Helicopter Flight Safety in Maritime Operations - Projekt HELMA

In Zukunft können Brillen, die wichtige Informationen ins Sichtfeld des Piloten einblenden, bei maritimen Hubschraubereinsätzen unter schlechter Sicht helfen: In dem Projekt HELMA untersucht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) systematisch Offshore-Flüge des Bundespolizei-Flugdienstes und bewertet den Nutzen von „Augmented Reality (AR)“-Sichtsystemen zur Steigerung der Einsatzverfügbarkeit und Sicherheit bei schlechten Sichtbedingungen. Der Bundespolizei-Flugdienst führt insbesondere Überwachungs- und Transportleistungen im Rahmen der klassischen Küstenwachaufgaben wie Grenzschutz, Umweltschutz, Schifffahrtspolizei und Fischereischutz durch und unterstützt das Havariekommando bei der Schiffsbrandbekämpfung und der Verletztenversorgung auf See. „Durch schlechte Sicht können solche Hubschraubereinsätze aber häufig nicht durchgeführt werden oder müssen während des Einsatzes abgebrochen werden“, erläutert Projektleiter Paul Lehmann vom DLR. Bei Rettungseinsätzen sind dann Menschenleben gefährdet oder es entstehen unnötige Kosten bei Dienstleistungsflügen. „HELMA soll deshalb den Piloten über eine AR-Brille wichtige Informationen liefern und sie bei reduzierten Sichtbedingungen unterstützen, um die Einsatzverfügbarkeit und die Sicherheit zu steigern.“

Simulierter Flug zum Windpark

Um die Effektivität einer solchen Technologie zu prüfen, wechseln die Piloten der Bundespolizei von ihrem Hubschrauber in den DLR-Forschungssimulator AVES (Air Vehicle Simulator), um dort simulierte maritime Einsätze mit Unterstützung der AR-Brille zu bestehen. Die Simulationsumgebung muss es dabei ermöglichen, ein Einsatzszenario bei variablen Sichtbedingungen fliegen zu können. Besonderer Wert wird deshalb auf die visuellen und dynamischen Besonderheiten von Offshore-Flügen gelegt. Das vorhandene Offshore-Szenario im Forschungssimulator stellt den Windpark Alpha Ventus detailgetreu nach. Dieses Szenario ist die Grundlage für HELMA und wurde um realistische visuelle Effekte wie Seenebel, lokale Wettereffekte, Niederschlag sowie Turbulenzen erweitert.

Für alle geplanten Untersuchungen wird ein möglichst praktisches Szenario aus dem Aufgabenspektrum des Bundespolizei-Flugdienstes verwendet. Dieses Szenario sieht eine Personenrettung aus dem Wasser in einer Hinderniskulisse bei schlechten Sichtbedingungen vor. Die Piloten fliegen dazu das Zielgebiet unter IFR (Instrument Flight Rules) Bedingungen an, durchbrechen die Wolkendecke bis zur Erreichung von VFR (Visual Flight Rules) Bedingungen, suchen die Person im Windpark auf und retten sie mit der Rettungswinde. Anschließend erfolgt der sichere Rückflug.

Sichtbare Informationen in der AR-Brille (Grafik: DLR)

Fliegen mit der Augmented Reality Brille

Durch die Einblendung von zum Teil außensichtkonformen Symbolen in die AR-Brille kann das Situationsbewusstsein des Piloten erhöht werden. Die Idee ist es, jene visuellen Referenzpunkte und Texturen, an denen sich Piloten auch im herkömmlichen Sichtflug orientieren, in synthetischer Form darzustellen. Diese Anzeigen können dem Piloten verschiedene zusätzliche Informationen anzeigen und sollen den Flug so sicherer und effizienter machen. Ein Beispiel für eine mögliche Anzeige ist die Einblendung einer künstlichen Horizontlinie auf die AR-Brille, die sich aus den Lageinformationen des Hubschraubers und der Kopforientierung des Piloten ableitet. Die Sicht auf der mit dem realen Horizont in Übereinstimmung gebrachten symbolischen Horizontlinie hilft beim Steuern der  Lage des Hubschraubers im Raum.

Bei schlechter Sicht, durch Seenebel oder Wolken, ist es für den Piloten schwer, seine Lage im Raum einzuschätzen und dadurch den Hubschrauber zu steuern. Generell soll die Arbeitsbelastung des Piloten durch Anzeigen in der AR-Brille reduziert werden. Piloten müssen permanent den Flugzustand – zum Beispiel Geschwindigkeit, Höhe, Steigrate und Kurs - überwachen und dafür die Instrumente scannen. Insgesamt sollten diese Anzeigen minimalistisch und kompatibel sein. Minimalistisch müssen diese Anzeigen deshalb sein, damit der Pilot nicht von der Menge an Informationen überfordert oder sogar von wichtigen Dingen, wie beispielsweise Hindernissen in der Umgebung, abgelenkt wird. Kompatibel bedeutet, dass die Anzeigen mit den Modellen und Vorstellungen des Piloten übereinstimmen und somit ohne viel Training einfach zu verstehen sind. „Wenn alle für die Mission notwendigen Informationen auf einen Blick direkt im Sichtfeld liegen, wird diese Aufgabe erheblich erleichtert“, erläutert DLR-Wissenschaftler Paul Lehmann.

Das Projekt HELMA

HELMA wird durch die DLR-Programmkoordination Sicherheitsforschung über drei Jahre seit 2016  gefördert und vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik und dem DLR-Institut für Flugführung in enger Zusammenarbeit mit dem Bundespolizei-Flugdienst durchgeführt.

In der DLR-Sicherheitsforschung werden die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten mit verteidigungs- und sicherheitsrelevantem Bezug in Abstimmung mit den Partnern in Staat, Wissenschaft und Industrie sowie Internationalen Organisationen geplant und gesteuert. Der Querschnittsbereich Sicherheitsforschung verknüpft dabei die Kernkompetenzen aus den etablierten DLR-Programmen der Luftfahrt, Raumfahrt, Energie und des Verkehrs. Insgesamt mehr als 20 DLR-Institute und -Einrichtungen liefern im Rahmen ihrer sicherheitsrelevanten Arbeiten Beiträge zur Entwicklung, Erprobung und Bewertung von Technologien, Systemen und Konzepten sowie zur Analyse- und Bewertungsfähigkeit hinsichtlich sicherheitsrelevanter Anwendungen.