← Zurück zu Drone Academy
Modul 1 — Einführung in Drohnen
Stellen Sie sich Ihren ersten Start vor: Die Rotoren beginnen sich zu
drehen, die Drohne hebt sanft vom Boden ab, und innerhalb weniger
Sekunden entdecken Sie eine völlig andere Perspektive auf die Welt.
Ein Dach, eine Landschaft, ein Feld oder eine Baustelle bekommen
plötzlich eine neue Dimension. Genau diese Verbindung von Technik,
Luftfahrt und Beobachtung macht Drohnen so faszinierend. Doch hinter
einem Gerät, das manchmal einfach zu steuern erscheint, verbergen
sich viele interessante Prinzipien. In diesem Modul erfahren Sie, was
eine Drohne wirklich ist, woher sie kommt, wie die verschiedenen
Typen funktionieren und vor allem, was sie in der realen Welt
ermöglichen.
1.1 — Was ist eine Drohne?
Der Begriff Drohne bezeichnet im Allgemeinen ein
Luftfahrzeug, das ohne menschlichen Piloten an Bord
fliegen kann. Sie kann von einem Bediener ferngesteuert werden oder
einen Teil ihres Fluges dank Sensoren, GPS und einem Bordcomputer
automatisiert durchführen.
Der Begriff UAV steht für Unmanned Aerial
Vehicle, also „unbemanntes Luftfahrzeug". Er bezeichnet
hauptsächlich das fliegende Gerät selbst.
Man findet auch den Begriff UAS, für Unmanned
Aircraft System. Dieser Begriff ist weiter gefasst: Er umfasst
die Drohne, aber auch die Fernsteuerung, die Software, die
Kommunikationssysteme und teilweise die am Boden verwendete
Ausrüstung. Mit anderen Worten steht das UAS für das gesamte System,
das zum Betrieb der Drohne nötig ist.
Ein Multirotor ist eine Drohne mit mehreren Motoren
und Rotoren. Der Quadrocopter mit vier Motoren ist heute das
bekannteste Format. Sechs- und Achtmotoren-Modelle werden ebenfalls
eingesetzt, wenn mehr Stabilität oder Tragfähigkeit benötigt wird.
Man kann Drohnen vereinfacht in drei grosse Nutzungskategorien einteilen:
- Freizeit: Fotografie, Video, Entdeckung des Fliegens oder einfach die Freude am Fliegen.
- Beruflich: Inspektion, Kartierung, Landwirtschaft, Thermografie, Bauwesen, spezialisierte Fotografie usw.
- Militärisch: Aufklärung, Nachrichtengewinnung oder, in bestimmten Fällen, bewaffnete Einsätze.
Warum sind sie so populär geworden? Weil Technologien, die früher
teuer waren, viel zugänglicher geworden sind. Akkus sind
leistungsfähiger, Sensoren kleiner, GPS-Systeme präziser und Kameras
deutlich erschwinglicher. Eine moderne Mini-Drohne kann so Kamera,
GPS, Stabilitätssensoren und Flugcomputer in einem Gerät vereinen,
das manchmal in die Handfläche passt.
1.2 — Geschichte der Drohnen
Die Geschichte der Drohnen beginnt lange vor den kleinen Geräten, die
wir heute kennen. Bereits in den 1910er-Jahren
experimentierten Ingenieure und Militärs mit fernsteuerbaren
Luftfahrzeugen. Während des Ersten Weltkriegs entwickelten die USA
beispielsweise den Kettering Bug, ein
experimentelles unbemanntes Flugzeug, das eine Sprengladung
transportieren sollte. Es wurde während des Krieges jedoch nie
operativ eingesetzt.
In den folgenden Jahrzehnten entwickelten sich die
Funkfernsteuerungstechnologien weiter. Während des Zweiten
Weltkriegs und danach im Kalten Krieg entwickelten
verschiedene Länder unbemannte Flugeräte hauptsächlich für
Ausbildung, Aufklärung und Einsätze mit hohem Risiko für einen
menschlichen Piloten.
