Luftfahrt im digitalen Zeitalter

Das Informationszeitalter ist im Allgemeinen so verstanden worden, dass es mit dem Internet, wie es in den siebziger Jahren entwickelt und in den achtziger Jahren eingeführt wurde, angekommen ist und sich bis heute weiterentwickelt. Auch die Einführung von digitalen Techniken in der Luftfahrt kam allmählich zur gleichen Zeit und auch heute noch.

Der Einsatz von digitalen Computern im Flugzeugbau wurde in den 70er Jahren von großen Unternehmen der Luft- und Raumfahrttechnik entwickelt und beinhaltete Techniken wie CAD, CAM, Spannungsanalysen von Strukturbauteilen mit FEA und aerodynamische Modellierung. Verbundwerkstoffe eignen sich besser als Metall für „aerodynamische“ aerodynamische Formen von Flüssigkeiten mit hoher Effizienz, und das Aufkommen von hochentwickelter computergestützter Konstruktion und Modellierung hat zu einer Ausweitung der Verwendung dieser Materialien und Formen geführt.

Digitale Systeme erschienen auch in den Flugzeugen selbst und wuchsen stetig in Raffinesse. Die ersten FADEC (Full Authority Digital Engine Control) -Prüfungen fanden 1968 statt, wobei das erste operationelle System 1985 in Dienst gestellt wurde. Das erste funktionsfähige, voll autoritative Fly-by-Wire-System wurde für die General Dynamics F-16 Fighting Falcon und ihre Einführung im Jahr 1978 kündigte eine Revolution in der Übernahme der Aufgabe, die Stabilität im Flug von den traditionellen aerodynamischen Stabilisatoren zu gewährleisten. Diese Verwendung von „entspannter statischer Stabilität“ ermöglichte es, das Flugzeug wendiger zu machen und ein künstliches „Gefühl“ zu erhalten, um Piloten bei ihrer Hauptaufgabe zu unterstützen. Inzwischen ersetzt das „gläserne Cockpit“ die traditionellen analogen elektromechanischen Instrumente durch grafische Digitalanzeigen, die alle ausgewählten Informationen anzeigen können. Frühe Glascockpits lieferten mit dem EFIS-System weniger kritische Fluginformationen, ab 1988 kamen Vollglassysteme hinzu.

Die Zeit des Kalten Krieges endete kurz nach der Ankunft digitaler Technologien, was zu einem deutlichen Rückgang der militärischen Luftfahrt unter den Großmächten führte. In jüngster Zeit hat der Aufstieg der indischen und chinesischen Wirtschaft die Entwicklung von Militärflugzeugen in diesen Ländern vorangetrieben.

Flugzeug

Entspannte statische Stabilität
Das erste voll funktionsfähige Fly-by-Wire-System wurde für den General Dynamics F-16 Fighting Falcon entwickelt und seine Einführung im Jahr 1978 bedeutete eine Revolution in der Übernahme der Aufgabe, die Stabilität der traditionellen aerodynamischen Stabilisatoren zu gewährleisten. Diese Verwendung von „entspannter statischer Stabilität“ ermöglichte es, das Flugzeug wendiger zu machen und ein künstliches „Gefühl“ zu erhalten, um Piloten bei ihrer Hauptaufgabe zu unterstützen.

Kompositmaterialien
Verbundwerkstoffe eignen sich besser als Metall für „aerodynamische“ aerodynamische Formen von Flüssigkeiten mit hoher Effizienz, und das Aufkommen von hochentwickelter computergestützter Konstruktion und Modellierung hat zu einer Ausweitung der Verwendung dieser Materialien und Formen geführt.

Motoren
In dieser Zeit hat der Einsatz von elektrischen Energiesystemen für Kleinflugzeuge und UAVs zugenommen. Zu den neuen Technologien gehören die allgemeine Verfügbarkeit und Erschwinglichkeit neuer Hochleistungs-Batterietechnologien, hochfeste Seltenerdmagnete in Elektromotoren, sinkende Kosten für Solarzellen und hochentwickelte computergestützte Steuerungs- und Managementsysteme.

