In Deutschland wird die Spitzenforschung der Luftfahrt bereits seit über 30 Jahren zentral gefördert, sowohl durch Bundesmittel als auch durch einen Wissenstransfer und eine zielgerichtete Vernetzung der Forschenden. Als Basis dieser Arbeit dient die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo, die Sie als neue, überarbeitete Version der Luftfahrtforschungsstrategie von 2014 in diesem Moment lesen. Sie wurde durch zahlreiche Bedarfsanalysen und die Formulierung klarer Ziele entwickelt. Um fundierte Entscheidungen zu treffen, haben umfassende Recherchen und die Einbeziehung relevanter Stakeholder stattgefunden.
Im Rahmen der Ausarbeitung der Neuausrichtung des LuFo wurden sowohl Forschungsbedarfe als auch Notwendigkeiten zu politischen Maßnahmen identifiziert. Hierdurch können die aktuellen Herausforderungen gemeinsam mit unseren Partnern angegangen werden. Für eine klimafreundliche und vernetzte Welt sowie einen starken Wirtschaftsstandort Deutschland.
Dies umfasst ein breites Spektrum, das neben Technologieentwicklungen am Fluggerät oder der plattformunabhängigen Werkstoffentwicklung auch die Vernetzung der Forschungspartner, die Schaffung resilienter und wettbewerbsfähiger Lieferketten in der Luftfahrt oder die Steuerung der Nutzung von Bodentestinfrastrukturen sieht. Auch Themen wie die Arbeit in EU- bzw. Internationalen Gremien und die Weiterentwicklung von Zertifizierungsinstrumenten werden in der Neuausrichtung des LuFo beachtet. Diese Aspekte sind in ihrer Gesamtheit wichtig, um die technologischen Entwicklungen zuverlässig umsetzen zu können.
Die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo hat zum Ziel, Bedingungen zu schaffen, in denen sich die Technologien entfalten können und wechselseitige Verflechtungen beachtet werden. Hierbei berücksichtigen die Neuaurichtung des LuFo sowohl kurzfristige als auch langfristige Zeithorizonte.
Das Ziel ist es, die Industrie und Wissenschaft mittels Beratung, Vernetzung und Fördermittel zu befähigen, Spitzentechnologien zu etablieren.
Die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo berücksichtigt, dass einzelne Themen zwar recht plattformorientiert sind, es hierbei jedoch viele Forschungsaspekte gibt, die für mehrere Plattformen relevant sind.
Dies sind zum Beispiel:
Diese Themen sind sowohl in der klassischen Luftfahrt, als auch im IAM-Bereich für die bemannte und unbemannte Luftfahrt vorzufinden. Im Rahmen der Neuausrichtung des LuFo wird somit empfohlen, zukünftig durch offen gestaltete Ausschreibungen unnötige Doppelarbeiten zu vermeiden und plattformübergreifende Synergien zu schaffen, die in der gemeinsamen Zukunft aller Plattformen wichtig sind.
Bezüglich der Einbindung von militärischen Themen umfasst die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms den Ansatz, dass sie auf zivile Technologien ausgerichtet ist, jedoch in allen Technologiebereichen die Dual Use-Fähigkeit mitbetrachtet. Gerade im Themenbereich Hubschrauber sind die Möglichkeiten einer militärischen Anwendung fließend.
Bei der strategischen Festlegung der Technologiebereiche und -ziele wurde insbesondere auch beachtet, dass bei zahlreichen Anwendungsgebieten eine Anpassung der Gesetzgebung notwendig wird, beispielsweise bei der Ausgestaltung der Experimentierklausel für Reallabore. Ein anderes Beispiel ist die enge Einbindung des Luftfahrtbundesamtes bei der Erforschung von Drohnen, um durch Aufstiegsgenehmigungen von bis zu 9 Monaten Dauer die Forschungsprozesse resilienter zu gestalten und zu beschleunigen.
