Forscher arbeiten an Methoden zur Vulkanasche-Erkennung

24.04.2015 - 12:33 0 Kommentare

Mit seinem Ausbruch legte vor fünf Jahren den europäischen Flugverkehr lahm: der isländische Vulkan Eyjafjallajökull. Seitdem arbeiten Forscher an neuen Methoden, um Aschewolken frühzeitig zu erkennen.

Frank Weber, Leiter des Lage- und Informationszentrums der Deutschen Flugsicherung (DFS), zeigt am Mittwoch (25.05.11) im Krisenzentrum der DFS in Langen auf eine Karte mit der schematischen Darstellung der Aschewolke

Frank Weber, Leiter des Lage- und Informationszentrums der Deutschen Flugsicherung (DFS), zeigt am Mittwoch (25.05.11) im Krisenzentrum der DFS in Langen auf eine Karte mit der schematischen Darstellung der Aschewolke
© dpa - Thomas Lohnes

Messsonde an einer Dornier 228 des britischen NERC

Messsonde an einer Dornier 228 des britischen NERC
© Met Office

Die DA20 des DLR war damals als "Ash-Hunter" im Einsatz.

Die DA20 des DLR war damals als "Ash-Hunter" im Einsatz.
© Werner Fischbach

Ausbruch des Eyjafjallajokull am 18. April 2010.

Ausbruch des Eyjafjallajokull am 18. April 2010.
© dpa - S. Olafs

Ein AVOID-Sensor an einem Airbus A340-300.

Ein AVOID-Sensor an einem Airbus A340-300.
© Airbus

Im April 2011 brach der isländische Vulkan Eyjafjallajökull aus.

Im April 2011 brach der isländische Vulkan Eyjafjallajökull aus.
© DLR

Eine Airbus-Testmaschine verteilte in einer Höhe von 9.000 bis 11.000 Fuß (2.700 bis 3.300 Meter) eine Tonne isländischer Vulkanasche.

Eine Airbus-Testmaschine verteilte in einer Höhe von 9.000 bis 11.000 Fuß (2.700 bis 3.300 Meter) eine Tonne isländischer Vulkanasche.
© Airbus

Blick aus einem Flugzeug von Air Iceland auf den isländischen Vulkan Bardabunga.

Blick aus einem Flugzeug von Air Iceland auf den isländischen Vulkan Bardabunga.
© Air Iceland

Wissenschaftler bereiten am Mittwoch (25.05.2011) auf dem Flugplatz in Hohn bei Rendsburg einen Flug mit einem Learjet durch die vom isländischen Vulkan Grímsvötn stammende Aschewolke vor.

Wissenschaftler bereiten am Mittwoch (25.05.2011) auf dem Flugplatz in Hohn bei Rendsburg einen Flug mit einem Learjet durch die vom isländischen Vulkan Grímsvötn stammende Aschewolke vor.
© dpa - Carsten Rehder

Aschewolken (orange) über Deutschland. Aufgenommen am 16.4.2010 um 11:45 UTC

Aschewolken (orange) über Deutschland. Aufgenommen am 16.4.2010 um 11:45 UTC
© dpa (DWD)

Vor fünf Jahren legte der isländische Vulkan Eyjafjallajökull den Flugverkehr in ganz Europa lahm. Als am 29. August 2014 der isländische Vulkan Bárdarbunga ausbrach, wurden sehr schnell die Erinnerungen an den Eyjafjallajökull geweckt. Denn Vulkanasche ist nicht ganz ungefährlich für den Luftverkehr, da sich Aschepartikel an den Triebwerksschaufeln festsetzen und zu Ausfällen der Triebwerke führen können. Zudem können bestimmte Sensoren an den Flugzeugen ausfallen. Allerdings hat der Bárdarbunga bis jetzt noch keine Asche ausgestoßen, sondern erhebliche Mengen an Schwefel, die inzwischen auch über Deutschland hinweggezogen sind.

Beim Ausbruch des Eyjafjallajökull erwies sich die Art und Weise, wie die Behörden auf den Ausbruch reagierten, bestenfalls als suboptimal. So entbrannte ein Streit, ab welcher Konzentration Vulkanasche als Gefahr für den Luftverkehr anzusehen ist, wobei offensichtlich nicht nur die Fluggesellschaften eine andere Ansicht als die Luftfahrtbehörden hatten, sondern diese waren sich auch untereinander nicht so richtig einig.

Inzwischen hat man sich in Europa auf einen Grenzwert von 2 mg/m3 festgelegt. Über Großbritannien darf es etwas mehr sein: Dort wird es erst ab 4 mg/m3 gefährlich. Zudem scheinen die Luftfahrtbehörden besser vorbereitet zu sein. "Alle notwendigen Vorbereitungen für den Fall eines Vulkanausbruchs auf Island sind getroffen. Wir haben einen 5-Punkte Aktionsplan erarbeitet, mit dem wir jederzeit auf aktuelle Situationen reagieren können", erklärte Verkehrsminister Dobrindt.

Ein Ascheradar für den Piloten

Schon während des Ausbruchs des Eyjafjallajökull wurde die Frage gestellt, ob es nicht sinnvoll wäre, ein System zu entwickeln, mit welchem man die Ausbreitung der Aschewolke feststellen und diese Information den Piloten im Cockpit zur Verfügung stellen könnte. So wie dies heute mit dem Wetterradar getan und die Cockpitbesatzung damit in die Lage versetzt wird, Schlechtwettergebiete und insbesondere Gewitter zu umfliegen.

