Im November 2001 stürzte eine Boeing vor New York in den Atlantik. Die wahrscheinliche Ursache: Luftturbulenzen, ausgelöst von einem voraus fliegenden Jumbojet. Über zehn Kilometer lang kann eine solche Wirbelschleppe sein.
Erkennen lässt sich eine Wirbelschleppe dadurch, dass die Luft dort eine andere Geschwindigkeit hat als in der Umgebung,
sagt Dr. Thomas Peschel vom Jenaer Fraunhofer Institut für angewandte Optik und Feinmechanik. Der Geschwindigkeitsmesser ist in dem Falle ein armdicker Infrarot-Laser. 500 Mal in der Sekunde schickt er ein Signal in die Luft, rastert -ähnlich wie der Lichtstrahl im Fernseher - dabei den Himmel vor sich ab. Weniger als ein Promille der Lichtstrahlen wird an winzigen Staubkörnern und anderen Partikeln reflektiert.
Die fallen auf dieselben Spiegel, durch die der Laser raus gegangen ist, und gehen im Prinzip auf dem selben Weg zurück. Diese Turbulenz sehe ich dadurch, dass das zurückkommende Signal ein etwas breiteres Spektrum hat als das, was ursprünglich ausgestrahlt worden ist.
Je schneller der Lichtstrahl zurückkommt, desto näher ist die Turbulenz. Wie heftig die Luft nun wirbelt, erkennen die Forscher am Spektrum des zurückkommenden Laserlichts. Es ist bei Teilchen, die wegfliegen, etwas anders als bei jenen, die auf einen zurasen. Der bekannte Dopplereffekt also: Das Martinshorn eines Feuerwehrautos, das sich entfernt, klingt tiefer, dass eines Fahrzeugs, das näher kommt, dagegen höher. Diese Daten setzt der Bordcomputer in Relation zum mitgemessenen normalen Fahrtwind und der Luftströmung und erkennt so die Turbulenzen.
Solche Systeme wurde bislang nur am Boden erprobt. Die stationären Geräte können zwar die Startbahnen überwachen, sehen aber nicht, was in der Höhe los ist. Der von den Jenaern gemeinsam mit europäischen Partnern entwickelte Sensor soll aber dem Piloten helfen, Wirbelschleppen in der Höhe zu erkennen. Das Problem bei einem Laserscanner an Bord: Ein Flugzeug liegt aber auch ohne Turbulenzen nie völlig ruhig.
Der Pilot will aber trotzdem wissen, aus welchem Gebiet er Informationen bekommt. Infolgedessen muss man die Strahlführung nachjustieren, je nachdem wie die Maschine sich bewegt. Das zwingt dazu, vom technisch herkömmlichen Prinzip wegzugehen.
Die Jenaer entwickelten dazu zwei spezielle Spiegel, die sich bewegen und dadurch den Laserstrahl so ablenken, das er das gewünschte Gebiet abrastert. Die Aluminiumspiegel fangen auch das zurückkommende Licht ein. Die Herausforderung dabei: die 11 mal 15 Zentimeter großen Spiegel dürfen sich bei der schnellen Bewegung maximal 100 Nanometer verziehen, sonst verfälschen sie das einkommende Signal.
Da haben wir ein besonderes Verfahren entwickelt, wie man so einen Spiegel herstellen kann, aber gleichzeitig den Spiegel durch Einbringen von Bohrungen in einer ganz bestimmen Weise deutlich erleichtert, ohne dabei die Steifigkeit des Spiegels einzuschränken.
Dabei ist der Spiegel in den Augen von Thomas Peschel beinahe hauchdünn - gerade mal zwölf Millimeter. Üblich ist bei solchen Präzisionsspiegeln mehr als das Zehnfache.
Es besteht die Hoffnung, dass man mit dem System auch andere Formen der Turbulenzen nachweisen kann. Sprich die berühmt berüchtigten Luftlöcher, im Fliegerjargon die "clear air turbulence", also die Turbulenz in der freien, ruhigen Luft, für die es für den Piloten keine Warnung gibt.
