Detect and Avoid: Wie Drohnen anderen Luftfahrzeugen ausweichen

Wer eine Drohne jenseits der Sichtweite steuert, kann nicht einfach aus dem Cockpitfenster schauen. Trotzdem muss das unbemannte Luftfahrzeug anderen Maschinen rechtzeitig ausweichen. „Detect and Avoid“ verbindet deshalb Verkehrsdaten, Luft-Luft-Radar, Kollisionsberechnung und die Arbeit des Fernpiloten zu einer technischen Sicherheitskette. Am Beispiel der MQ-9B SeaGuardian zeigt sich, warum diese Fähigkeit für den Einsatz der Marineflieger über Nord- und Ostsee entscheidend ist – und weshalb sie mehr bedeutet als ein Radar im Bug.

Detect and Avoid, kurz DAA, überträgt die Aufgabe des menschlichen Sehens und Ausweichens auf ein unbemanntes Luftfahrzeugsystem. Kooperative Luftfahrzeuge melden ihre Position über Transponder beziehungsweise ADS-B und können zusätzlich durch Kollisionswarnsysteme erfasst werden. Nicht kooperativer Verkehr muss mit eigenen Sensoren, vor allem einem Luft-Luft-Radar, gefunden und verfolgt werden. Aus allen verfügbaren Daten entsteht ein gemeinsames Luftlagebild. Algorithmen berechnen, ob die vorgeschriebene sichere Trennung gefährdet ist, und geben dem Fernpiloten Warnungen sowie Ausweichhinweise. Je nach zugelassener Systemkonfiguration kann eine letzte Kollisionsvermeidung auch automatisiert unterstützt werden. DAA ersetzt jedoch weder die Flugsicherung noch eine belastbare Führungsverbindung und macht eine Drohne nicht automatisch für jeden Luftraum zugelassen.

Die fehlenden Augen im Cockpit

Ein Pilot in einem bemannten Flugzeug beobachtet den Luftraum, hört den Funkverkehr und verbindet diese Eindrücke mit den Anzeigen im Cockpit. Bei einer MQ-9B sitzt die Besatzung dagegen in einer Bodenkontrollstation. Kameras können zwar einen Ausschnitt der Umgebung zeigen, ersetzen aber keinen natürlichen Rundumblick. Ihre Blickrichtung ist begrenzt, Entfernungen sind schwer einzuschätzen und ein kleines Flugzeug kann vor Wolken oder im Gegenlicht spät auffallen.

Genau an dieser Stelle setzt Detect and Avoid an. Der Begriff bezeichnet nicht nur die Entdeckung eines anderen Luftfahrzeugs. Gemeint ist eine vollständige Fähigkeit: Verkehr erkennen, eine stabile Flugspur aufbauen, die Annäherung bewerten, rechtzeitig warnen und einen sicheren Ausweg bestimmen. Für große, ferngeführte Systeme soll DAA damit die Funktion übernehmen, die in den Luftverkehrsregeln traditionell als „see and avoid“ – sehen und ausweichen – beschrieben wird.

Das ist besonders wichtig, wenn eine Drohne nicht in einem eigens gesperrten Korridor bleibt. Eine maritime Mission beginnt schließlich nicht erst über der offenen See. Das Luftfahrzeug muss vom Flugplatz durch gemeinsam genutzten Luftraum steigen, Verkehrswege kreuzen und später wieder sicher in den Anflug eingefädelt werden. Dort begegnet es Verkehrsflugzeugen, Hubschraubern, Geschäftsreiseflugzeugen, Segelfliegern oder anderen militärischen Maschinen.

Zwei Arten von Luftverkehr

DAA muss mit sehr unterschiedlichen Gegenübern zurechtkommen. Technisch wird deshalb zwischen kooperativem und nicht kooperativem Verkehr unterschieden.

„Kooperativ“ bedeutet dabei keine bewusste Zusammenarbeit der Besatzungen. Es beschreibt lediglich, dass das andere Luftfahrzeug elektronisch verwertbare Informationen aussendet. ADS-B übermittelt beispielsweise eine satellitengestützt bestimmte Position. Ein Transponder beantwortet Abfragen und macht das Ziel für passende Überwachungssysteme sichtbar. TCAS verarbeitet solche Signale, um Annäherungen zu erkennen und Kollisionswarnungen zu erzeugen.

