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Volocopter: Pioniere der Zukunft

Volocopter Pioniere der Zukunft

Das Unternehmen Volocopter gehört zu den aussichtsreichsten Startups im Bereich der Urban Air Mobility. Mit konsequenter Entwicklungsarbeit und realistischen Zielen sind die Bruchsaler dem praktischen Einsatz des elektrischen Flugtaxis nahe wie kaum einer ihrer Konkurrenten.

Wenn es um Pioniergeist in der Luftfahrt geht, dann fallen schnell Namen wie Lilienthal, die Wrights oder Gustav Weißkopf. Ein paar Jahrzehnte weiter denkt man vielleicht an Hugo Junkers und Willy Messerschmitt, noch weiter möglicherweise an Burt Rutan. Folgt man dem Zeitstrahl bis ins Hier und Jetzt, müssten da auch die Namen Alexander Zosel und Stephan Wolf fallen. Und Thomas Senkel. Zosel und Wolf begannen 2011 mit der Entwicklung eines manntragenden Multikopters. Senkel war es schließlich, der am 21. Oktober 2011 mit einem Hüpfball, an den 16 Elektroantriebe montiert waren, die Pioniertat vollbrachte und als Erster mit dem als Volocopter VC-1 bezeichneten Fluggerät abhob.

Ein fliegender Hüpfball als Urknall der Urban Air Mobility? Zugegeben, die Anfänge des Volocopters dürften von hinreichend Skepsis und Spott begleitet gewesen sein. Und auch heute noch müssen CEO Florian Reuter und sein Team eine Vision erklären, die eher an die Zeichentrickserie "Die Jetsons" erinnert (Zitat Reuter) als an ein Verkehrsmittel, das künftig dazu beitragen soll, die Mobilitätsansprüche der Menschen und die Notwendigkeiten von Effizienz, Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit zu erfüllen. "Volocopter arbeitet daran, ein völlig neues Transportmittel zu schaffen, das diese Anforderungen verknüpft", sagt Reuter, der seit 2015 an der Spitze des Unternehmens steht. Florian Reuter ist Wirtschaftsingenieur, war zuvor bei Siemens und hat sich dort unter anderem um interne und externe Startups gekümmert. "Ich hatte, bevor ich zu Volocopter kam, keinen expliziten Luftfahrtbezug und musste mich erst einarbeiten. Aber meine Aufgabe ist auch nicht die Konstruktion, sondern dafür zu sorgen, dass zu jeder Zeit die richtigen Kompetenzen an der richtigen Stelle gebündelt sind. Ich muss den Technikern nicht ihren Job erklären."

Das scheint in der Tat unnötig, denn das Personal, das sich um die technischen Belange kümmert, ist erlesen. CTO Dr. Arnaud Coville ist Experte für automatische Steuerungen und Robotik und blickt auf Stationen bei Safran, Fairchild Dornier, Diehl Avionik und Airbus Helicopters zurück. Oliver Reinhardt, Head of Certification and Quality, war unter anderem am Solarflugzeug-Projekt Icaré der Uni Stuttgart beteiligt, auch Stationen bei Daimler und als CTO bei Flight Design finden sich in seinem Lebenslauf.

Dass Reuter, Coville und Reinhardt sowie Aerodynamik- und Akustikfachmann Ulrich Schäferlein sich die Zeit für einen gemeinsamen Termin mit dem aerokurier nehmen, zeigt, dass man bei Volocopter einen komplett anderen Kommunikationsansatz hat als mancher Mitbewerber im Bereich Urban Air Mobility. "Uns ist Transparenz nach außen wichtig, denn wir müssen unsere Idee erklären und damit erreichen, dass sie auf breite Akzeptanz stößt. Nur so kann der Volocopter erfolgreich sein", sagt Reuter.