Alle Technologien aus der Neuausrichtung des LuFo werden zu radikalen Änderungen am Markt führen, die neue Rahmenbedingen erforderlich machen. Es wird notwendig werden, ICAO-Randbedingungen neu zu definieren und Fluggesellschaften zu motivieren, neue Regionalflugzeugarten in ihre Flotten aufzunehmen. Hierfür wiederum sind auch rechtliche und betriebswirtschaftliche Aspekte zu beachten.
Der Erfolg des Luftfahrtforschungsprogramms basiert im Wesentlichen auch auf der Bildung von starken Konsortien, die sowohl Industrie als auch KMU, Universitäten und Großforschungseinrichtungen einbindet. Die Komplexität der Forschungsfelder und der Luftfahrtbranche bringt es mit sich, dass sich die Forschungsgemeinschaft zusammenschließen muss, um gemeinsam die Herausforderungen stemmen zu können. Dies muss zentral durch den Bund unterstützt werden. Die Neuausrichtung des LuFo sieht eine Weiterführung dieser Konsortienbildung als wesentliche Kernkompetenz der deutschen Luftfahrtforschung, die unbedingt weitergeführt werden muss. Gerade auch die Fortführung des Modells, das unterschiedliche Konsortialführer vorsieht, die nicht nur aus der Industrie, sondern auch aus wissenschaftlichen Einrichtungen kommen, führt zu einer Stärkung der multidisziplinären Kompetenz, ebenso wie zu einer Erhöhung der Forschungsreichweite durch komplexere und relevantere Forschungsfragen. Auch die Möglichkeit der technologieoffenen Begleitung aller in der Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms dargestellten Themen durch Großforschungseinrichtungen in Deutschland bieten der deutschen Luftfahrtforschungsgemeinschaft einen zentralen Mehrwert.
Weiterhin ist eine Etablierung starker kollaborativer Konsortien sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene über alle Technology Readiness Level (TRL) notwendig. Die aktuellen EU-Fördermodelle zielen im Wesentlichen auf hohe TRL (TRL 4 – 6), so dass unter anderem das Luftfahrtforschungsprogramm sich in der Pflicht sieht, die „Pipeline“ aus nachkommenden Technologien (TRL 1 – 3) durch eine kollaborative, internationale Forschungsförderung zu ermöglichen. Gerade in Hinblick auf die durch das AREANA Projekt ermöglichten internationalen Kooperation sieht die Neuausrichtung des LuFo somit starke bi- und multi-laterale Fördermodelle zwischen den kooperierenden Staaten vor, um kollaborative Projekte zu fördern. Diese sind insbesondere in den Themengebieten H2, SAF und U-Space unabdingbar. Diese internationalen Forschungsnetzwerke erfordern jedoch eine hohe Transparenz der angedachten Strategien sowie Partnerschaften der Nationen, um zu ermöglichen, dass die Forschenden nicht durch einen plötzlichen Call überrascht werden, sondern die Möglichkeit haben, sich gut thematisch vorzubereiten.
Die innovativsten Beiträge kommen häufig nicht von den großen Original Equipment Manufacturern (OEM), sondern von den Start-Ups und den KMU. Diese haben jedoch teilweise Probleme beim Eigenkapital, wodurch sie verstärkt in allen TRL Leveln, von der Grundlagenforschung bis hin zur anschließenden Industrialisierung, auf externe Finanzmittel angewiesen sind. In der aktuellen Situation haben die Start-Ups jedoch vermehrt Probleme, ausreichend Risikokapital zu finden. Gerade für die besonders betroffene Zielgruppe der KMU und Start-Ups hat der Bund eine KMU Beratung Luftfahrt gegründet, die durch ein gezieltes Informations- und Beratungsangebot eine kostenlose Unterstützungsmöglichkeit anbietet und die KMU dabei unterstützt, sich zu befähigen, um Zulassungsprozesse in der Luftfahrt zu durchlaufen.
Ein Beispiel für eine wirkungsvolle Zusammenarbeit von KMU im Luftfahrtforschungsnetzwerk wäre die Unterstützung einer KI-Entwicklung durch Industriedaten zum Training der Algorithmen. So könnten KI-Startups in die Entwicklung von Security-Themen -Mechanismen in der Luftfahrt unkompliziert und zielgerichtet eingebunden werden.
