„Mit der Messung von Drohnen bekommen wir ein besseres Gesamtverständnis.”

Wie setzen Sie Drohnen in Ihrer Forschung ein?

Wir machen atmosphärische Forschung und beschäftigen uns vor allem mit dem untersten Kilometer der Atmosphäre. In dieser Höhe füllen Drohnen eine Lücke, da man mit Bodenmessungen und selbst mit den höchsten Messmasten nicht höher als in ein paar 100 m messen kann und Flugzeuge in der Regel nicht so tief fliegen dürfen. Mithilfe von Drohnen bekommen wir aber in diesem Bereich hochaufgelöste Daten. 

Warum ist es wichtig, diese Lücke der Messungen zu schließen?

In dieser Höhe finden ganz bestimmte Phänomene statt. Diese Phänomene zu erfassen, ist wichtig für unser Gesamtverständnis. In dem Bereich, in dem wir mit Drohnen messen, finden zum Beispiel Mischungsprozesse zwischen den Luftschichten, die direkt vom Erdboden beeinflusst sind, und denen, die weiter oben liegen, statt, die unterschiedliche Eigenschaften haben können. Dort finden sich bestimmte Windphänomene, und chemische Substanzen und Aerosolpartikel werden eingemischt.

Was messen Sie genau mithilfe der Drohnen?

Wir hatten und haben unterschiedliche Forschungsprojekte, in denen Drohnen eingesetzt werden. Grundsätzlich messen wir meteorologische Parameter. Zusätzlich je nach Projekt verschiedene weitere Größen. Eine Drohne kann zum Beispiel Aerosoleigenschaften messen. Also können wir herausfinden, in welchen Höhen sich Aerosolpartikel neu bilden und verfolgen, welchen Weg diese Partikel zurücklegen und wie sie zum Boden heruntertransportiert werden. 

Gibt es noch andere Projekte, in denen Drohnen zum Einsatz kommen?

Wir hatten zum Beispiel ein Projekt in der Antarktis, bei dem wir untersucht haben, wie sich Risse im Meereis auf die Atmosphäre auswirken. Das Meereis ist im Winter nämlich relativ kalt und die Eisoberfläche hat  etwa eine Temperatur von -30 Grad. Das Meerwasser ist im Vergleich aber relativ warm mit etwa -1,7 Grad. Das heißt, wir haben sehr starke Temperaturunterschiede auf sehr kleinem Raum. Risse im Eis sind damit quasi eine Quelle an Energie, denn dort quillt warme, feuchte Luft heraus. Und was das für eine Auswirkung hat und bis in welche Höhe diese reicht, kann man sehr gut mit Drohnen messen. 

Mit den Forschungsdrohnen messen Sie also ganz unterschiedliche Vorgänge?

Ja, das kommt auf die genaue Fragestellung an. Wir haben zum Beispiel einmal in Westafrika Messungen zur Verteilung von Ruß gemacht. Es ging darum herauszufinden, wie viel Ruß dort lokal eingebracht und wie viel durch Ferntransport zugefügt wird. Bei dem Projekt ging es insbesondere um Wechselwirkungen mit dem Monsun. 

In einem anderen Projekt haben wir Luftproben in unterschiedlichen Höhen mit einer Drohne  genommen, um diese dann auf Methanisotope zu untersuchen. Methan ist ein sehr starkes Treibhausgas und anhand der Isotope, also dem Gewicht dieser Moleküle, kann man Rückschlüsse auf die Entstehung ziehen. Wir habenanalysiert, wie sich diese Gewichtsverteilung im Methan mit der Höhe verändert und versucht zu verstehen, wo das Methan entstanden ist und welche Mischprozesse stattgefunden haben. Wir sind also der Frage nachgegangen, ob das biologische Prozesse sind oder Prozesse, die aus der Verbrennung von fossilen Rohstoffen stammen. 

 An welchen Projekten arbeiten Sie zurzeit?

Aktuell entwickeln wir eine sogenannte Schadstoffdrohne für den Einsatz in Deutschland. Mit dieser wollen wir Feinstaub, Ruß, NOx und Ozon messen. Für diese Schadstoffe gibt es bereits Vorhersagetools, aber wir hoffen, dass wir diese verbessern können, indem wir vertikale Messungen, also die Messungen in der Höhe, einbringen. Es gibt nämlich Schadstoffe, die sich erst in größeren Höhen bilden oder dorthin transportiert werden. Somit bekommen wir mit der Messung mithilfe von Drohnen ein besseres Gesamtverständnis. Momentan integrieren wir noch die Sensorik auf dem Copter, den wir mit den Partnern speziell entwickeln und anpassen. Im Herbst haben wir dann die ersten Testmessungen geplant.  

Das heißt, Sie fertigen die Drohnen selber an?

Ja, wir entwickeln oder modifizieren selbst und mit Partnen die Drohnen, damit sie quasi maßgeschneidert für eine Anwendung sind. Ein Beispiel ist die Windmessung. Hier verwenden wir eine Fünflochsonde, die Druckunterschiede misst. Bei der Windmessung setzen wir keine Multicopter ein, weil diese selbst eine Verwirbelung erzeugen. Multicopter haben aber andere Stärken. Man kann sie beispielsweise ganz genau in einer bestimmten Höhe platzieren und dort fünf Minuten messen lassen. Wir schauen immer, welches Fluggerät für was geeignet ist. 

Werden die Forschungsdrohnen gesteuert oder fliegen diese autonom?

Wir unterscheiden verschiedene Stufen. Autonom bedeutet, dass man eine Intelligenz an Bord hat, die selbst Entscheidungen trifft. Das brauchen wir in der Meteorologie üblicherweise nicht. Was wir machen, sind automatische Flüge. Das heißt, wir haben einen Autopiloten, dem wir vorgeben, welche Koordinaten in welcher Höhe und mit welcher Geschwindigkeit angeflogen werden sollen. Automatisch kann man deutlich genauer fliegen, als wenn man von Hand steuert. Wir haben aber jederzeit die Möglichkeit, in die automatischen Flüge einzugreifen. Am Boden ist ein Sicherheitspilot, der den Autopiloten übersteuern kann.