Realistische Ziele

Von Anfang an hat das Bruchsaler Unternehmen versucht, sich Ziele zu setzen, die mit aktueller oder in naher Zukunft verfügbarer Technologie machbar sind. Die Reichweite des als VoloCity bezeichneten Flugtaxis, auf das man sich in Bruchsal aktuell konzentriert, soll 35 Kilometer betragen, die Höchstgeschwindigkeit 110 km/h. Für die klassischen Taxidienste, wie sie zunächst im Fokus stehen, sei das ausreichend. "Wenn man im Kontext der Urban Air Mobility von Taxidienst spricht, muss man konkret erklären, was damit gemeint ist. Es geht nicht darum, innerhalb der Innenstadt ein paar Kilometer zurückzulegen, um von Termin zu Termin zu kommen, wie man das mit dem klassischen Taxi macht", so Reuter. "Unser Anwendungsfall ist eher ein Transport vom Flughafen in die Innenstadt." Als Beispiel nennt er die Strecke vom JFK Airport nach Manhattan in New York. "Das sind etwa 20 Kilometer, da ist man mit dem Taxi locker 40 Minuten oder länger unterwegs und zahlt für die Fahrt an sich plus Steuer plus Zuschläge plus Trinkgeld schnell über 80 Dollar. Das ist mit dem Taxipreis gemeint, den wir erreichen wollen. Das halte ich in zehn Jahren für machbar. Das Argument für den Volocopter ist dann ganz klar die Zeitersparnis." Die Bedeutung der Flugtaxis in Bezug auf die Verkehrsleistung setzt Reuter eher defensiv an. "Wir werden nur wenige Prozent erbringen, denn nur dort, wo die Vorteile überwiegen, wird sich unser Service durchsetzen. Aber selbst dieses kleine Stück vom Kuchen ist ein riesiger Markt." Mit zunehmender Technologiereife schließt er aber wachsende Anteile nicht aus.

Technische Umsetzung

In den zehn Jahren, die zwischen dem fliegenden Hüpfball und der aktuell laufenden Konstruktion des VoloCity-Prototyps liegen, ist Volocopter einen Weg konsequenter Forschungs- und Entwicklungsarbeit gegangen. Seit 2013 in der Erprobung, erhielt der VC-200 im März 2016 vom DULV die Vorläufige Verkehrszulassung, der erste bemannte Testflug – mit Gründer Alexander Zosel im Cockpit – folgte einen Monat später. "Oberste Priorität ist die Sicherheit. Wir müssen, um ein kommerziell nutzbares Fluggerät zu bauen, eine Ausfallsicherheit von 10-9 gewährleisten", erklärt Reuter den Anspruch. Der Volocopter sei so konstruiert, dass der Defekt zweier beliebiger Antriebseinheiten kompensiert und der Flug fortgesetzt werden könne. Dadurch, dass alle Propeller mit "fixed pitch" arbeiteten, die Leistungsregulierung allein durch die Drehzahl erfolge und aufgrund der hohen Zuverlässigkeit der Elektromotoren gegenüber Kolbentriebwerken sei die Gesamtausfallwahrscheinlichkeit so gering, dass man beim VoloCity sogar auf ein Rettungssystem verzichten werde. "Dass der Antrieb ausfällt und der Volocopter abstürzt, ist am Ende unwahrscheinlicher als eine Fehlfunktion eines Rettungssystems", ergänzt Aerodynamiker Schäferlein. Die redundante Auslegung der Flugsteuerung und der Bordcomputer sowie bestimmte operationelle Restriktionen tun ein Übriges. "Das ganze Fluggerät beispielsweise sicher gegen Blitzschlag zu machen, wäre nicht praktikabel gewesen. Sinnvoller erschien es, dieses

Risiko durch angepasste Operationsszenarien zu eliminieren. Das ist aber in unserem Einsatzgebiet recht unproblematisch, denn das Fluggerät ist für VFR-Flüge am Tage gebaut, was ein Fliegen im Gewitter ohnehin nahezu ausschließt." Überdies bewege sich der Volocopter in einem überschaubaren Zeitraum in einem lokal begrenzten Gebiet, sodass dank moderner Wettervorhersagen, deren Daten künftig auch direkt ans Fluggerät übermittelt werden sollen, der Einsatz entsprechend geplant werden könne, wie Florian Reuter erklärt.