Ein Kleinflugzeug mit ausgeschaltetem oder defektem Transponder, ein Segelflugzeug ohne kompatible Ausrüstung oder ein nur schwach erfasstes Ziel bleibt für diese kooperative Kette unsichtbar. Deshalb gehört bei großen DAA-Systemen ein eigener, nach vorn blickender Luft-Luft-Radar zu den zentralen Bausteinen. Beim von General Atomics beschriebenen System übernimmt der „Due Regard Radar“ diese Aufgabe. Seine elektronisch geschwenkten Antennen können mehrere Ziele verfolgen und gleichzeitig weiter nach neuem Verkehr suchen.

Vom Radarecho zum Ausweichkurs

Zwischen dem ersten Kontakt und dem eigentlichen Manöver liegen mehrere Rechenschritte. Vereinfacht arbeitet die Kette so:

Entscheidend ist die Datenfusion. Ein einzelnes Radarecho sagt zunächst wenig aus. Erst mehrere Messungen ergeben eine Flugspur. Stimmen gleichzeitig ADS-B- oder Transponderdaten überein, kann das System Informationen zusammenführen, ohne ein Luftfahrzeug doppelt darzustellen. Dabei muss es auch Messfehler berücksichtigen. Eine zu optimistische Berechnung könnte zu spät warnen; eine zu vorsichtige Auslegung würde unnötige Alarme erzeugen und die Besatzung belasten.

Die Software schaut deshalb nicht nur auf den momentanen Abstand. Sie berechnet, wie sich beide Flugwege in den nächsten Minuten entwickeln und ob ein definierter Schutzraum – im Fachgebrauch „well clear“ – voraussichtlich verletzt wird. Dabei entstehen gestufte Warnungen. Ein früher Hinweis lässt Zeit für eine ruhige, mit der Flugsicherung abgestimmte Kurs- oder Höhenänderung. Erst wenn die Annäherung dringlich wird, rückt die unmittelbare Kollisionsvermeidung in den Vordergrund.

Sichere Trennung ist nicht dasselbe wie Kollisionsvermeidung

Im Alltag werden beide Begriffe häufig vermischt. Für die Auslegung eines DAA-Systems ist die Trennung jedoch wichtig.

Sichere Trennung aufrechterhalten: Das System erkennt einen Konflikt früh. Der Fernpilot verändert Kurs oder Höhe so, dass die beiden Luftfahrzeuge gar nicht erst gefährlich nahekommen. Dieses Vorgehen bleibt in den normalen Verkehrsfluss eingebettet und kann mit der Flugsicherung koordiniert werden.

Kollision vermeiden: Die Lage ist bereits dringlich. Jetzt zählt ein eindeutiges, schnell ausführbares Manöver. Ein Kollisionswarnsystem kann dafür konkrete Ausweichanweisungen erzeugen. Ob und in welchem Umfang die Drohne diese automatisch ausführt, hängt vom System, von der Zulassung und vom Betriebsverfahren ab.

NASA-Flugversuche mit dem unbemannten Erprobungsträger Ikhana haben beide Ebenen untersucht. Dabei wurden Begegnungen mit kooperativen und nicht kooperativen „Eindringlingen“ geflogen. Die DAA-Algorithmen erzeugten Warnungen und Manöverhinweise für den Piloten am Boden; ein Teil der Versuche prüfte zusätzlich das Zusammenspiel mit automatischen TCAS-Ausweichmanövern. 2018 flog Ikhana schließlich ohne begleitendes Sicherheitsflugzeug durch gemeinsam genutzten US-Luftraum. An Bord waren Luft-Luft-Radar, TCAS, ein Fusions-Tracker und ADS-B.

Wer weicht tatsächlich aus: Mensch oder Maschine?

Die kurze Antwort lautet: Es kommt auf die zugelassene Konfiguration und die Dringlichkeit an. „Unbemannt“ ist nicht gleichbedeutend mit „autonom“. Bei einer ferngeführten MQ-9B bleibt eine ausgebildete Besatzung für die Flugführung verantwortlich. Sie überwacht das Verkehrslagebild, spricht mit der Flugsicherung und setzt Freigaben sowie DAA-Hinweise um.

Ein typischer Konflikt wird deshalb möglichst früh gelöst. Das System markiert einen relevanten Kontakt und zeigt, welche Kurs- oder Höhenbereiche den Konflikt verschärfen oder auflösen. Der Fernpilot wählt ein geeignetes Manöver, berücksichtigt die Freigabe der Flugsicherung und überwacht die Ausführung. Die Flugsteuerung setzt die Eingabe an Bord stabil um.