In der Zwischenzeit haben konventionelle Triebwerke, sowohl auf Kolben- als auch auf Turbinenbasis, den Prozess der Verfeinerung fortgesetzt, werden immer zuverlässiger und kraftstoffsparender, während sie gleichzeitig weniger umweltverschmutzend sind.

Avionik
Digitale Systeme erschienen auch in den Flugzeugen selbst und wuchsen stetig in Raffinesse. Frühe digitale Systeme waren in sich abgeschlossen mit eingeschränkter Funktionalität. Die ersten FADEC-Versuche (Full Authority Digital Engine Control) fanden 1968 statt. 1985 wurde das erste operationelle System in Betrieb genommen.

Integrierte Datensysteme benötigen einen digitalen Datenbus. Der MIL-STD-1553-Bus wurde 1973 definiert. Dies ermöglichte die Entwicklung des ersten funktionsfähigen, voll autoritativen Fly-by-Wire-Systems für den General Dynamics F-16 Fighting Falcon. Die Einführung dieses Flugzeugs im Jahr 1978 bedeutete eine Revolution in der Übernahme der Aufgabe, die Stabilität im Flug von den traditionellen aerodynamischen Stabilisatoren zu gewährleisten. Diese Verwendung von „entspannter statischer Stabilität“ ermöglichte es, das Flugzeug wendiger zu machen und ein künstliches „Gefühl“ zu erhalten, um Piloten bei ihrer Hauptaufgabe zu unterstützen. Inzwischen ersetzt das „gläserne Cockpit“ die traditionellen analogen elektromechanischen Instrumente durch grafische Digitalanzeigen, die alle ausgewählten Informationen anzeigen können. Frühe Glascockpits lieferten mit dem EFIS-System weniger kritische Fluginformationen, ab 1988 kamen Vollglassysteme hinzu.

Unbemannte Luftfahrzeuge
Vor dem digitalen Zeitalter waren unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) oder Drohnen nur von begrenztem Nutzen, da sie entweder nur eine eingeschränkte Führungsfähigkeit oder eine anfällige Funkverbindung zu einem entfernten Piloten hatten.

Die Entwicklung von leichten und kostengünstigen Sensoren, wie z. B. Digitalkameras, zusammen mit mobilen Computertechnologien hat es UAV ermöglicht, ausgefeilter zu werden und autonome Flugentscheidungen zu treffen. UAVs werden zunehmend in zivilen und militärischen Rollen eingesetzt.

UAVs sind eine attraktive Angriffswaffe, weil sie die Flexibilität und Feuerkraft eines bemannten Flugzeugs mit der Entbehrlichkeit einer Rakete kombinieren. Sie sind durch ihren Einsatz für Luft-Boden-Operationen in Afghanistan in den Vordergrund getreten. Eine solche Verwendung ist jedoch umstritten, da aus Versehen die Gefahr besteht, dass zivile Personen getötet werden.

Im 21. Jahrhundert werden zivile UAVs wie der Quadrocopter zunehmend zu Erholungszwecken und zur Flugbeobachtung über eine Digitalkamera eingesetzt.

Ein Mikro-UAV ist klein genug, um mehrere auf einmal zu transportieren, und diese finden Anwendung in der militärischen Aufklärung und in der wissenschaftlichen Forschung.

Zivilluftfahrt
Während dieser Zeit expandierte die Zivilluftfahrt weiter. Flugzeuge und Triebwerke wurden größer und sparsamer, während digitale Systeme zunehmend die Flugsteuerung und andere Avioniksysteme übernahmen. Moderne Düsenflugzeuge verfügen über Glascockpits, einen digitalen Vollmotor und computergesteuerte Flugsteuerungen per Fly-by-Wire und, zuletzt, über eine mobile Internetkommunikationsverbindung.