Ein weiterer Schwerpunkt liege auf der Reduktion der Geräuschentwicklung. Er könne jede Stadt verstehen, die angesichts des Lärms, den Hubschrauber verursachen, Fluggeräten mit Rotoren zunächst kritisch gegenüberstehen, sagt Reuter. Allerdings: Mit kreischenden Turbinen und klatschenden Rotorblättern hat die Geräuschkulisse des Volocopters wenig gemein. "Da sich die Leistung auf insgesamt 18 Antriebe verteilt, wird der Volocopter als sehr leise wahrgenommen", erklärt Aerodynamiker Schäferlein. "Aber auch die Messwerte bestätigen die geringen Geräuschemissionen: Beim Start in 30 Metern Entfernung werden 76 dB(A) gemessen. Das entspricht etwa dem Pegel, der in einem Großraumbüro herrscht. Aus in Testflügen ermittelten Werten errechneten wir einen Peak-Pegel von 65 db(A) im Überflug in 120 Meter Höhe; damit ist der Volocopter in etwa so laut wie ein normales Gespräch." Der Rotorenlärm gehe im Grundrauschen der modernen Stadt beinahe unter, sagt Schäferlein und bemerkt, dass man bei den Messflügen nach ICAO-Standard vor einem unerwarteten Problem gestanden habe: Der Volocopter war für das vorgeschriebene Verfahren einfach zu leise. "Wir mussten deutlich niedriger fliegen als vorgeschrieben, um überhaupt Messwerte zu bekommen. Und um sie mit anderen Fluggeräten vergleichen zu können, wurden sie dann auf eine Überflughöhe von 120 Metern skaliert." An diesem Punkt zeige sich eine Herausforderung des gesamten Entwicklungsprozesses, sagt der Ingenieur. "Wir entwickeln eine völlig neue Luftfahrzeugklasse, der die bestehenden Regularien im Hinblick auf Messszenarien und Bewertungsmethoden." Damit es nicht missverstanden werden kann nur bedingt gerecht werden."

Da Messwerte allein noch keine Auskunft darüber geben, wie Lärm von Menschen wahrgenommen wird, sollte der Volocopter auch in der Realität unter Beweis stellen, dass er für die Großstadt taugt. Dazu befragte die Hochschule für Technik Stuttgart rund 1000 Zuschauer, die einen Flug des Volocopters über der Landehauptstadt Baden-Württembergs verfolgt hatten. Tatsächlich antwortete die Mehrheit von ihnen, dass das Fluggerät leiser wahrgenommen wurde als erwartet.

Zertifizierung nach SC-VTOL

Als die ersten E-VTOL-Projekte an den Start gingen, stellte sich schnell heraus, dass weder die CS-23 für Flugzeuge noch die CS-27 für Hubschrauber geeignet waren, um die neuen Luftfahrzeuge zu klassifizieren. Zunächst habe Volocopter den Weg einer UL-Zulassung über den DULV gewählt, weil man den Sport- und Freizeitbereich im Fokus hatte. "Ein Luftsportgerät auf Basis unseres VC-200, intern "White Lady" genannt, war angedacht, aber als sich herauskristallisierte, dass für elektrische Flugtaxis ein Markt entstehen kann, haben wir umgedacht und uns auf eine EASA-Zulassung eingestellt", erklärt Oliver Reinhardt. Als

Delegierter der Herstellervereinigung der Allgemeinen Luftfahrt (GAMA) war Reinhardt in den Überarbeitungsprozess beider Zulassungsvorschriften involviert und kannte die Materie entsprechend gut. "Die Bauvorschriften entwickeln sich immer mehr hin zu ‚Safety Objectives‘, also Zielsetzungen in Bezug auf die Sicherheit. Das heißt, dass das Ziel definiert wird und die Entwickler und Hersteller mehr Freiheiten haben, dieses Ziel zu erreichen." In einem neuen Feld wie den Multikoptern sei das sinnvoll, denn es sei von vornherein klar, dass beispielsweise die Anforderungen an Reserven, wie sie an kommerziell betriebene Flugzeuge und Hubschrauber gestellt werden, von E-VTOLs wegen der begrenzten Energiemenge in den Akkus nicht erreicht werden können. Stattdessen müsse man die Sicherheit beispielsweise durch ein für Multikopter angepasstes Routing realisieren, also eine Streckenführung vorgeben, die in definierten Abständen Notlandeplätze vorsieht. "Das kostete alles eine Menge Überzeugungsarbeit, auch bei der EASA, aber inzwischen sind die SC-VTOL – SC steht für Special Conditions – belastbar, sodass sie als Basis für die weitere Entwicklung taugen. Und wenn mal eine gewisse Anzahl dieser Geräte fliegt und erprobt wird und man weitere Erfahrungen gesammelt hat, kann daraus durchaus eine Certification Specification werden."