Die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo ermöglicht Brückentechnologien und innovative Lösungen. Entscheidend für die Umsetzung der Ziele der Bundesregierung ist anschließend die Verwertung und die Kommunikation der Forschungsergebnisse.
Es wird zwei Forschungs- und Entwicklungsstränge geben, einen Strang für Innovative Basistechnologien, sowie einen Strang für Fossilfreie Technologien zur Dekarbonisierung der Luftfahrt.
Die neue Ausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms werden durch die drei folgenden übergeordneten Eigenschaften gekennzeichnet sein: robust, realistisch, innovativ.
Die regulären Forschungen in den innovativen Basistechnologien bilden den Fokus mit konkreten Technolgieentwicklungen für den existierenden Markt. Gemäß einer No- Regret-Strategie sollen hier die Schwerpunkte auf Technologien zur Gewichtsreduzierung, Kostenreduzierung, Hochratenfähigkeit und Fertigung, Kostensenkung, Verbesserung der Aerodynamik sowie Reduzierung des Energieverbrauchs gesetzt werden. Diese Technologien besitzen Dual-Use-Potentiale, die gleichzeitig für das klimaneutrale Fliegen eine notwendige Voraussetzung sein werden.
Die komplexere und risikoreichere Forschung für elektrisches und hybrid-elektrisches Fliegen sind in der Luftfahrt weitgehend Neuland, für die bisher keine Zertifizierungsverfahren vorhanden sind. Eine Entwicklung vom Einfachen zum Herausfordernden, als von kleinen hin zu immer größeren Flugzeugklassen, ist daher angezeigt. Dies gewährleistet die Chance von Zwischenzielen, um Marktperspektiven in verkraftbaren Entwicklungszeitspannen zu schaffen. Die Strategie, die hierbei verfolgt wird, ist eine Bottom-Up Strategie. Konkret fängt das bei Drohnen und UAV-Technologien an, bei denen viele Tech-Elemente bereits heute realistische Marktpotenziale haben. Dazu kommen Fähigkeiten zu Automatisierung und autonome Funktionen. Auf diese Weise werden wichtige Erfahrungen gewonnen, um auch die nächsten Flugzeugklassen von Commuter-, Regional- bis hin zu Kurz-, Mittel- und Langstreckenflugzeugen klimaneutral herstellen zu können. Die Anforderungen wachsen mit den Klassen. Mittel- und Langstreckenflugzeuge haben den höchsten Entwicklungsaufwand. Nach aktuellen Schätzungen ist hier mit einem EIS (Entry Into Service) nicht vor 2060 zu rechnen.
Öffentlich gestützte Fördermaßnahmen im Luftfahrtforschungsprogramm richten sich dabei am Innovationsgrad mit Wertschöpfungspotential in Deutschland aus, durch das ebenfalls die Wettbewerbsfähigkeit der nationalen Branche gestärkt wird. Es geht um Technologieentwicklungen, die ohne Fördermaßnahmen entweder zu spät oder gar nicht erfolgen würden. Dies betrifft insbesondere Technologien für das klimaneutrale Fliegen, den Ressourcenschutz und Rohstoffe.
Zusammenfassend lässt sich die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo als Kombination zweier Strategieelemente beschreiben: 1. No Regret-Strategie für den ersten Strang (konventionell) sowie 2. Bottom-up für den zweiten Strang disruptiv, da der Entwicklungshorizont des disruptiven Strangs noch weit in der Zukunft liegt.
Der Druck zur Minimierung der Umweltwirkung von Flugzeugen wird wahrscheinlich in Zukunft weiterhin wachsen. Gleichzeitig muss die Luftfahrzeug-Technologie bezahlbar bzw. wirtschaftlich konkurrenzfähig bleiben. Die Neuausrichtung des LuFo muss beiden Aspekten Rechnung tragen. Das klimaneutrale, effiziente, sicherere, leise und konkurrenzfähige Flugzeug ist die Richtung, in die die Forschungsanstrengungen zielen sollen. (=> Satz überarbeiten)
Im vereinbarten Dokument „Fly the green Deal“ zur Dekarbonisierung der Luftfahrt sind dazu zwei Entwicklungssäulen definiert worden: 1. Ultraeffiziente Technologien in den Bereichen Aerodynamik, Energieverbrauch, Fertigung und Gewichten sowie 2. neue disruptive Technologien auf Basis neuer CO2-neutraler Energieträger wie SAF oder Wasserstoff.
