Autonome UAV-Schwärme für die permanente Überwachung

Eine Ergänzung zur Videoüberwachung im Bodenbereich durch CCTV-Videoüberwachungskameras stellt die optische Luftaufklärung dar – entweder über unbemannte Fluggeräte (UAVs), Luftschiffe für große Höhen (High Altitude Airships (HAA)) oder über Satelliten.

Ursprünglich für die Militärs und Spezialeinheiten entwickelt, um feindliches Gebiet auszuspähen, den Soldaten auf dem Schlachtfeld eine Voraussicht zu ermöglichen oder Raketen und Bomben auf spezielle Einzelziele abzufeuern, ohne hohe Verluste beim menschlichen Personal zu riskieren, haben längst Polizeibehörden und Geheimdienste die UAVs für sich entdeckt, um Stadtviertel, Großereignisse und Treffpunkte ohne Manneinsatz zu überwachen.

Den meisten UAVs, die zur Zeit in der Luft unterwegs sind, werden entweder Flugrouten einprogrammiert, die sie stoisch und autonom abfliegen oder sie müssen von menschlichen Operatoren per Funk gesteuert werden. Sie sind meistens mit einer Videoüberwachungskamera ausgestattet, die ein begrenztes Gebiet erfassen und dies auch nur für den Augenblick des Überflugs. Wenn ihnen der Sprit ausgeht oder ein Defekt auftritt, kehren sie autonom oder gesteuert wieder zur Basis zurück oder stürzen ab und es muss ein neues UAV gestartet werden.

Deshalb gibt es eine Reihe von Entwicklungen, die UAVs dazu befähigen sollen, größere Gebiete zu erfassen, ein bestimmtes Gebiet permanent oder kontinuierlich zu überwachen und die Bariiere der Energieversorgung zu überwinden: Mehrere UAVs werden zu Schwärmen vernetzt und zusammengeschaltet, so dass eine Steuereinheit oder Flugoperator viele UAVs zugleich steuern und mit den multiplen Kameras auch ein größeres Gebiet erfassen kann. Die mittels Rotoren vertikal startenden UAVs (VTOL UAV, Vertical Takeoff and Landing Unmanned Aerial Vehicle) können statt der den Marschflugkörpern ähnelden Drohnen ähnlich wie Helikopter für die Dauer ihrer Mission über dem Überwachungsgebiet fixiert werden, um dessen kontinierliche Überwachung zu gewährleisten. Mit Brennstoffzellen und Solarenergietechnik ausgestattete UAVs sind nicht mehr abhängig von Flugbenzin zur Energieversorgung und können so theoretisch monatelang in der Luft bleiben.

Das UAV SWARM Health Management Projekt am MIT unterhält in Kooperation mit Boeing Phantom Works eine Testplattform, die einige dieser Entwicklungen umsetzt und Grundlagen schafft, damit Militär und Sicherheitsbehörden zukünftig autonome UAV Schwarmflotten einsetzen können.

In der Pressemitteilung MIT's intelligent aircraft fly, cooperate autonomously wird kurz erklärt, um was es den Wissenschaftlern des MIT Projekts geht: Die Testplattform des MIT Projekts besteht aus vier kleinen UAVs, die über vier Rotoren senkrecht starten und auf einer Stelle verharren können. Als ich vor zwei Jahren über die kleinen und großen UAVs für kleine und große Leute der Firma draganfly schrieb, fand ich die dort vorgestellten UAVs für das "Privatvergnügen" noch skurril und makaber. Heute tauchen sie wieder bei dem MIT Projekt für das AFOSR auf: Zusätzlich werden Fahrzeugmodelle als unbemannte, autonome Bodenfahrzeuge (UGVs, unmanned ground vehicle) betrieben. Repräsentieren sie fremde Objekte, wird mit ihnen die Leistung der UAVs getestet, neue Ziele zu erkennen. Sind sie Partner im gemeinsamen Netzwerk, wird die Koordinations- und Kommunikationsleistung der UAVs erprobt. Alle UAVs und UGVs werden über eigene Computer gesteuert und miteinander vernetzt. Über die eingesetzte Flugsoftware und ein Positionierungssystem für Innenräume von Vicon fliegen und orientieren sich die UAVs fast wie von selbst, ein menschlicher Bediener, der manuell eingreifen will, benötigt keine Erfahrung mit Flug- und Steuerungstechniken. Neben der manuellen Steuerung kann ein automatischer Aufgabenmanager Aufgaben wie Fliege zu Positionspunkt A, Schwebe über Gebiet B, Untersuche Region C, Identifiziere und verfolge Objekt D an die UAVs delegieren und koordinieren.

Mit zwei Besonderheiten wartet das Projekt ebenfalls auf: Wie in der Pressemitteilung hervorgehoben wird, hat das MIT einen Meilenstein für den autonomen Flug von UAVs erreicht. Mit einer Videokamera und dem Steuercomputer konnte ein UAV in Echtzeit ein fahrendes UGV erkennen, die Distanz abschätzen und auf ihm landen. Zukünftige UAVs außerhalb des Labors werden also fahrende Fahrzeuge nicht nur erkennen und verfolgen, sondern auch auf ihnen landen können, was zur Energieeinsparung und zur Verwendung mit mobilen Überwachungseinheiten genutzt werden kann.

Außerdem wurde ein separates Lande- und Wartungssystem entwickelt, von dem ich das erste Mal im Zusammenhang mit UAVs höre.
Die UAVs selbst verwenden eine Monitoring-Software, die überprüft, wann ein UAV eine neue Aufladung ihrer Batterien benötigt oder ob ein technischer Defekt aufgetreten ist. Ist das der Fall, kehrt das UAV zu einer automatischen Dockstation zurück, in der vom Kontrollcomputer entschieden wird, ob das ausgefallende UAV sofort durch ein neues UAV ersetzt wird oder ob das UAV eine Aufladung benötigt, die dann in der Dockstation vorgenommen wird.

Ein Szenario für die Realwelt, das sich aus dem MIT Projekt ergibt:

In der Zukunft brauchen Sicherheitsbehörden nicht mehr zu der Örtlichkeit der Überwachungsmission fahren, um dort von Hand oder per Rampe ein UAV zu starten und permanent selbst steuern. Es gibt keine zeitlichen und räumlichen Begrenzungen durch den Ausfall eines eingesetzten UAVs aufgrund einer Betriebsstörung oder eines leeren Tanks. Neben stationären CCTV-Videoüberwachungskameras in den Städten sind auf den Dächern der Kontrollzentren automatische UAV-Stationen installiert, von denen UAV-Schwärme starten und landen, um so große Gebiete permanent zu überwachen. Einzelne UAVs können zu Dockstationen mobiler Überwachungstransporter abkommandiert werden und von dort zusätzliche Überwachungsaufgaben erfüllen. Aber bisher findet das Vorspiel noch im Labor statt.