Dazu ergänzt Florian Reuter, dass man für die Arbeit des DULV und des LBA in der Causa VTOL eine Lanze brechen müsse. "Selbst bei der NASA war man überrascht, dass in Deutschland so etwas wie der Volocopter möglich ist, wo man doch hunderte Gründe dagegen hätte finden können. Überhaupt sei die EASA mit den Special Conditions und flexiblen Regularien Vorreiter einer modernen Zulassungskultur. "Viele Regeln der FAA sind Bundesgesetze und damit deutlich starrer."

Defensiver Zeitplan

Seit Dezember 2019 ist Volocopter als nach eigenen Angaben einziger E-VTOL-Entwickler weltweit von einer Luftfahrtbehörde als Design Organisation zertifiziert. Die Herstellung von Komponenten erfolgt in Kooperation mit DG Flugzeugbau, wo man in jahrzehntelangem Segelflugzeugbau einen großen Erfahrungsschatz im Umgang mit Faserverbundwerkstoffen aufgebaut hat. Ein Aircraft Operator Certificate (AOC) sei in Vorbereitung, erklärt Reuter. Auch technisch gehe es voran: Die Zulassungs-basis sei definiert und das Zertifizierungs-programm ausgearbeitet. "Aktuell sind wir mit der Nachweisführung für Komponenten wie Motoren und Steuerung des VoloCity befasst", ergänzt Oliver Reinhardt. Boden- und Flugtests seien für das laufende Jahr geplant, anschließend müssten finale Nachweise und Zulassungsflüge unter EASA-Aufsicht durchgeführt werden. Das Team hofft auf den Erhalt des EASA Type Certificate Ende 2022.

Und dann? Das Streben nach einem AOC verrät bereits, dass man bei Volocopter auch die Dienstleistung selbst erbringen und sich nicht auf die Entwicklung und Produktion der Fluggeräte beschränken möchte. Mit der Zulassung des VoloCity plant Volocopter, in den ersten Städten seinen Service anzubieten. Interessant seien diesbezüglich vor allem große asiatische Metropolen wie Jakarta, Manila oder Bangkok, die massive Stau-probleme haben, sagt Reuter, aber auch in mancher deutschen Stadt sieht er Potenzial. "Vom Frankfurter Flughafen ins Bankenviertel – warum nicht?"

Um sich selbst für einen raschen Eintritt in die verschiedenen Märkte möglichst wenig Steine in den Weg zu legen, verfolgt man in Bruchsal einen integrativen Technologieansatz. "Es ist sinnvoll, sich in möglichst vielen Belangen unseres geplanten Service regionale Partner zu suchen und mit ihnen gemeinsam Ideen zu entwickeln, wie wir den Volocopter vor Ort erfolgreich an den Start bringen können", stellt Reuter klar. Diese Kooperationen umfassten beispielsweise technische Belange wie die Integration in den Luftraum und die Flugsicherung, organisatorische wie die Flugdurchführung selbst und den Betrieb der als Flight Hubs bezeichneten Landeplätze. Mit namhaften Unternehmen wie der DFS, Nova Systems, Geely, Japan Airlines und Fraport sei man bereits im intensiven Austausch.