Die Säule 1 Ultraeffizienz entspricht einer No Regret-Strategie. Sie gewährleistet, dass die nächste Flugzeuggeneration sowohl wirtschaftlich ist als auch ihre Umweltwirkungen reduzieren kann. Gleichzeitig ist sie Voraussetzung dafür, die Nachteile der hohen Produktionskosten und die auf ein Viertel reduzierte volumetrische Energiedichte von Wasserstoff gegenüber Kerosin auszugleichen. Dies ist Voraussetzung für eine erfolgsversprechende Entwicklung von Technologien in der Säule 2 „Dekarbonisierung“.
Das Ziel einer klimaneutralen Luftfahrt wird nur dann erreichbar, wenn das in der Hauptgruppe – die der Kurz und Mittelstreckenflugzeuge, die 75% aller Klimawirkungen verursachen – gelingt. Die Langstreckenflugzeuge werden auf absehbare Zeit auf den klimaneutralen Energieträger SAF angewiesen sein.
Aktuelle Entwicklungen in der Luftfahrtforschung verdeutlichen, dass der Weg zu nachhaltigen Antriebstechnologien wie Wasserstoff und Brennstoffzellen komplex und langfristig ausgerichtet ist. Obwohl einige Hersteller ihre Projekte zur Weiterentwicklung disruptiver Technologien vorübergehend zurückgestellt oder angepasst haben, bleibt die Bedeutung einer konsequenten Forschungsstrategie und nachhaltigen Förderung unbestritten – insbesondere für die Entwicklung von Technologien, die erst in den nächsten Jahrzehnten ihr volles Potential entfalten werden. Gerade kleine und mittlere Unternehmen sowie Start-ups benötigen stabile Rahmenbedingungen und Zugang zu Risikokapital, um den langen Weg von der Idee bis zur industriellen Anwendung zu meistern und gemeinsam mit etablierten Akteuren eine zukunftsfähige, emissionsarme Luftfahrt zu gestalten.
Die Ultraeffizienz-Technologien sind für alle Flugzeugklassen in gleicher Weise von Bedeutung, also auch für die Kurz- und Mittelstrecke. Kurzfristig geht es folglich darum, bereits die nächste Generation von Kurzstreckenflugzeugen, die ab 2035 auf den Markt gehen werden, mit diesen Technologien auszustatten. Disruptive Technologien für Wasserstoff können erst mittel- bis langfristig zur Marktreife gebracht werden. Die Risiken sind folglich sowohl in technologischer als auch in ökonomischer Hinsicht heute noch sehr hoch. Sie benötigen auch den geeigneten Rahmen, um sich gegen konventionelle Technologien durchsetzen zu können. SAF kann die Funktion einer Brückentechnologie übernehmen, um bis zu dem Zeitpunkt, an dem H2-Technologien auf den Markt kommen, Flugzeuge sauberer zu machen.
Der Einsatz von SAF als Brückentechnologie bietet die Möglichkeit, die Luftfahrtemissionen Klimagase, Feinstaub, Stickoxide, Non-CO2-Effekte und Kondensstreifen in einer Übergangsphase signifikant zu reduzieren.
In den Bereichen Leichtbau, Aerodynamik, Flugkontrolle, Hybridisierung sowie Elektrifizierung neuer Antriebe konnten bereits deutliche Fortschritte erzielt werden. Kurzfristig werden damit Einsparpotenziale von 35 bis 40 % gegenüber heutigem Stand der Technik möglich sein. Diese technischen Fortschritte sichern damit kurzfristig hochqualifizierte Arbeitsplätze und bieten Wertschöpfung in Deutschland, wenn es um die Verteilung von Arbeitsanteilen der nächsten Flugzeuggenerationen geht.
