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StartseiteForschung aktuellUnbemannt über den Atlantik18.03.2009

Unbemannt über den Atlantik

Das Projekt "Castor" an der ETH Zürich

Technik. - Acht Maschinenbau-Studenten an der ETH Zürich haben einen Weltrekord der besonderen Art im Visier: Seit Anfang Februar bauen sie in ihren Werkstätten das unbemannte Segelschiff "Castor". Mit seinen vier Metern Länge soll es als erstes autonomes Segelschiff ganz ohne Besatzung von Irland den Atlantik überqueren.

Von Thomas Wagner

Das Segelschiff "Castor" soll unbemannt den Atlantik überqueren. (ETH Zürich/Team SSA)
Das Segelschiff "Castor" soll unbemannt den Atlantik überqueren. (ETH Zürich/Team SSA)
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SSA - Studenten segeln autonom

Auf den ersten Blick sieht das kleine Schiffsmodell aus wie ein ganz normales Segelboot. Doch halt: Erfahrene Segler erkennen sofort einen entscheidenden Unterschied:

"Es hat nur ein Segel. Ein klassisches Segelboot hat ja in der Regel ein Großsegel und ein Vorsegel, eine Fock. Und das gibt es hier nicht: Wir haben hier nur ein Großsegel. Es hat keine Leinen, Schoten und Wanten. Der Mast ist nicht abgespannt", "

erklärt Stefan Wismer von der Projektgruppe Castor an der ETH Zürich. Das Rigg , wie die Segler das System von Segeln, Masten und Leinen bezeichnen, funktioniert bei dem neuen, unbemannten Segelboot völlig anders als bei herkömmlichen Segelbooten. Als "Aero-Rigg" bezeichnen die Züricher Tüftler ihren neu entwickelten Antrieb. Dabei haben die Tüftler die herkömmliche Konstruktion aus fest verankertem Mast, flexiblem Großbaum und darin aufgespanntem Großsegel aufgeben. Stattdessen sind beim "Aero-Rigg" Mast und Großbaum starr und nicht mehr drehbar miteinander verbunden. Das Ganze sitzt auch nicht am Mastende auf dem Schiffsrumpf auf, sondern in der Mitte des Großbaumes - über ein drehbares Kugellager. Man muss sich die Konstruktion wie eine Art riesiges Geo-Dreieck vorstellen, das in der Mitte eines kurzen Dreiecksschenkels drehbar mit dem Rumpf verbunden ist - ohne Leinen. Den Drehpunkt haben die Züricher Tüftler genauso so gewählt, dass sich dort die auf das Segel einwirkenden Kräfte des Windes aufheben. Hendrik Erckens vom Castor-Projektteam::

" "Dadurch, dass eben das Drehmoment ausbalanciert ist, also das Drehmoment gleich Null ist, können wir das komplette Rigg von einem Motor aus unter Deck steuern. Das heißt, unten befindet sich ein Motor, der das komplette Rigg als Ganzes dreht auf dem Punkt der Lagerung."

Und ganz wichtig: Es gibt beim Aero-Rigg eben nur einen einzigen Drehpunkt, mit dem die Segelstellung verändert wird - und das auch noch ohne "bewegliches Gut", wie die Wassersportler die Leinen und Schoten nennen. Das ist gerade für den unbemannten Einsatz wichtig, erklärt Hendrik Erckens:

"Bei einem normalen Boot, wo eine Person drauf ist, kann die Person die Leinen immer wieder aufrollen, damit sich keine Knoten bilden. Auf unserem Boot befindet sich kein Mensch. Das heißt: jegliche Leinen, die es gäbe, würden sich verhaken irgendwann. Und der Betrieb wäre nicht mehr gewährleistet. Und deshalb wollen wir eben komplett auf Leinen verzichten und haben dieses neue Rigg entwickelt."

Damit glauben die Züricher Wissenschaftler eine wichtige Fehlerquelle ausgeschaltet zu haben, die bislang unbemannte Segeltouren über weite Distanzen hinweg häufig scheitern ließ. Ansonsten setzt das "Castor"-Projektteam auf Redundanz: Neben Solarpanels besteht die Energieversorgung für den Bordrechner und den Elektromotor, der das Aero-Rigg steuert, aus einer zusätzlichen Brennstoffzelle, die mit 50 Liter Methanol betrieben wird. Nicht ein, sondern zwei Ruder werden unabhängig voneinander vom Bordrechner gesteuert, um "Castor" auf Kurs zu halten. Die Doppelrumpfkonstruktion soll dafür sorgen, dass die sensiblen elektronischen Bauteile vom Salzwasser geschützt bleiben. Und kentert das Boot bei allzu hohen Wellen oder allzu heftigem Wind, dann sorgt der große Bleikiel dafür, dass sich "Castor" selbständig wieder aufstellt. Bleibt die Frage, wie das unbemannte Vier-Meter-Boot vor Kollisionen mit anderen Schiffen geschützt wird. Die Züricher Maschinenbauer haben den Bordrechner so programmiert, dass er selbständig ein Ausweichmanöver einleiten kann. Hendrik Erckens:

"Es gibt ein Gesetz, das sagt, dass alle Schiffe, die länger als 45 Meter sind, ein so genanntes AIS-System an Bord haben müssen. Dieses AIS-System sendet über UKW-Funk alle 30 Sekunden ein Signal mit der aktuellen Position und Geschwindigkeit des Schiffes. Dieses Signal können wir empfangen. Wir haben auch ein solches AIS-System an Bord, das allerdings nur empfängt. Die Signale können wir dann verarbeiten und in einem Routenplanungssystem mit einbringen, so dass wir diese Schiffe, die wir dann sehen, umgehen können. Das Schiff weicht automatisch aus."

Dazu muss der Bordrechner situationsbedingt Kursänderungen einleiten können - für Hendrick Erckens ein schönes Beispiel dafür, wie sich aus dem Züricher Projekt auch nützliche Entwicklungen für den Segelsport ergeben können.

"Ein Ein-Hand-Segler segelt auf hoher See. Kein anderes Schiff ist in der Umgebung. Der Segler hat einen kleinen Sensor an seiner Schwimmweste, der mit dem Bordcomputer des Bootes verbunden ist. Wenn sich der Segler sich jetzt weiter als fünf Meter vom Boot entfernt, könnte der Bordcomputer dies sofort bemerken und sofort das Mann-Über-Bord-Manöver einleiten."

Anhand der Daten de GPS-Empfängers, den der Segler bei sich trägt und die über einen Funksender auf das Schiff gesendet werden, kann der Bordrechner selbständig zu dem über Bord gefallenen Segler zurückkehren.

Dieser Tage soll "Castor", das unbemannte Segelboot, die Werkstätten der ETH-Zürich verlassen. Danach folgen erste Erprobungsfahrten auf dem Züri-See. Wenn alle klappt, beginnt im Frühsommer die große Fahrt über den Atlantik - von Irland aus 7000 Kilometer weit bis in die Karibik. Für diese Überfahrt haben die Züricher Maschinenbauer vier Monate veranschlagt - vier Monate, in denen "Castor" völlig autonom bei Wind und Wetter auf sich selbst gestellt ist.

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