Für die letzte Schutzebene kann eine automatische Funktion sinnvoll sein, weil nur wenig Zeit bleibt und die Funk- oder Satellitenstrecke eine Verzögerung mit sich bringt. Daraus folgt aber nicht, dass jedes DAA-fähige Luftfahrzeug beliebige Ausweichentscheidungen selbstständig treffen darf. Welche Warnungen verbindlich sind, wann die Automation eingreift und wie die Besatzung sie übersteuert, ist Teil der jeweiligen Zulassung und der festgelegten Verfahren.

Warum die Datenverbindung trotzdem wichtig bleibt

DAA und Satellitensteuerung lösen zwei verschiedene Aufgaben. DAA beobachtet den Luftverkehr und unterstützt die sichere Trennung. Die Führungsverbindung übermittelt dagegen Flugbefehle, Systemzustände, Verkehrslage und Kommunikation zwischen Luftfahrzeug und Bodenstation.

Ein robustes DAA-Konzept darf nicht davon ausgehen, dass jeder Rechenschritt am Boden ohne Verzögerung erfolgt. Sensoren messen an Bord, und zeitkritische Verarbeitung muss so ausgelegt sein, dass Warnungen rechtzeitig entstehen. Zugleich braucht der Fernpilot ein verständliches, aktuelles Lagebild. Verzögerung, Paketverlust oder ein vollständiger „Lost Link“ sind deshalb eigene Sicherheitsfälle mit vorab festgelegten Verfahren. Ein Luftfahrzeug kann also ein leistungsfähiges DAA besitzen und dennoch nicht starten dürfen, wenn die Führungsverbindung oder die vorgesehenen Ausweichverfahren nicht ausreichend abgesichert sind.

Mehr zur Fernführung: https://marineflieger.de/technik/unbemannte-systeme/wie-wird-eine-maritime-drohne-ueber-grosse-entfernungen-gesteuert

Mehr zu BVLOS: https://marineflieger.de/technik/unbemannte-systeme/was-bedeutet-beyond-visual-line-of-sight

Bedeutung für die Marineflieger

Deutschland hat acht MQ-9B SeaGuardian und vier zertifizierbare Bodenkontrollstationen bestellt; die ersten Systeme werden nach Angaben von Bundeswehr und Hersteller ab 2028 erwartet. Der Betrieb soll beim Marinefliegergeschwader 3 „Graf Zeppelin“ in Nordholz liegen. Die maritime Aufgabe führt die Flugzeuge zwar häufig über dünn besiedelte Seegebiete, doch An- und Abflug, Küstenbereiche, Verkehrsachsen sowie internationale Lufträume bleiben gemeinsam genutzte Räume.

Der Hersteller beschreibt die MQ-9B als von Grund auf für die Integration in zivilen Luftraum ausgelegt und nennt sein DAA-System ausdrücklich als Beitrag zum Betrieb in nicht segregiertem Luftraum. Für die deutsche Beschaffung ist diese Eigenschaft besonders relevant: Eine lang andauernde Seeraumüberwachung entfaltet ihren Wert erst dann vollständig, wenn das Luftfahrzeug ohne unnötige Sperrgebiete vom Heimatflugplatz in den Einsatzraum gelangen kann.

Gleichzeitig ist zwischen einer konstruktiven Fähigkeit und einer konkreten Betriebsgenehmigung zu unterscheiden. Ein eingebautes DAA-System öffnet nicht automatisch jeden Luftraum. Erforderlich sind unter anderem die technische Zulassung des gesamten Luftfahrzeugsystems, genehmigte Betriebsverfahren, ausgebildetes Personal, verlässliche Kommunikation mit der Flugsicherung und passende nationale beziehungsweise internationale Freigaben. Welche genaue Sensor- und Softwarekonfiguration die deutschen Systeme bei Einführung erhalten, ist öffentlich nicht in allen Einzelheiten beschrieben.