Luft- und Raumfahrzeuge gehören sicher zu den weltweit komplexesten technischen Geräten. Die Haupt-Baugruppen (Assemblies) mit ihren tausenden bis zehntausenden Subassemblies und ihren zugeordneten Systemen und Strukturen ergeben bei einem Verkehrsflugzeug hunderttausende bis Millionen Einzelteile (Parts).
Diese Baugruppen und Parts werden in der Industrie arbeitsteilig entwickelt und folgen daher in der Regel jeweils einem eigenen Entwicklungszyklus. Erst die Erstellung und Anwendung von z.B. Produkt-, Prüf-, Qualitäts- und Schnittstellennormen ermöglicht deren Integration in ein vollständiges Luft- und Raumfahrzeug sowie deren Wartung und Betrieb auf internationaler Ebene. Ebenso ergibt sich enormes Potenzial für Kostensenkungen und Qualitätssteigerungen (insbesondere im Hinblick auf Sicherheit) für Fluglinien und Luftwaffen durch die Verwendung von genormten Produkten. Hier bestehen Schnittstellen zu und zwischen nationaler und internationaler Luftfahrtnormung.
Entwickelte Prozessnormen, wie sie z.B. in der Luftfahrtverkehrsführung zum Einsatz kommen, ermöglichen erst den sicheren Betrieb von entsprechendem Gerät in effektiver und sicherer Weise und leisten einen Beitrag zur Verbesserung der Kooperationsfähigkeit im Rahmen der NATO durch standardisierte Schnittstellen, Produkte, Prozesse, etc.
Des Weiteren ermöglicht oft erst das Normen- und Standardwesen eine erfolgreiche Einführung von Innovationen in den Produktmarkt. Normen und Standards agieren hier wie Treppenstufen, die einer innovativen Idee den Weg in den Markt überhaupt ermöglichen. In der Deutschen Luft- und Raumfahrtnormung werden daher in speziellen Arbeitsgruppen zukünftige technische und gesellschaftliche Trends und Herausforderungen in regem Austausch zwischen Industrie und Hochschulen diskutiert, um eine antizipative Normenentwicklung zu gewährleisten. Der DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL) fungiert dabei als Know-how-Austauschplattform für alle in der Luftfahrt tätigen Firmen. Der hierbei behandelte Bogen reicht von neuen Werkstoffen und Verfahrenstechniken über den Einsatz von künstlicher Intelligenz bis hin zum Quantencomputing. Der NL ist somit ein Innovationstreiber/Thinktank für neue Produkte und Entwicklungen im Bereich der Luftfahrt. Durch das Zusammenspiel aller beteiligten Experten werden neue Entwicklungen und Themen zu einem frühestmöglichen Zeitpunkt im NL gebündelt.
Für die deutsche Wirtschaft ergibt sich aus einer auf ihre Bedürfnisse abgestimmten innovativen nationalen und internationalen Normenlandschaft ein klarer Wettbewerbsvorteil der – wie auch in anderen Ländern üblich – durch das BMWE unterstützt und gefördert werden sollte. Derzeit ist es vor allem für KMU schwierig bis unmöglich, sich bei der Normungsarbeit einzubringen, weil durch die gewünschte Beteiligung bei den KMU entstehenden Kosten aufgrund der Normung nicht refinanziert werden können.
Die Normungsarbeit und die dadurch entstandenen internationalen und nationalen Netzwerke bieten Potential für die Hebung von Synergieeffekten und positiven Effekten, beispielsweise aufgrund von neuen Unternehmensansiedlungen, für den Wirtschaftsstandort Deutschland im Gesamten.
Ziel der Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms ist es somit, die einzelnen Fortschritte und Ergebnisse frühzeitig in die Entwicklung von Normen und die Festlegung von Standards einzubringen.
Nähere Informationen zur Normierung im Bereich der Luftfahrt: https://www.din.de/de/mitwirken/normenausschuesse/nl
(DIN Normenausschuss Luftfahrt)
