Antrag
auf eine Projektwerkstatt
Name: AirTrak Airship
ProjektwerkstŠtten haben an der TU Berlin
eine lange Tradition. Studenten bekommen hier seit Ÿber 25 Jahren die
Mšglichkeit, eigenverantwortlich und selbststŠndig in Form eines eigenen
Projekts ihre Ideen und Vorstellungen umzusetzen. Dabei stehen RŠume, sowie ein
finanzieller Rahmen in Absprache mit den entsprechenden Fachgebieten, durch die
UniversitŠt zur VerfŸgung.
Am Institut fŸr Luft-und Raumfahrttechnik arbeiten Studierende verschiedenster
Fachrichtungen derzeit noch in der Projektwerkstatt ãIsoLuftschiffÒ.
Das Projekt umfasste dabei die Entwicklung eines innovativen, Ressourcen
schonenden und fernsteuerbaren Hei§luftschiffs. Die innovative HŸlle Dieses ist
damit in der Lage, im Vergleich zu anderen Leichter-als-Luft-Systemen nachhaltiger
und kostengŸnstiger betrieben zu werden. Aus diesem Grund soll das Isoluftschiff als technische Grundlage fŸr die neue
Projektwerkstatt eingesetzt werden. Hei§e Luft ersetzt das teure und nicht
Ÿberall verfŸgbare Helium. Die
UnabhŠngigkeit vom Helium als Traggas und damit eine
enorme FlexibilitŠt (Propangas als Heizgas gibt es weltweit) bietet das bereits
gefertigte Luftschiff.
Die Projektwerkstatt (PW) wird praktisch
und theoretisch gleicherma§en geprŠgt sein. Das Konzept wird in mehrere
Teilbereiche gegliedert sein, im Folgenden ãMilestonesÒ genannt. Milestones
beinhalten Themengebiete aus den verschiedenen an der TU angesiedelten
Fachbereichen. Die Mšglichkeit von Studienarbeiten oder Bachelorarbeiten wird
mehrfach geboten sein. Studierenden wird die Mšglichkeit geboten ihr erworbenes
Wissen in ihrem Fachgebiet in der PW an einem realen praktischen Projekt
anzuwenden, zu vertiefen und daraus ein Gewinn fŸr sich und das Projekt zu
erhalten.
Organisation
Zu Beginn jedes Semesters werden die Milestones
festgelegt. Diese haben praktischen oder theoretischen Charakter und werden in
kleinen Teams bearbeitet. Die Teams kšnnen unabhŠngig voneinander arbeiten,
sind aber im stŠndigen Informationsaustausch in Form von wšchentlichen
gemeinsamen Gruppentreffen. Nach dem erfolgreichen Bearbeiten der theoretischen
Milestones werden, in Form von Referaten, die Ergebnisse prŠsentiert. Erfolgreiche
praktische Milestones werden dokumentiert und der gesamten Gruppe vorgefŸhrt.
Bedeutende Ergebnisse werden šffentlich in Form von Plakaten oder VortrŠgen publik
gemacht.
Die Vergabe von mšglichen Leistungspunkten (LP)
bzw. wenn Ÿberhaupt auch die Anzahl derer, wird mit den zustŠndigen
Hochschullehrern und Kommissionen im Vorfeld ausgiebig besprochen. Sofern die
Studierenden LPÕs wŸnschen, werden sich die zwei Tutoren
um die notwendigen Formalien kŸmmern, sofern realisierbar.
Zu den Aufgaben der Tutoren gehšrt des
Weiteren die Organisation (Lehrplan erstellen, Lehrplan kontrollieren,
Milestones erstellen und kontrollieren, Gruppentreffen vorbereiten und
nachbereiten, Teamarbeit unterstŸtzen, Materialien beschaffen) zu Ÿbernehmen
und den erfolgreichen Ablauf und ZukunftsfŠhigkeit der PW zu gewŠhrleisten
(Kontakte zu potentiellen Interesserenten herstellen und pflegen, dazu u.a.
Besuch von Messen / Veranstaltungen / Institutionen).
Das
Konzept im Detail
Das neue Konzept und zugleich auch
Namensgeber fŸr die neue Projektwerkstatt hei§t LufttrŠgerkonzept (AirTrak Airship). Dieses soll sich in zwei Sparten
aufteilen. VordergrŸndig steht die UnterstŸtzung von Rettungsorganisationen bei
KatastropheneinsŠtzen. Daneben existiert die Mšglichkeit der Nutzung fŸr
unterschiedlichste Aspekte aus dem Angebot der Lehre an der TU. Mšgliche
Nutzungsmšglichkeiten werden im weiteren Verlauf aufgezeigt.