Gemeinsam mit Lufthansa Industry Solutions entwickelt Volocopter unter dem Namen VoloIQ eine Softwareplattform, die vom Kunden-kontakt über das Ground Management und die Maintenance bis hin zur Echtzeit-Datensammlung und Auswertung das komplette "Volocopter-Ökosystem" abbildet. Mit dem Logistikkonzern Schenker hingegen peilt Volocopter ein weiteres Standbein an: den Gütertransport per Drohne. Das entsprechende Fluggerät, die VoloDrone, hatte im Oktober 2019 seinen Erstflug. Es basiert aktuell auf der V2X-Plattform, soll jedoch autonom fliegen. Die künftige Generation wird aus dem VoloCity abgeleitet und soll eine Last von 200 Kilogramm bis zu 40 Kilometer weit transportieren können.

Und die Piloten?

Bliebe noch die Frage nach der Lizenzierung des Flugpersonals, denn die ersten VoloCitys werden nach Aussage Florian Reuters noch nicht autonom fliegen. Auch diesbezüglich befinde man sich in enger Abstimmung mit den Behörden, sagt Zertifizierungsexperte Oliver Reinhardt. Die Lizenzierung werde in Form von Competency-Based Trainings erfolgen, also mit Fokus auf die Vermittlung der notwendigen Kompetenzen, um das Flug-gerät unter allen denkbaren Umständen sicher zu steuern. Ein Trainingssyllabus sei bereits in Arbeit, auch ein entsprechendes Concept Paper bei der EASA, das zeitnah in die Kommentierungsphase gehen soll. Für Sommer 2022 erwartet man die entsprechende EASA-Opinion. "Nach aktuellem Stand soll es zwei Lizenzen geben: die Automated Pilot Licence und die Remote Pilot Licence", sagt Reinhardt. Bei der Ausbildung würden zudem Erleich-terungen für Inhaber von Pilotenlizenzen an-gestrebt, wie es schon jetzt bei Wechseln der Luftfahrzeugklasse üblich sei.

Unterm Strich: keine Utopie

Nach gut eineinhalb Stunden Interviewgespräch, dem Besuch der Montagehalle und der Möglichkeit, einen Testflug auf dem Sonderlandeplatz Bruchsal zu verfolgen, bleibt die zentrale Erkenntnis, dass man bei Volocopter einen Plan zu haben scheint, den man überaus konsequent verfolgt. Allein die Tatsache, dass das Unternehmen aktuell mehrere Prototypen mit Vorläufigen Verkehrszulassungen regelmäßig für Testflüge in die Luft bringt, zeugt von der technischen Machbarkeit. Die angestrebten Werte bezüglich Reichweite und Geschwindigkeit sind auch in der Fachwelt als realistisch anerkannt, und die Entwicklung bleibt ja nicht stehen.

"Wir haben aktuell Akkus mit 250 Wattstunden pro Kilogramm im Einsatz, damit sind 35 Kilometer bei 50 Knoten gut machbar. Bei 400 Wattstunden – für künftige Technologien kein wirklich utopischer Wert – wären es schon 60 Kilometer", zieht Reuter sein Fazit. Entwicklungspotenzial ist also da, und die Lärmproblematik dürfte beim Volocopter im Grundrauschen heutiger Städte allenfalls eine Nebenrolle spielen. Daher ist es nicht unwahrscheinlich, dass Reuter mit seiner Aussage Recht behält, dass sich der Volocopter dort durchsetzen kann, wo seine Vorteile überwiegen. So war es in der technischen Entwicklung immer, warum sollte das bei den Flugtaxis anders sein?

Übrigens: Auch wenn in Bruchsal die EASA-Zertifizierung des VoloCity im Fokus steht, ist der Volocopter für den Sport- und Freizeitbereich keinesfalls abgeschrieben. "Wir werden das Projekt mit dem DULV gemeinsam zur Musterzulassung bringen", sagt Reuter. "Aktuell ist aber der kommerzielle Markt einfach wichtiger."

Am 17. Mai 2021 hat Volocopter auf einer Pressekonferenz im Rahmen der digitalen Business-Aviation-Messe EBACE Connect ein neues Projekt vorgestellt: den VoloConnect, ein Volocopter-Derivat für längere Strecken und höhere Geschwindigkeiten. In diesem Artikel berichtet der aerokurier darüber aktuell.