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Die fliegende Tankstelle

Passagierflugzeuge könnten viel Treibstoff sparen, wenn sie in der Luft aufgetankt würden. Die Zürcher Hochschule ZHAW entwickelte dafür ein leicht zu steuerndes System.

Für Zivilpiloten noch ungewohnt: Auftanken in der Luft. Visualisierung: ZHAW
Für Zivilpiloten noch ungewohnt: Auftanken in der Luft. Visualisierung: ZHAW

Es sieht ein wenig aus wie ein Insektenpaar beim Zeugungsakt: Ein kleines Flugzeug nähert sich von hinten einem grossen an und begibt sich in eine bestimmte Zone unterhalb. Nun fährt die grosse Maschine eine Art Stachel aus und platziert ihn oberhalb des Cockpits. Für ein paar Minuten fliegen die beiden Maschinen aneinandergekoppelt weiter, bis sich das kleinere wieder löst und davonzieht. Der futuristisch anmutende Visualisierungsfilm zeigt eine Idee, die dereinst Realität werden könnte: Grosse fliegende Tanker versorgen Langstreckenflugzeuge in der Luft mit Kerosin.

Video mit der Visualisierung einer In-der-Luft-Betankung. Quelle: NLR Media, Youtube

«Mit dieser Methode könnte der Treibstoffverbrauch erheblich gesenkt werden», erklärt Leonardo Manfriani, Professor für Aerodynamik am Zentrum für Aviatik der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW). Sein Team war am EU-Forschungsprojekt Recreate beteiligt, in dem neun europäische Hochschulen, Forschungsinstitute und Unternehmen aus fünf Ländern zusammenarbeiteten. Geleitet wurde es vom niederländischen Luft- und Raumfahrtslaboratorium NLR.

Bei Militärjets üblich

Langstreckenflugzeuge verbrauchen einen grossen Teil des Kerosins beim Fliegen in der Höhe und nicht, wie häufig angenommen, beim Starten. Der Energiebedarf ist gewichtabhängig, aber generell hoch: Für eine Reise von Zürich nach Los Angeles muss ein gängiges Flugzeug wie etwa der Airbus 340 mit 220 Passagieren rund 73 Tonnen Kerosin tanken. Damit ist das Gewicht des Treibstoffs mehr als dreimal so gross wie das der Passagiere plus Gepäck. «Wer im Duty-free-Shop noch eine Flasche Whiskey ersteht, ist sich kaum bewusst, dass der Transport drei Liter Treibstoff benötigt», erklärt Manfriani. Darüber hinaus brauchen Flugzeuge etwas Reserve für unvorhergesehene Fälle – zum Beispiel, wenn sie einen anderen Flughafen als geplant anfliegen oder gar unterwegs umkehren müssen.

Der Treibstoff macht zu Beginn des Flugs rund ein Drittel des Gesamtgewichts aus, während die Nutzlast lediglich 10 Prozent beträgt. Das Restgewicht besteht aus der Infrastruktur sowie der Crew. Die Maschine verbraucht also einen grossen Teil des Kerosins für dessen Transport selber. Bei Kurzstreckenflügen fällt das Verhältnis zwischen Nutzlast und Gesamtgewicht günstiger aus. Würde eine Maschine zwischen Zürich und Los Angeles zweimal landen und auftanken – etwa in Schottland und an der Ostküste Kanadas –, könnte erheblich Treibstoff gespart werden. Doch dies würde die Reise erheblich verlängern.

Um Zwischenstopps zu vermeiden, entstand die Idee der Luftbetankung, die im militärischen Bereich schon seit Ende der 40er-Jahre üblich ist. Denn Militärjets sind zu klein, um Treibstoff etwa für einen Flug über den Atlantik mitzunehmen. Während des Kalten Kriegs weilten mit Atombomben bestückte Jets pausenlos in der Luft, um den Luftraum allenfalls sofort verteidigen zu können.

Steuerung über Joystick

Nach dem Konzept des EU-Forschungsprojekts würden grosse Tankflugzeuge von Standorten unterwegs aufsteigen und in 10'000 Meter Höhe kreisen. Der Treibstoff würde für drei bis fünf Flugzeuge reichen. Bei optimaler Koordination wäre so eine Ersparnis bei einzelnen Flügen von 30 Prozent möglich. Realistischerweise gehen die Forscher jedoch von 20 Prozent aus. Doch bereits dies wäre ein Fortschritt, betont Manfriani. Er würde viel stärker ins Gewicht fallen als die Anschaffung modernerer Flugzeugtypen mit leichterer Bauweise und besserer Aerodynamik.

Eine Schwierigkeit liegt darin, dass Zivilpiloten normalerweise nicht gewohnt sind, so regelmässig und exakt zu fliegen, wie es für die Luftbetankung nötig ist. Der Beitrag, den das Zentrum für Aviatik zum Projekt leistete, bestand deshalb in der Automatisierung des Vorgangs. Der rund 12 Meter lange Stachel, durch den das Kerosin fliesst, soll mit einer Art Joystick gesteuert werden. Die Piloten der Passagierflugzeuge müssten so lediglich beobachten, ob alles klappt, und notfalls eine Abkoppelung auslösen. Um herauszufinden, wie Piloten auf das Szenario reagieren, entsandte das ZHAW-Team Flight Crews zu zwei Flugsimulatoren in Braunschweig und Amsterdam. Swiss-Piloten kamen einhellig zum Schluss, dass die Flugzeuge sicher gesteuert werden können.

Dennoch ist seit dem Abschluss des Projekts im letzten Jahr nicht viel gegangen. Zu diesem Zeitpunkt wisse man noch nicht, ob die Luftbetankung dereinst Realität werde, teilt die Medienverantwortliche des niederländischen Luft- und Raumfahrtslaboratoriums mit. «Es braucht noch weitere Forschung sowie den Einbezug von Treibstoffanbietern und anderen Beteiligten.»

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