Aachen - Der simulierte Flieger landet schon leiser

Der simulierte Flieger landet schon leiser

Von: Axel Borrenkott
Letzte Aktualisierung:
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In den Daten: Mit 3-D-Brille und Joystick kann man sich im „Cave”, einem speziellen Raum des Rechenzentrums der RWTH, mitten in die virtuelle Realität begeben. Das Bild aus dem Projekt „Vatts” zeigt den simulierten spiralförmigen Landeanflug auf einen Flughafen. Foto: Bernd Hentschel

Aachen. Bis ein Flugzeug endlich gelandet ist, macht es ziemlich viel Lärm. Einflugschneise ist nicht umsonst ein berüchtigtes Wort und kein angenehmer Ort zum Wohnen. Man könnte diesen Lärm verlagern: wenn Flugzeuge nicht in einer langen geraden Schneise von bis zu 20 Kilometern, sondern in einer Spirale außerhalb von Wohngebieten anfliegen.

Wie die lärmgünstigste Flugroute aussähe, wird in Aachen getestet. Nein, nicht wirklich. Die Airbusse und Boeings landen virtuell, im Rechenzentrum der RWTH.

Simulation heißt das Zauberwort. In immer mehr Bereichen der Forschung, aber auch der Wirtschaft werden Vorgänge und Abläufe aller Art simuliert, vor einem oder anstelle eines aufwendigen und möglicherweise sehr riskanten Tests in der Realität. Simulation ist im Grunde Mathematik, gerechnete Wirklichkeit. Bewegungen im Sport, Industrieproduktionen, Blutkreisläufe, Autoverkehr, Wetter, Börsenkurse - oder eben Flugrouten.

Im Spiralanflug

Das besonders Reizvolle ist, wenn solche Vorgänge nicht nur zwei- oder dreidimensional auf dem Computerbildschirm visualisiert, sichtbar gemacht werden, sondern wenn man gleichsam inmitten dieser Daten-Realität stehen und sie beobachten kann. Eben dies ist, jedenfalls in beeindruckenden Ansätzen, im sogenannten Cave des Zentrums für Virtuelle Realität (VRCA) der RWTH möglich. Cave steht für Cave Automatic Virtual Environment, etwa: Höhle mit automatisierter, virtueller Umwelt.

In dieser etwa 30 Kubikmeter großen Höhle der Virtualität - demnächst gibt es eine weit größere - fliegen also Flugzeuge aus einer Höhe von fünf Kilometern in einer Spirale mit einem Durchmesser von 50 Kilometern auf einen Flughafen zu. Erkennbar ist auf dem Boden eine Landschaft um Braunschweig herum, wo solche Spiralanflüge auf den dortigen Airport vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) auch real getestet werden.

Je lauter, desto roter

Man bewegt sich in diesem Raum mit einer speziellen Brille, die dreidimensionales Sehen um 360 Grad ermöglicht sowie eine scheinbare Bewegung inmitten des projizierten Geschehens. Man begibt sich sozusagen „in die Daten hinein”. Man kann also gleichsam auf das Flugzeug zugehen, ihm ausweichen oder es um einen herum fliegen lassen. Eine gewisse Lust am Spielerischen gehört schon auch zu solchen Demonstrationen.

Eigentlich geht es um die Ausbreitung des Lärms, den das zur Landung ansetzende Flugzeug je nach Höhe und Position in der Luft auf dem Boden verursacht. Dieser sich laufend verändernde Lärmteppich kann vorläufig allerdings nicht hörbar gemacht, sondern nur als Ausbreitung von Farbflächen veranschaulicht werden: je roter, desto lauter, je grüner, desto leiser wäre es.