Ab den 1960er-Jahren wurden militärische Drohnen
ausgereifter. Sie konnten insbesondere Aufklärungsmissionen
durchführen und Informationen aus der Luft sammeln. Die militärische
Nutzung blieb damals weitgehend dominant.
Der Wandel begann schrittweise in den 1990er- und
2000er-Jahren. Fortschritte in der Elektronik, bei Akkus,
GPS-Systemen und Digitalkameras ermöglichten den Bau kleinerer und
günstigerer Geräte. Zivile Anwendungen entstanden in der
Luftfotografie, der wissenschaftlichen Forschung, der Kartierung und
der Inspektion.
Dann kam der Durchbruch für den Massenmarkt in den
2010er-Jahren. Modelle wie der DJI
Phantom machten die Luftfotografie einem viel breiteren
Publikum zugänglich. Unternehmen wie GoPro trugen ebenfalls zur
Popularisierung kleiner Kameras für Sport- und Luftaufnahmen bei.
Heute sind Drohnen also längst nicht mehr nur Freizeitobjekte. Sie
sind zu echten professionellen Werkzeugen geworden.
In der Schweiz und im übrigen Europa findet man sie insbesondere in
der Gebäudeinspektion, der Kartierung, der Landwirtschaft, der
Baustellenüberwachung und der Flächenanalyse.
Die Entwicklung ist letztlich recht logisch: Eine Technologie, die
für schwierige oder gefährliche Einsätze entwickelt wurde, ist
schrittweise zu einem zugänglichen Werkzeug geworden, um
aus der Luft zu sehen, zu messen und zu dokumentieren.
1.3 — Die Drohnentypen
Am weitesten verbreitet
Multirotor
Der Multirotor besitzt mehrere Motoren und Rotoren, die es ihm
ermöglichen, vertikal zu starten und nahezu bewegungslos in der
Luft zu stehen. Der Quadrocopter hat vier Motoren, der Hexacopter
sechs und der Octocopter acht.
Vorteile: sehr wendig, vertikaler Start, kann in der Luft stehen bleiben und ist relativ einfach zu bedienen.
Nachteile: in der Regel begrenzte Flugzeit und hoher Energieverbrauch, da die Motoren ständig Schub erzeugen müssen, um das Gerät in der Luft zu halten.
Typische Anwendung: Luftfotografie, Dachinspektion, Thermografie, Kartierung kleiner Flächen und Freizeit.
Lange Strecken
Starrflügler
Eine Starrflügeldrohne ähnelt eher einem kleinen Flugzeug. Ihre
Tragflächen erzeugen Auftrieb, während sie sich durch die Luft
bewegt.
Vorteile: ausgezeichnete Energieeffizienz und grosse Reichweite. Sie kann lange Strecken zurücklegen und weite Gebiete abdecken.
Nachteile: kann in der Regel nicht auf der Stelle schweben und benötigt mehr Platz oder eine spezielle Methode zum Starten und Landen.
Typische Anwendung: Kartierung grosser Flächen, Umweltüberwachung, grossflächige Landwirtschaft oder geografische Vermessungen.
Schwere Nutzlast
Hubschrauberdrohne
Eine Hubschrauberdrohne nutzt in der Regel einen Hauptrotor und
einen Heckrotor, wie ein klassischer Helikopter.
Vorteile: gute Tragfähigkeit und die Möglichkeit, relativ schwere Ausrüstung mitzuführen. Manche Modelle bieten zudem eine beachtliche Reichweite.
Nachteile: komplexere Mechanik, anspruchsvollere Wartung und in der Regel höhere Kosten als bei einem vergleichbaren Multirotor.
Typische Anwendung: spezialisierte berufliche Einsätze mit hoher erforderlicher Nutzlast.
