikominimierung leistet ein von der FTI Engineering Network GmbH mit Sitz in Wildau angebotenes Kamerasystem, welches die Luftbetankung bei Tag und Nacht visualisiert und somit dem Operator im Tankflugzeug einen Überblick über die Betankung verschafft.
Die Betankung von Flugzeugen durch andere Flugzeuge in der Luft ist fast so alt wie die Fliegerei selbst. Im Jahr 1923 wurde der erste erfolgreiche Versuch in den USA durchgeführt, bei dem zwei offene Doppeldecker übereinander flogen. Vom höheren Doppeldecker wurde ein metallverstärkter Schlauch herabgelassen, den ein Besatzungsmitglied vom tiefer fliegenden Doppeldecker fangen und in den Tankstutzen einführen musste. Danach wurde die Betankung gestartet und sobald der Kraftstoff im Tankstutzen emporstieg, wurde die Zufuhr getrennt. Zwar muss heutzutage nichts mehr mit den Händen gefangen werden, dennoch machen die höheren Geschwindigkeiten von 500km/h, gepaart mit einer eingeschränkten Sicht im Tankflugzeug durch die im Rückraum stattfindende Betankung das Manöver nicht leichter.
Anforderungen
Die FTI Engineering Network GmbH nahm dies zum Anlass, um ein kamerabasiertes System zu entwickeln, welches das Übersichtsproblem eindämmen soll. Die Voraussetzungen für ein solches System sind gehoben. Zum einen muss die Latenzzeit zwischen Aufnahme und Darstellung am Monitor äußerst gering sein, zum anderen muss das Kamerasystem sowohl bei Tag als auch bei Nacht seine Dienste leisten. Dies beinhaltet auch widrige Umstände wie Gegenlicht bei Tag durch direkte Sonneneinstrahlung sowie schlechte Lichtverhältnisse bei Nacht. Des Weiteren gibt es in der Luftfahrt strenge Bestimmungen, die eingehalten werden müssen. Komponenten müssen hierbei extrem belastbar sein, da es innerhalb kürzester Zeit zu außerordentlichen Temperaturschwankungen kommen kann. Zugleich müssen die Komponenten robust sein, da heftige Bewegungen während des Fluges zum Alltag gehören.
Aufbau des Systems
Die von FTI erdachte Lösung besteht aus zwei Kameras, die im Außenbereich des Tankflugzeuges angebracht werden und zum besseren Schutz in einem speziellen Container verbaut sind. Eine Farbkamera erfasst die Bilder am Tag, während eine Infrarot-empfindliche Graubildkamera die Bilder bei Nacht aufnimmt, wobei die Graubildkamera um eine Infrarotbeleuchtung ergänzt wird. Beide Kameras sind mit einer Empfangsstation verbunden, die aus einem Rechner zur Bildverarbeitung und einem Monitor zur Bildwiedergabe besteht. Durch die Livebild-Darstellung ist der Operator im Tankflugzeug in der Lage, das Geschehen nachzuverfolgen. Er weiß, wie sich das Ende des Tankschlauches wetterbedingt verhält, und kann gegebenenfalls per Funk den Piloten anweisen, die Flugposition zu ändern. Zudem kann er nachvollziehen, wann das Andocken gelungen ist. Auf dem Rechner läuft eine Software von FTI, welche die Kamerasteuerung übernimmt. Damit ist eine blitzschnelle Bildverarbeitung gewährleistet, die auf die aktuellen äußeren Gegebenheiten reagiert und auch bei schwierigen Lichtverhältnissen wie Gegenlicht oder Dunkelheit umgehend eine klare Bildwiedergabe erzeugt. Bei der Wahl der Kameras hat sich FTI nach einer Evaluierungsphase für die GigE Vision Industriekameras mvBlueCougar-X102e von Matrix Vision mit CMOS-Sensoren von e2v entschieden. Die Sensoren bestechen durch eine hohe Empfindlichkeit vor allem im Infrarotbereich. Sollte das bei den Nachtaufnahmen nicht ausreichen, kann bei gleicher Bauform auf eine Variante des Graubildsensors mit erweiterter Infrarot-Empfindlichkeit zurückgegriffen werden. Das große Sensorspektrum macht dies möglich und schafft dadurch eine hohe Flexibilität. Überzeugt hat FTI die gute Bildqualität, die Robustheit der Industriekamera als auch die Zuverlässigkeit bei Temperaturschwankungen. Gerade für Anwendungen mit extremen Temperaturspannen wurde die Produktoption ET eingeführt. ET steht für ‚Erweiterter Temperaturbereich‘, welcher bei der Kamera einen operativen Einsatz im Bereich von -40°C bis 65 °C erlaubt.
Fazit
Die Kamera hat sich im Umfeld der strengen Luftfahrtbestimmungen bewährt und bietet sich für weitere Anwendungen in der Luftfahrt an. Denkbar ist z.B. die Überwachung des Gepäck- oder Frachtraumes, wo es ebenso zu hohen Temperaturunterschieden kommen kann. Auch im zivilen Bereich erachten Studien der Züricher Hochschule für angewandte Wissenschaften den Einsatz von Luftbetankungen bei Passagiermaschinen als sinnvoll. Insgesamt gäbe es drei Vorteile: Erstens, der Treibstoffverbrauch könnte um 11 bis 23% gesenkt werden. Zweitens könnte durch das geringere Startgewicht die Lärmbelastung in der Nähe von Flughäfen gesenkt werden. Eine Betankung erfolge dann in einer Flughöhe von zehn Kilometern. Drittens würde es durch die Luftbetankungen möglich werden, Nonstop-Flüge z.B. von Europa bis nach Australien anzubieten. Luftbetankung im zivilen Bereich klingt zwar fremd, die Idee ist aber interessant.