Prof. Torsten Kuhlen, Geschäftsführer des VRCA-Zentrums, nennt das selber „fairerweise eine Farbmogelei”. Doch bis man hinreichend akustisch illusionieren kann, wie sich der Flieger auf dem Feld oder im Wohnzimmer anhört, wird noch etwas Zeit vergehen. Eine perfekte Simulation wird es dennoch nie geben. Was man hört und sieht, werden immer nur errechnete Illusionen aus dem Computer sein. Die ganzheitliche Wahrnehmung des Gehirns wird man wohl nie imitieren können. „In zwei Jahren” aber, sagt Kuhlen, „können wir erste einfache akustische Simulationen herstellen.”

Die Simulation des Lärm-Fußabdrucks ist Teil und erste Anwendung des Projekts „Virtuelle Flugverkehrssimulation” (VATTS). Fünf „eigentlich sehr fremde” Institute der RWTH arbeiten darin zusammen. Außer um Lärm geht es um die Darstellung von Kraftstoffverbrauch, Emission von Stickstoff und CO2-Einfluss des Wetters und der - für den Sicherheitsabstand wichtigen - Wirbelschleppen, die Flugzeuge hinter sich herziehen. Die Komplexität des Modells wird schrittweise gesteigert und am Ende auch die wechselseitige Beeinflussung mehrerer Flugzeuge umfassen.

Die Idee „das ganze Verkehrsgeschehen in der Nähe eines Flughafens abzubilden”, lieferte das Institut für Luft- und Raumfahrt mit seinem damaligen Chef Prof. Rolf Henke, der inzwischen in den Vorstand des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gewechselt ist. Beteiligt sind außerdem, neben Kuhlens Virtualitäts-Zentrum, der Klimaforscher Prof. Christoph Schneider, Prof. Johannes Reichmuth (Flughafenwesen) und Prof. Michael Vorländer (Institut für Technische Akustik). Finanziert wird das Ganze über ein besonderes Förderungsmodell der RWTH im Rahmen der Exzellenzinitiative (Programm ERS.

In vielleicht fünf Jahren hofft man in de Lage zu sein, mit der virtuellen Luftverkehrs-Simulation Bürgern, Lärmschutz-Initiativen, Flughafenbauern, Klimaforschern und anderen Wissenschaftlern vorführen zu können, welche Auswirkungen diese oder jene Maßnahme um einen Flughafen herum haben würde. „Bis auf den Geruch können wir alle Sinne ansprechen”, sagt Henke.

Es geht auch um Akzeptanz

Letzten Endes geht es um harte Fakten, um Kosten, Gebühren und Akzeptanz. „Die Ergebnisse können zu neuen Anflugverfahren führen, die geräusch- und emissionsärmer sind, aber die Kapazitäten von Flughäfen erhöhen.

Doch bis dahin muss auch in der Realität noch einiges gelöst werden: Bislang bedeutet nämlich weniger Lärm auch mehr Kraftstoff und damit mehr Schadstoffbelastung.

ERS-Programm der TH: Es darf riskiert werden

Im Projekt Virtuelle Flugverkehrssimulation (VATTS) der RWTH wird das Verhalten von Flugzeugen unter bestimmten Bedingungen simuliert. Wie viel Kraftstoff sie verbrauchen oder welchen Lärm sie je nach Anflugart verursachen. Ziel ist, den Verkehr um einen Airport herum, also auch für die Anwohner zu optimieren.

Gefördert wird das Projekt aus einem besonderen Topf der Hochschule für „risikofreundliche Förderung” von interdisziplinärer Forschung. Der im Rahmen der Exzellenzinitiative eingerichtete „Exploratory Research Space” (ERS) unterstützt Ideen, die in ihrem frühen Stadium keine Finanzierung von außen bekommen würden - mit diesem internen Anschub aber eben diese Chance auf Drittmittel haben.

72 Projekte mit einem Volumen von 3,5 Millionen Euro wurden so in den vergangenen drei Jahren auf den Weg gebracht. 14 dieser Vorhaben wurden mit nochmals sechs Millionen Euro weiter gefördert. Geschäftsführerin der ERS ist Dr. Elke Müller.
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