Das Beste aus beiden Welten
VTOL-Hybrid
VTOL steht für Vertical Take-Off and Landing, also
„vertikaler Start und Landung". Eine VTOL-Hybriddrohne kombiniert
in der Regel Eigenschaften eines Multirotors und eines Flugzeugs:
Sie kann wie ein Multirotor vertikal starten und dann in den
Horizontalflug übergehen, um von der Effizienz eines starren
Flügels zu profitieren.
Vorteile: Kombination aus der Reichweite eines Starrflüglers und der einfachen Starteigenschaft eines Multirotors.
Nachteile: komplexere Konstruktion und Funktionsweise.
Typische Anwendung: Kartierung grosser Gebiete, Überwachung von Territorien und Einsätze, die sowohl Reichweite als auch Flexibilität erfordern.
1.4 — Reale Anwendungen
1. Luftfotografie und -videografie
Dies ist wahrscheinlich die bekannteste Anwendung. Eine Drohne
ermöglicht Aufnahmen aus Blickwinkeln, die mit einem Flugzeug oder
Helikopter unmöglich oder sehr teuer zu erreichen wären.
Beispiel: Ein Immobilienfotograf kann eine
Liegenschaft und ihre Umgebung aus der Luft zeigen. Im Tourismus
ermöglichen Drohnen zudem Aufnahmen von Schweizer oder alpinen
Landschaften.
2. Präzisionslandwirtschaft
Drohnen können Felder mit RGB- oder spezialisierten Kameras
beobachten, die teilweise verschiedene Merkmale der Vegetation
analysieren können.
Beispiel: Ein Landwirt kann Luftaufnahmen nutzen,
um Bereiche mit ungewöhnlicher Entwicklung zu erkennen und seine
Kontrolle dann gezielt auf diese Stellen statt auf das gesamte
Feld zu konzentrieren.
3. Industrieinspektion
Drohnen ermöglichen die Inspektion schwer zugänglicher Orte:
Dächer, Brücken, Fassaden, Kamine oder Strommasten.
Beispiel: Statt sofort einen Techniker auf ein
schwer zugängliches Dach zu schicken, kann eine mit einer Kamera
ausgestattete Drohne eine erste detaillierte Ansicht des Zustands
liefern. Eine Wärmebildkamera kann zudem bestimmte
Temperaturauffälligkeiten aufzeigen.
4. Rettung und Suche
Wenn eine Person vermisst wird oder ein Gebiet schwer zugänglich
ist, kann eine Drohne schnell eine grosse Fläche abdecken.
Beispiel: Bei einer Bergrettungsaktion kann eine
Drohne den Rettungsteams helfen, bestimmte Bereiche aus der Luft
zu beobachten. Spezialisierte Modelle können zudem mit
Wärmebildkameras ausgestattet sein.
5. Kartierung und 3D-Modellierung
Durch das Aufnehmen zahlreicher Fotos mit bekannten Positionen
kann eine Drohne zur Erstellung eines Orthofotos, einer
geometrisch korrigierten Luftkarte, oder eines 3D-Modells eines
Gebiets beitragen.
Beispiel: Ein Geomatik-Unternehmen kann eine
Baustelle oder einen Steinbruch kartieren und ein digitales Modell
erstellen, mit dem sich die Entwicklung des Standorts
beobachten lässt.
6. FPV-Racing
Beim FPV, für First Person View, sieht der Pilot dank
einer Kamera und einer Brille oder eines Bildschirms fast so, als
befände er sich an Bord der Drohne.
Beispiel: Bei FPV-Racing-Wettbewerben steuern die
Piloten sehr schnelle Drohnen durch Parcours mit Toren und
Hindernissen. Hier stehen Geschwindigkeit und Reaktionsvermögen im
Mittelpunkt.
7. Paketlieferung
Unternehmen erproben oder nutzen Drohnen, um in bestimmten
Situationen kleine Waren zu transportieren.
Beispiel: Projekte in der Schweiz und anderen
europäischen Ländern haben die Luftlieferung von Medikamenten oder
medizinischem Material untersucht, um die benötigte Zeit bis zu
bestimmten Orten zu verkürzen.