Zu den größeren Störungen des Flugverkehrs im 21. Jahrhundert gehörten die Schließung des US-Luftraums aufgrund der Anschläge vom 11. September und die Schließung des größten Teils des europäischen Luftraums nach dem Ausbruch des Eyjafjallajökull 2010.

Allgemeine Luftfahrt
Ultraleichtflugzeuge und Ultraleichtflugzeuge sind zusammen mit anderen Sportaktivitäten wie Gleitschirmfliegen immer beliebter geworden.

Im Jahr 1986 flogen Dick Rutan und Jeana Yeager die Rutan Voyager nonstop um die Welt und ohne Luftbetankung.

Im Jahr 1999 war Bertrand Piccard der erste Mensch, der die Erde in einem Ballon umkreiste.

Militärische Luftfahrt
Die Verwendung von digitalen Fly-by-Wire-Systemen und eine entspannte statische Stabilität verschafften Militärflugzeugen eine erhöhte Manövrierfähigkeit, ohne die Sicherheit oder Flugfähigkeit zu beeinträchtigen. Fortgeschrittene taktische Manöver wie Pugachevs Cobra wurden möglich.

Raketen
Die digitale Technologie ermöglichte es den Raketenleitsystemen, kleiner zu werden und ihre Flugroute auf dem Weg zu berechnen und zu korrigieren. Die Verwendung von Onboard Maps, Video Processing und Terrain Comparison (TERCOM) Software gab Marschflugkörpern beispiellose Genauigkeit.

Heimlichkeit
Während der Nachkriegszeit war die Radarerkennung eine ständige Bedrohung für den Angreifer. Angriffsflugzeuge entwickelten die Taktik des Fliegens auf niedrigem Niveau, „unter dem Radar“, wo sie von Hügeln und anderen Hindernissen von den Radarstationen versteckt waren. Das Aufkommen von Low-Level-Radar-Ketten, als Verteidigung gegen Marschflugkörper, machte diese Taktik zunehmend schwierig. Gleichzeitig boten Fortschritte in elektromagnetischer Strahlung absorbierenden Materialien (RAM) und elektromagnetischen Modellierungstechniken die Möglichkeit, „heimliche“ Flugzeuge zu entwickeln, die für das verteidigende Radar unsichtbar wären. Das erste heimliche Angriffsflugzeug, die Lockheed F-117 Nighthawk, wurde 1983 in Dienst gestellt. Heute ist Stealth eine Voraussetzung für jedes fortschrittliche Angriffsflugzeug.

Boden Aktivitäten
Die US Centennial of Flight Commission wurde 1999 gegründet, um die größtmögliche nationale und internationale Teilnahme an der Feier von 100 Jahren Motorflug zu fördern. Es veröffentlichte und förderte eine Reihe von Programmen, Projekten und Veranstaltungen, um die Menschen über die Geschichte der Luftfahrt aufzuklären.

Herstellung
Die weitverbreitete Verwendung digitaler Techniken während des gesamten Designs und der Herstellung hat zu einer Revolution im Flugzeugdesign geführt. Jetzt kann ein Konstrukteur ein Flugzeug erstellen, seine aerodynamischen und mechanischen Eigenschaften modellieren, die Produktionskomponenten entwerfen und sie in der Fertigungshalle herstellen lassen, alles in einer einzigen End-to-End-Digitaldomäne.

Die zunehmende Verwendung von Faserverbundmaterialien hat auch zu immer grßeren Autoklaven zum Auftragen und Aushärten des Harzes geführt, das die Strukturfasern an Ort und Stelle bindet. Neuartige Prüf- und Inspektionstechniken mussten ebenfalls entwickelt werden, da die Versagensarten und -symptome von Verbundbauteilen dazu neigen, sich sehr von denen aus Metall zu unterscheiden. Zum Beispiel können sich Schichten aus Fasern innerhalb einer mehrschichtigen Komponente delaminieren, wobei sie ohne äußeres sichtbares Zeichen der Rißbildung geschwächt werden. Wo eine Metallhaut dazu neigt, den Strom von einem Blitzschlag in alle Richtungen zu leiten und empfindliche Bauteile abzuschirmen, tendiert Kohlefaser dazu, entlang der Fasern zu leiten und mehr Energie in das Innere zu lassen, was ein sorgfältigeres Design erfordert, um kritische Flugkomponenten zu schützen vom Blitz EMP.