Eine militŠrische Nutzung wird generell
ausgeschlossen und wird weder angestrebt noch Anfragen diesbezŸglich bearbeitet!
Eine reine zivile Nutzung mit gemeinnŸtzigem Aspekt ist die Arbeitsgrundlage.
Ein LufttrŠger kann ferngesteuert oder
autonom gefahrlos fŸr Menschen, momentan oder dauerhaft, lebensfeindliche
Gebiete erreichen und verschiedenste Aufgaben erfŸllen. Bestandteil des
Konzeptes ist eine adaptive Nutzlastvorrichtung, die es ermšglicht in
schnellstmšglicher Zeit das Equipment zu wechseln (vgl. gro§e CNC Maschine mit
Werkzeugwechselvorrichtung). Je
nach Katastrophenart kann man den LufttrŠger schnellstmšglich ausrŸsten. Der
Vergleich mit einem Multitool (Schweizer Taschenmesser) ist durchaus
angebracht.
Aerodynamische FluggerŠte (Flugzeuge,
Hubschrauber) leiden unter dem Problem, dass sie ihre Hšhe bzw. eine stationŠre
Position nur dann halten kšnnen, wenn sie ihre Antriebsleistung dafŸr einsetzen.
Somit sind sie denkbar ungŸnstig, wenn es um stationŠre Aufgaben geht. Hier
kann unser Konzept punkten. Ein Aerostat benštigt nur vergleichsweise sehr
wenig Leistung um die Hšhe bzw. Position zu halten.
Vorteile der Grundlage
á
Isolierung der HŸlle -> 50% lŠngere Flugdauer bei
gleicher Menge Brennstoff
á
flexibles Nutzlastkonzept
(XX% Flugzeit | XX%
Brennstoff | XX% elektrische Energie in Summe 100%)
á
schnelles Auf- und AbrŸsten
á
preiswerte Betriebskosten (Vergleich Propan – Helium)
Abgrenzung zu einem Quadrokopter
á
hšhere Nutzlast
á
hšhere stationŠre Ausdauer
á
kleinste Transportabmessungen (passt in einen Kofferraum,
keine starren Teile)
á
MassentrŠgheit auf Grund der Grš§e ermšglicht einfache
autonome Steuerung sowie vibrationsfreie BildŸbertragung und –aufnahme
Ein mšgliches Katastrophenszenario wird im Folgenden eršrtert und wie
das
AirTrak Airship dabei hilfreich zur
Seite stehen kann:
Exemplarisches
Vorgehen
Folgendes Krisenszenario: Waldbrand
Zu Beginn steht die UmrŸstung auf das
notwendige Werkzeug (was die Experten benštigen) am LuftschifftrŠger.
Um mšglichst einen realistischen Eindruck
zu erhalten, werden in Zusammenarbeit mit der Feuerwehr mšgliche
Missionsparameter bestimmt.
á
Missionsparameter bestimmen (Aufstiegsort, stationŠrer
Aufenthaltspunkt oder Flugroute, Abstiegsort)
á
Missionsart: †berwachung / Messung / Koordinierung
á
Missionsdauer: je nach LŠnge wird die BefŸllmenge
errechnet bzw. Anzahl der Neubetankungen
á
Steuerung: autonom oder manuell
Nach erfolgter Bestimmung aller notwendigen
Parameter, zusammen mit den Experten, geht es an die theoretische Ausarbeitung
fŸr das Szenario. Danach erfolgt die praktische Umsetzung in der Umwelt. Ein
Brand wird hierzu nur simuliert. In Anwesenheit von Experten, hier der
Feuerwehr, wird eine detaillierte Auswertung vorgenommen, die mšgliche
SchwŠchen des theoretischen Ablaufs offenbart. Nach †berarbeitung derer erfolgt
ein weiterer Probelauf. Wenn der Ablauf als sicher und optimiert gilt, wird
hierzu eine Dokumentation angefertigt welche die jeweilige Rettungsbehšrde als
Handbuch benutzen kann.