Eine entsprechende Lösung wurde von Fred Prata, Chief Technical Officer bei der norwegischen Firma Nicarnica Aviation, entwickelt. Das von Prata entwickelte System nennt sich Avoid (Airborne Volcanic Object Imaging Detector) und ist in der Lage, Aschewolken in einer Konzentration zwischen einem und 50 mg/m3 in einer Entfernung von 100 km festzustellen. Für die Piloten eines Flugzeugs ergibt sich dadurch eine Vorwarnzeit von sieben bis zehn Minuten. Zeit genug, um der Aschewolke auszuweichen.

Anders als Radar ist Avoid kein aktives System. Es arbeitet mit Infrarotbildern und ist durch eine spezielle Technik in der Lage, das in der Atmosphäre befindliche Silikat von Wasser und Eis, also eine Aschewolke von "normalen" Wolken, zu unterscheiden. Die Darstellung erfolgt zweidimensional und gleicht damit einem Blick aus dem Cockpit. Zum Einsatz kommen dabei EVS-Kameras der Firma Elbit Systems. EVS steht für Enhanced Vision Systems.

© Airbus, Lesen Sie auch: Neuer Detektor spürt Aschewolken bereits aus der Ferne auf

Im Oktober 2013 wurde Avoid auf seine Praxistauglichkeit geprüft. Dabei wurde von einem A400M eine künstliche Aschewolke, die aus originaler Eyjafjallajökullasche bestand, ausgebracht und danach von einem mit Avoid-Technologie ausgerüsteten A340-300 in einer Entfernung von etwa 60 Kilometern entdeckt. Zusätzlich wurden mit einer von der FH Düsseldorf eingesetzten DA-42 detaillierte Messungen innerhalb der Aschewolke durchgeführt. Die britische Billig-Airline Easyjet hat bereits seit 2010 die Entwicklung von Avoid unterstützt und möchte 2015 ein erstes Flugzeug ihrer Airbusflotte damit ausrüsten.

Allerdings hat Avoid auch einen Nachteil. Zwar können die damit gewonnenen Daten per Datalink an andere Flugzeuge und an Bodenstationen (zum Beispiel an Flugsicherungsstellen und Wetterzentren) übermittelt werden, aber wenn sich im Bereich der Aschewolke kein mit Avoid ausgerüstetes Flugzeug befindet, dann können eben auch keine Informationen über die Ausdehnung der Aschewolke beziehungsweise die Konzentration der darin enthaltenden Aschepartikel übermittelt werden.

Ein weiterer Nachteil: Um die Zulassungsverfahren nicht zu sehr in die Länge zu ziehen, hat sich Nicarnica Aviation entschlossen, Avoid-Informationen nicht auf bereits in den Cockpits installierte Displays zu integrieren. Sie werden vielmehr auf Tabletcomputern beziehungsweise ToughBooks (mit denen die Cockpits der Easyjet-Maschinen ausgerüstet sind) dargestellt.

Aschebeobachtung durch Satellitentechnologie

Durch bessere Vorhersagen hätten bereits beim Ausbruch des Eyjafjallajökull, so hat es das Institut für Flugführung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) errechnet, trotz der festgestellten Aschewolken wesentlich mehr Flüge stattfinden können. Etwa 3.700 wären es am 21. April 2010 gewesen. Bereits 2012 haben sich Wissenschaftler des DLR-Instituts für Physik in der Atmosphäre im Rahmen des Projekts Volcats (Volcaic ash impact on the Air Transport System) mit der Auswertung von Daten der Meteosat-Satelliten zur Feststellung von Vulkanasche befasst. Dabei ist es ihnen gelungen, Infrarotsignaturen von Aschewolken zu erkennen und in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD), der Lufthansa und der Deutschen Flugsicherung (DFS) daraus das System Vadugs (Volcanic Ash Detection Utilizing Geostationary Satellites) zu entwickeln.

Das System Vaducs ermittelte Aschewolken des Eyjafjallajökull. Foto: © DLR,

Mit den vom Eumesat-Satelliten in einem Abstand von 15 Minuten gelieferten Daten können Aschewolken erkannt und ihre Zugrichtung präzise vorhergesagt werden. Dabei ist es durch entsprechende Instrumente möglich, die vertikale Struktur, also die vertikale Ausdehnung der Aschewolke und die Dichte der Aschepartikel, festzustellen. Zurzeit arbeitet das DLR an einer präziseren Vorhersage, so dass sich die Verbreitung einer einmal festgestellten Aschewolke innerhalb einer Stunde vorhersagen läßt. Ein gutes Werkzeug also, um den Einflug in Aschewolken zu vermeiden und den Luftverkehr auch noch im Fall eines Vulkanausbruchs verlässlich abwickeln können.

© dpa, S. Olafs Lesen Sie auch: Wie eine Aschewolke die deutsche Luftverkehrsbranche aufwirbelte

Allerdings stößt auch die Satellitentechnologie an ihre Grenzen. Denn die Satelliten können nicht durch die Wolken schauen und wenn sich über dem Beobachtungsgebiet eine durchgehende Wolkendecke eingefunden hat, dann sind sie so gut wie blind. Deshalb setzt das DLR auf ein integriertes Beobachtungssystem, bei welchem neben den Satelliten auch bodengestützte Systeme, Flugzeugmessungen und Ballonsonden zum Einsatz kommen sollen. Die so erstellten Lagebilder können dann an den Wetterdienst, die Flugsicherungsstellen und die Luftverkehrsgesellschaften weitergeleitet werden. Und möglicherweise von dort auch an jene Flugzeuge, die sich in dem betreffenden Gebiet befinden.

Von: Werner Fischbauer für airliners.de
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