Die zunehmende Verfeinerung von Avioniksystemen hat zu längeren Entwicklungszeiten geführt. Insbesondere die Verwendung von digitalen Flugsystemen wie Fly-by-Wire hat zu einer immer komplexeren Komplexität und Komplexität der Steuerungssoftware geführt, deren Entwicklung und Validierung viele Jahre dauern kann. Während dieser Zeit kann jede Änderung am physischen Design des Flugzeugs eine Überarbeitung und Verlängerung der zugehörigen Software erfordern.

Luftraumüberwachung
Als Computer in den 2000er Jahren ausgefeilter wurden, begannen sie, routinemäßige Aspekte der Aufgabe des Fluglotsen zu übernehmen. Bis dahin wurde der gesamte Flugverkehr im nahen Luftraum verfolgt und angezeigt, wobei der Flugverkehrsleiter für die Überwachung seiner Position und die Beurteilung des Handlungsbedarfs verantwortlich war. Moderne computergestützte Systeme sind in der Lage, die Flugrouten von viel mehr Flugzeugen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu überwachen, so dass der Controller mehr Flugzeuge verwalten und sich auf die Entscheidungs- und Folgeprozesse konzentrieren kann.

21. Jahrhundert
Die Luftfahrt des 21. Jahrhunderts hat ein steigendes Interesse an Kraftstoffeinsparungen und Kraftstoffdiversifizierung sowie an Billigfluglinien und -anlagen gesehen. Darüber hinaus hat ein Großteil der Entwicklungsländer, die keinen guten Zugang zum Luftverkehr hatten, ständig Flugzeuge und Einrichtungen hinzugefügt, obwohl in vielen aufstrebenden Nationen noch immer starke Engpässe ein Problem darstellen. Etwa 20.000 Stadtpaare werden von der kommerziellen Luftfahrt bedient, von weniger als 10.000 im Jahr 1996.

Es scheint ein neues Interesse an der Rückkehr in die Überschallzeit zu geben, wo die nachlassende Nachfrage und bürokratische Hürden in der Wende zum 20. Jahrhundert die Flüge unrentabel machten und die Concorde wegen eines tödlichen Unfalls endgültig eingestellt wurde.

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts erlaubte es die digitale Technologie der Unterschall-Militärluftfahrt, den Piloten zugunsten von ferngesteuerten oder vollständig autonomen unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) auszuschalten. Im April 2001 flog das unbemannte Flugzeug Global Hawk non-stop von der Edwards AFB in den USA nach Australien. Dies ist der längste Punkt-zu-Punkt-Flug, der je von einem unbemannten Flugzeug unternommen wurde, und dauerte 23 Stunden und 23 Minuten. Im Oktober 2003 erfolgte der erste völlig autonome Flug über den Atlantik durch ein computergesteuertes Modellflugzeug. UAVs sind mittlerweile ein etabliertes Merkmal der modernen Kriegsführung und führen punktgenaue Angriffe unter der Kontrolle eines Fernoperators aus.

Zu den größeren Störungen des Flugverkehrs im 21. Jahrhundert gehörten die Schließung des US-Luftraums aufgrund der Anschläge vom 11. September und die Schließung des größten Teils des europäischen Luftraums nach dem Ausbruch des Eyjafjallajökull 2010.

Im Jahr 2015 flog André Borschberg eine Rekordstrecke von 7212 km von Nagoya, Japan, nach Honolulu, Hawaii, in einem Solarflugzeug, Solar Impulse 2. Der Flug dauerte fast fünf Tage; während der Nächte nutzte das Flugzeug seine Batterien und die potentielle Energie, die während des Tages gewonnen wurde.