Das interessiert vor allem die Fluggesellschaften. Sie haben mit Millionenklagen von Passagieren zu kämpfen, die durch umher schießende Servierwagen verletzt wurden.
Erkennen lässt sich eine Wirbelschleppe dadurch, dass die Luft dort eine andere Geschwindigkeit hat als in der Umgebung,
sagt Dr. Thomas Peschel vom Jenaer Fraunhofer Institut für angewandte Optik und Feinmechanik. Der Geschwindigkeitsmesser ist in dem Falle ein armdicker Infrarot-Laser. 500 Mal in der Sekunde schickt er ein Signal in die Luft, rastert -ähnlich wie der Lichtstrahl im Fernseher - dabei den Himmel vor sich ab. Weniger als ein Promille der Lichtstrahlen wird an winzigen Staubkörnern und anderen Partikeln reflektiert.
Die fallen auf dieselben Spiegel, durch die der Laser raus gegangen ist, und gehen im Prinzip auf dem selben Weg zurück. Diese Turbulenz sehe ich dadurch, dass das zurückkommende Signal ein etwas breiteres Spektrum hat als das, was ursprünglich ausgestrahlt worden ist.
Je schneller der Lichtstrahl zurückkommt, desto näher ist die Turbulenz. Wie heftig die Luft nun wirbelt, erkennen die Forscher am Spektrum des zurückkommenden Laserlichts. Es ist bei Teilchen, die wegfliegen, etwas anders als bei jenen, die auf einen zurasen. Der bekannte Dopplereffekt also: Das Martinshorn eines Feuerwehrautos, das sich entfernt, klingt tiefer, dass eines Fahrzeugs, das näher kommt, dagegen höher. Diese Daten setzt der Bordcomputer in Relation zum mitgemessenen normalen Fahrtwind und der Luftströmung und erkennt so die Turbulenzen.
Solche Systeme wurde bislang nur am Boden erprobt. Die stationären Geräte können zwar die Startbahnen überwachen, sehen aber nicht, was in der Höhe los ist. Der von den Jenaern gemeinsam mit europäischen Partnern entwickelte Sensor soll aber dem Piloten helfen, Wirbelschleppen in der Höhe zu erkennen. Das Problem bei einem Laserscanner an Bord: Ein Flugzeug liegt aber auch ohne Turbulenzen nie völlig ruhig.
Der Pilot will aber trotzdem wissen, aus welchem Gebiet er Informationen bekommt. Infolgedessen muss man die Strahlführung nachjustieren, je nachdem wie die Maschine sich bewegt. Das zwingt dazu, vom technisch herkömmlichen Prinzip wegzugehen.
Die Jenaer entwickelten dazu zwei spezielle Spiegel, die sich bewegen und dadurch den Laserstrahl so ablenken, das er das gewünschte Gebiet abrastert. Die Aluminiumspiegel fangen auch das zurückkommende Licht ein. Die Herausforderung dabei: die 11 mal 15 Zentimeter großen Spiegel dürfen sich bei der schnellen Bewegung maximal 100 Nanometer verziehen, sonst verfälschen sie das einkommende Signal.
Da haben wir ein besonderes Verfahren entwickelt, wie man so einen Spiegel herstellen kann, aber gleichzeitig den Spiegel durch Einbringen von Bohrungen in einer ganz bestimmen Weise deutlich erleichtert, ohne dabei die Steifigkeit des Spiegels einzuschränken.
Dabei ist der Spiegel in den Augen von Thomas Peschel beinahe hauchdünn - gerade mal zwölf Millimeter. Üblich ist bei solchen Präzisionsspiegeln mehr als das Zehnfache.
Es besteht die Hoffnung, dass man mit dem System auch andere Formen der Turbulenzen nachweisen kann. Sprich die berühmt berüchtigten Luftlöcher, im Fliegerjargon die "clear air turbulence", also die Turbulenz in der freien, ruhigen Luft, für die es für den Piloten keine Warnung gibt.
Das interessiert vor allem die Fluggesellschaften. Sie haben mit Millionenklagen von Passagieren zu kämpfen, die durch umher schießende Servierwagen verletzt wurden.