Ein Milestone besteht aus dem theoretischen
und praktischen Bearbeiten eines Krisenszenarios. Der Umfang umfasst ein
Semester mindestens. Milestones mit nicht Katastrophencharakter kšnnen auch
weniger Umfang besitzen, bspw:
Exemplarisches
Vorgehen
Folgendes Szenario: Geologische Vermessung
Zu Beginn steht die UmrŸstung auf das
notwendige Vermessungsequipment (was die Experten benštigen) am
LuftschifftrŠger.
á
Missionsparameter bestimmen (Aufstiegsort, Flugroute,
Abstiegsort)
á
Missionsart: Vermessung
á
Missionsdauer: je nach LŠnge wird die BefŸllmenge
errechnet bzw. Anzahl der Neubetankungen
á
Steuerung: autonom
Nach erfolgter Bestimmung aller notwendigen
Parameter, zusammen mit den Experten, geht es an die theoretische Ausarbeitung
fŸr das Szenario. Danach erfolgt die praktische Umsetzung auf dem zu
vermessenden GelŠnde. Eine †berprŸfung mit zuvor verwenden Hilfsmittel kann die
EinsatzfŠhigkeit fŸr das Szenario verifizieren. Anschlie§end wird auch hierzu
eine Dokumentation angefertigt welche fŸr die kommenden Vermessungen verwendet
werden kann.
Allein aus den zwei angefŸhrten Beispielen
wird deutlich, dass das Konzept zukunftsfŠhig und vielseitig adaptierbar ist
und somit auch langfristig ein innovativer Bestandteil der Lehre an der TU
Berlin werden kann.
Exemplarisch seien hier nur momentane im GedŠchtnis schwirrende
Szenarien angefŸhrt:
Mšgliche
Anwendungsgebiete
á Kamera- und
Kommunikationsplattform fŸr Veranstaltungen, z.B. zur stationŠren Beobachtung
von oben (siehe: Verhinderung Menschenstau im Tunnel :Love-Parade)
á zur
Verkehrsregelung (siehe: franzšsisches Polizeiluftschiff[1]
)
á †berwachung
(Waldbrand)
á Messungen
(meteorologische Daten)
á Vermessungen
(geologisch), Energetisch an GebŠuden mittels WŠrmekamera
á Technische
†berwachung (bspw. PipelineŸberwachung [2])
o
Mittels GIS
UnterstŸtzung lie§e sich eine preiswerte Kontrolle vom gesamten Pipelinenetz in
Deutschland realisieren. Dazu wŸrde der LufttrŠger mit den Sensoren
ausgestattet und fliegt autonom GPS und GIS gesteuert die Pipelines entlang.
á
Hilfsmittel fŸr Organisationen wie
o
Feuerwehr
o
Technisches Hilfswerk
o
Polizei ggf. DRK
á
Zusammenarbeit mit der UdK, dass AirTrak Airship als
Kunstobjekt
Das AirTrak Airship profitiert von in den letzten Jahren gewonnen
Erkenntnissen der ProjektwerkstŠtten, die sich mit Luftschiffen auseinander
gesetzt haben. Des Weiteren ermšglichen neue Technologie damals ungeahnte
Mšglichkeiten, die unser Konzept realisierbar machen.
Technologie
– Aspekte
á
Weltweit einzigartiger Einsatz von isoliertem HŸllenmaterial
im Luftschiffbau
á
Manuelle Steuerung mit sicherer 2,4 GHz
Fernsteuerungstechnologie, dadurch hohe Ausfallsicherheit und gro§e Reichweite
bis zur Sichtgrenze
á
Autonome Steuerung lŠsst sich durch heutige OpenSource GPS Systeme (bspw. ArduinoPilot[3])
preiswert und flexibel realisieren. Am Boden werden mehrere Fixpunkte
eingespeichert und das AirTrak Airship
fliegt autonom die zuvor einprogrammierte Route ab.
á
Einsatz von angepasster FunkvideoŸbertragung kann dem Piloten
einen Blick von oben auf das GelŠnde geben.
á
Einsatz eines gekoppelten Systems aus GPS und Druckmessung
in Kombination mit einer automatisierten Hšhenregulierung ermšglicht ein sehr
prŠzises Position bzw. Hšhehalten, dass bspw. genutzt werden kann fŸr
PrŠzisionsmessungen.
Motivation
Studierende sollen im Rahmen der
Hochschulausbildung die Mšglichkeit erhalten, ihre praktischen Kenntnisse in
selbst ausgesuchten Projekten umzusetzen. Die ProjektwerkstŠtten bieten hierzu
wie kein anderes Instrument die beste Gelegenheit.