Mehr zur MQ-9B SeaGuardian: https://marineflieger.de/waffensysteme/fluggeraete/flugzeuge/mq-9b-sea-guardian

Grenzen und schwierige Fälle

Auch ein modernes DAA-System kennt keine perfekte Luftlage. Besonders anspruchsvoll sind kleine Ziele, ungünstige Annäherungswinkel und Kontakte nahe der Sensorgrenze. Wetter, Niederschlag, Störungen, Gelände- oder Meeresclutter und die Eigenbewegung des Luftfahrzeugs beeinflussen die Messung. Außerdem besitzt jedes Radar einen begrenzten Erfassungsbereich. Ein Ziel außerhalb dieses Bereichs kann erst später erscheinen.

Hinzu kommt die menschliche Seite. Eine Anzeige darf den Fernpiloten weder mit Fehlalarmen überfluten noch eine gefährliche Lage verharmlosen. Warnungen müssen eindeutig priorisiert sein, und vorgeschlagene Manöver dürfen nicht mit anderen Verkehrsregeln oder Anweisungen kollidieren. Auch die Dynamik der Drohne zählt: Ein großes, ausdauerndes Luftfahrzeug reagiert anders als ein wendiger Hubschrauber. Der Algorithmus muss Manöver empfehlen, die das eigene Flugzeug tatsächlich rechtzeitig fliegen kann.

Militärischer Flugbetrieb bringt weitere Randbedingungen mit sich. Nicht jeder Kontakt sendet zivile Verkehrsdaten, und nicht jede Mission findet unter normalen Friedensbetriebsregeln statt. DAA bleibt dennoch zunächst ein Flugsicherheitssystem. Es ist weder ein Luftverteidigungsradar noch ein taktisches System zur Bekämpfung eines Zieles. Seine Aufgabe ist, Zusammenstöße mit anderem Luftverkehr zu verhindern.

Häufige Missverständnisse

Sieht eine Drohne mit DAA alles um sich herum?

Nein. Sensoren haben Reichweiten, Blickfelder und Messunsicherheiten. DAA schafft ein belastbares Verkehrslagebild innerhalb definierter Leistungsgrenzen, keinen lückenlosen Rundumblick unter allen Bedingungen.

Reicht ADS-B allein aus?

Nein. ADS-B ist sehr wertvoll, erfasst aber nur passend ausgerüstete und korrekt sendende Luftfahrzeuge. Für nicht kooperativen Verkehr ist ein unabhängiger Sensor erforderlich.

Weicht die MQ-9B immer vollautomatisch aus?

Nein. DAA kann den Fernpiloten warnen und Ausweichführung liefern; automatische Kollisionsvermeidung ist eine mögliche, zulassungsabhängige Schutzebene. Die konkrete Aufgabenverteilung folgt der jeweiligen Systemauslegung und Betriebsgenehmigung.

Ersetzt DAA die Flugsicherung?

Nein. Die Flugsicherung ordnet den Verkehr und erteilt Freigaben. DAA ergänzt diese Arbeit durch eine eigene luftgestützte Sicherheitsfunktion – auch für den Fall, dass ein anderer Verkehrsteilnehmer nicht elektronisch kooperiert.

Darf eine DAA-ausgerüstete Drohne überall fliegen?

Nein. Sensorleistung, Software, Bodenstation, Führungsverbindung, Besatzung und Verfahren werden als Gesamtsystem bewertet. Erst eine entsprechende Zulassung und Betriebsgenehmigung erlauben den Einsatz im vorgesehenen Luftraum.

Fazit

Detect and Avoid gibt einer ferngeführten Drohne keine menschlichen Augen.
Es ersetzt deren Funktion durch ein überprüfbares technisches und betriebliches System.
Elektronisch meldender Verkehr wird über Transponder, ADS-B und Kollisionswarntechnik erkannt; ein Luft-Luft-Radar sucht nach nicht kooperativen Zielen.
Datenfusion und Algorithmen machen daraus Warnungen und sichere Manöveroptionen für den Fernpiloten – mit einer möglichen automatischen letzten Schutzebene.

Für die Marineflieger ist DAA deshalb kein Zusatz für eine ferne Zukunft, sondern eine Voraussetzung für alltagstaugliche unbemannte Seeraumüberwachung.
Die MQ-9B muss nicht nur lange über dem Meer bleiben können. Sie muss den Einsatzraum auch sicher, regelkonform und gemeinsam mit dem übrigen Luftverkehr erreichen.
Wie weit das im deutschen Betrieb möglich sein wird, entscheidet nicht ein einzelner Sensor, sondern die Zulassung der gesamten Kette aus Luftfahrzeug, Bodenstation, Datenverbindung, Besatzung und Verfahren.