8. Bauwesen
Auf einer Baustelle kann eine Drohne regelmässig Aufnahmen machen,
um die Entwicklung zu verfolgen, die Arbeiten zu dokumentieren
oder den Fortschritt mit den Plänen zu vergleichen.
Beispiel: Ein Unternehmen kann jede Woche eine
Luftaufnahme durchführen und die Daten vergleichen, um die
Entwicklung der Baustelle zu visualisieren oder bestimmte Flächen
und Volumen zu messen.
1.5 — Wichtiges Vokabular
- Roll
- Drehung der Drohne um ihre Längsachse (vorne-hinten): Die Drohne neigt sich nach links oder rechts.
- Pitch
- Neigung nach vorne oder hinten. In der Praxis lässt eine Vorwärtsneigung die Drohne meist vorwärtsfliegen.
- Yaw
- Drehung der Drohne um ihre vertikale Achse: Die Drohne dreht sich nach links oder rechts, ohne zwangsläufig die Flugrichtung zu ändern.
- Throttle
- Steuert die allgemeine Motorleistung und damit hauptsächlich das Steigen oder Sinken der Drohne.
- ESC — Electronic Speed Controller
- Elektronischer Regler, der die Drehzahl eines Motors steuert. Jeder Motor besitzt in der Regel seinen eigenen ESC.
- FC — Flight Controller
- Das Gehirn der Drohne: Er empfängt die Sensordaten und die Befehle des Piloten und passt die Motoren mehrmals pro Sekunde an.
- LiPo — Lithium-Polymer
- Ein in Drohnen häufig verwendeter Lithium-Polymer-Akku mit einem ausgezeichneten Verhältnis von Gewicht zu Energie, der jedoch sorgfältig behandelt werden muss.
- FPV — First Person View
- „Sicht aus der ersten Person": Eine Kamera an der Drohne überträgt ein Live-Bild an den Piloten, meist über eine Brille oder einen Bildschirm.
- RTF / BNF / ARF
- Ready To Fly (flugbereit), Bind-N-Fly (mit einer Fernsteuerung zu verbinden) und Almost Ready To Fly (teilweiser Zusammenbau erforderlich).
- PID — Proportional Integral Derivative
- Ein mathematisches System, das der Flugcontroller zur Korrektur der Bewegungen nutzt, indem er die gewünschte Bewegung mit der tatsächlichen vergleicht.
- GPS / GNSS
- GPS ist das US-amerikanische Satellitensystem; GNSS bezeichnet die Gesamtheit vergleichbarer Systeme (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou), die zur Positionsbestimmung der Drohne genutzt werden.
- Failsafe
- Sicherheitsmechanismus, der festlegt, was die Drohne bei einem Problem tun soll (z. B. Verlust der Fernsteuerung): automatische Rückkehr oder Landung.
Wichtige Punkte zum Merken
- Eine Drohne ist ein Luftfahrzeug, das ohne menschlichen Piloten an Bord fliegen kann.
- UAV bezeichnet hauptsächlich das fliegende Gerät, während UAS das gesamte System bezeichnet.
- Multirotoren sind dank ihrer Stabilität, Wendigkeit und Fähigkeit zu schweben die häufigsten Drohnen.
- Starrflügeldrohnen eignen sich besonders für lange Strecken und grosse Flächen.
- Drohnen werden heute in vielen Bereichen eingesetzt: Inspektion, Landwirtschaft, Kartierung, Bauwesen, Rettung und audiovisuelle Produktion.
- Der Flight Controller ist das Gehirn der Drohne: Er interpretiert die Sensordaten und steuert die Motoren.
- Eine Drohne zu fliegen bedeutet nicht nur, eine Kamera fliegen zu lassen — es ist die Nutzung eines Systems aus Mechanik, Elektronik, Informatik, Sensoren und teilweise Geolokalisierung.
Quiz — Testen Sie Ihr Wissen