Die gewonnen Erkenntnisse und Leistungen
der abgeschlossenen Projektwerkstatt ãIsoLuftschiffÒ sollen erhalten bleiben
und in eine neue Projektwerkstatt einflie§en.
Alle beteiligten Studierenden sehen einer
WeiterfŸhrung ihres bisher Geschaffenen positiv entgegen.
Aspekte
der Lehre
Einige technologischen Aspekte sind noch
nicht Bestandteil der Ÿbernommenen Grundlage. Daher bietet die PW die
Mšglichkeit fŸr die Studierenden mittels Studienarbeiten oder gar
Bachelorarbeiten die Entwicklung entscheidend voranzutreiben. Denkbar wŠren
hier Themengebiete wie:
á Informatik ->
Bau und Adaption eines GPS Systems
á Informatik ->
Bau einer Druckmessung
á Technische
Informatik / Elektrotechnik -> Kombination beider System zu einem
Hšhenregulierungssystem
á Bauingenieure ->
Entwurf eines leichteren TrŠgersystems, bspw. aus Bambus -> Zusammenarbeit
mit der PW Nabu
á Luft- und
Raumfahrtingenieure -> Verbesserung der Aerodynamik und Manšvrierbarkeit fŸr
zukŸnftige AirTrak AirshipÕs.
á Geologen -> GIS
Datengewinnung weltweit
á Energietechniker
-> mittels WŠrmebildkamera einen Energiepass fŸr die TU Berlin erstellen
á BWL ->
Wirtschaftsplan erstellen fŸr eine FirmengrŸndung
Zukunft
Ausgehend von den erzielten Ergebnissen und
Erfahrungen bzgl. der Akzeptanz des AirTrak AirshipÕs wŠre eine GrŸndung einer Firma denkbar. Die Firmen kann dabei auf das gewonnene Know-How zurŸckgreifen.
Sofern ein erstellter Businessplan zukunftsfŠhig erscheint, wŠre eine GrŸndung
mittels GrŸnderinitiative an der TU Berlin wŸnschenswert. Studierenden hŠtten
somit die Mšglichkeit bspw. Praktika, Studienarbeiten oder auch Bachelor o.
Masterarbeiten zu schreiben in der Firma zu schreiben. Die Vielfalt der
Anwendungsmšglichkeiten lŠsst auch Ÿber den angesetzten Zeitraum von zwei
Jahren hinaus noch einiges an Entwicklungspotential zu. Somit besteht die
Mšglichkeit der Uni etwas von dem investierten zurŸckzugeben und in die Lehre
einflie§en zu lassen.
Ziele
á
Umbau des IsoLuftschiffÔs auf das
LufttrŠgerkonzept
á
Erprobung der EinsatzfŠhigkeit AirTrak AirshipÕs in verschiedenen Szenarien (siehe
Mšgliche Anwendungsfelder)
á
Entwicklung – und Weiterentwicklung einer autonomen
Steuerung
á
Anfertigen eines Handbuches fŸr die erprobten Szenarien
Zielgruppe
Studierende
der FakultŠten 5 & 6
á Luft- und
Raumfahrttechnik
á Informatik /
technische Informatik
á Elektrotechnik
á Energietechnik
á Geologen
á Bauwesen
á Mechanik
á BWL
á und weitere É
Die Studierenden sollen in Eigenregie unter
vorheriger Zielsetzung arbeiten kšnnen. Daher wŠre eine Teilnahmeempfehlung ab
dem 3. Semester auszusprechen.
Milestones
á Umbau und
Endmontage des IsoLuftschiffÔs auf das neue Konzept
á u.U.
Neukonstruktion des T-TrŠgers unter dem Luftschiff fŸr variable Equipment
Aufnahme
á Erprobung der
LeistungsfŠhigkeit & Ausdauerleistung
á Szenarien:
Waldbrand, Vermessung, Messung
á Dokumentation aller
Erkenntnisse und Erfahrungen
Abschlussbericht
á
komplette Erprobung des AirTrak Airship
á
Handbuch
á
Chancen fŸr das AirTrak Airship in der Zukunft
Umfang
der Projektwerkstatt
á
2 Tutoren mit jeweils 40 SWS
á
Mšglichkeit fŸr Teilnehmer LP Punkte zu erhalten (mit
Benotung o. ohne)
Beginn
der Projektwerkstatt
á
WS 2011
Ende
der Projektwerkstatt
á
WS 2013
Finanzierungsplan
á
Siehe Anhang