Testcenter für automatisiertes Fliegen und autonome Systeme (TAFAS)

Überblick

Das Test Center for Automated Flying and Autonomous Systems (TAFAS) im Smart Mobility Lab der TU Dresden verbindet Forschung, Entwicklung und experimentelle Erprobung automatisierter und autonomer Luftfahrtsysteme. Im Mittelpunkt stehen nicht nur die Fluggeräte selbst, sondern das Gesamtsystem aus Luftfahrzeug, Infrastruktur, Umweltbedingungen, Kommunikation, Betrieb und Luftraumintegration.

Die Versuchsmöglichkeiten reichen von modellbasierter Auslegung und Simulation über kontrollierte Indoor-Flugversuche sowie Wind-, Wetter- und EMV-Untersuchungen bis hin zu Outdoor- und BVLOS-Operationen. Damit können neue Technologien und Betriebsverfahren schrittweise unter reproduzierbaren Bedingungen untersucht, in realitätsnahen Szenarien validiert und für Sicherheits- sowie Zulassungsnachweise wissenschaftlich bewertet werden.

Forschungsfelder

Luftfahrtinfrastruktur und Vertiports

Vertiports und weitere Luftfahrtinfrastrukturen bilden die Schnittstelle zwischen Fluggerät, Bodenbetrieb, gebauter Umgebung und Luftraum. TAFAS untersucht, wie solche Infrastrukturen sicher, leistungsfähig und standortgerecht ausgelegt und in bestehende Verkehrs- und Siedlungsstrukturen integriert werden können. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Wechselwirkung zwischen Infrastruktur und Flugbetrieb. Dazu gehören die Bewertung potenzieller Standorte, die Gestaltung von Start- und Landebereichen, Hindernis- und Sicherheitsbetrachtungen, An- und Abfluggeometrien sowie der Einfluss von Gebäuden, Gelände und lokalen Windfeldern. Der am SML entstehende Forschungsvertiport ist für ein maßgebendes D von 14 m ausgelegt und bildet hierfür eine reale Referenzinfrastruktur. Die geometrische Auslegung und das Außentestgelände können mit Untersuchungen im Wind- und Wetterlabor sowie mit digitalen Modellen verknüpft werden.

• Standortbewertung und Platzierung von Vertiports und UAS-Infrastruktur
• Auslegung von Start- und Landeflächen, Sicherheitsbereichen und Betriebsflächen
• Hindernisbewertung sowie Analyse von An- und Abflugbereichen
• Wind- und Turbulenzeinflüsse in Bodennähe und im Umfeld von Bebauung
• Bewertung unterschiedlicher Infrastruktur- und Layoutvarianten
• Bodenprozesse, Verkehrsführung und multimodale Integration
• Experimentelle Validierung infrastruktureller und regulatorischer Anforderungen

Fluggeräteentwicklung und Flugerprobung

TAFAS unterstützt die Entwicklung und wissenschaftliche Bewertung von UAV- und eVTOL-Systemen von der frühen Auslegung bis zur experimentellen Flugerprobung. Reproduzierbare Testbedingungen ermöglichen es, aerodynamische, flugmechanische und systemtechnische Eigenschaften gezielt zu untersuchen und Simulations- bzw. Auslegungsmodelle mit Messdaten abzugleichen.

Im Fokus stehen unter anderem Flugleistung, Stabilität und Steuerbarkeit, Flugregelung, Antriebs- und Energiesysteme, Nutzlastintegration sowie das Verhalten bei variablen Wind- und Umweltbedingungen. Durch die Kombination aus Indoor- und Outdoor-Erprobung können Testkampagnen schrittweise von kontrollierten Randbedingungen zu realitätsnahen Betriebsszenarien erweitert werden.

Autonomes Fliegen, Wahrnehmung und Detect-and-Avoid

Autonome Luftfahrtsysteme müssen ihre Umgebung zuverlässig erfassen, relevante Objekte und Gefahren erkennen und daraus robuste Entscheidungen ableiten. TAFAS untersucht hierfür Methoden der Umgebungswahrnehmung, Sensorfusion, Navigation, Pfadplanung sowie Detect-and-Avoid und Conflict Detection & Resolution.

Die großskalige Versuchshalle ermöglicht reproduzierbare Begegnungs- und Hindernisszenarien mit präziser Referenzpositionierung. Ergänzend können reale Außenflüge und Luftraumdaten genutzt werden, um Verfahren unter zunehmender operationeller Komplexität zu bewerten. Ein besonderer Forschungsaspekt ist die Quantifizierung von Unsicherheiten und deren Einfluss auf sicherheitskritische Entscheidungsfunktionen.

• Computer Vision und luftgestützte Objekterkennung
• Detektion, Klassifikation und Tracking bemannter und unbemannter Luftfahrzeuge
• Sensorfusion und Zustandsabschätzung
• Detect-and-Avoid sowie Conflict Detection & Resolution
• Autonome Navigation, Pfadplanung und Hindernisvermeidung
• GNSS-beeinträchtigte bzw. GNSS-freie Navigation
• Multi-UAV- und kooperative Betriebskonzepte
• Validierung KI-basierter und datengetriebener Funktionen

BVLOS, U-Space und Luftraumintegration / BVLOS, U-Space and Airspace Integration

Der sichere Betrieb unbemannter Luftfahrtsysteme außerhalb der direkten Sichtweite erfordert das Zusammenspiel von Fluggerät, Command-and-Control-Verbindung, Navigationssystemen, Verkehrs- und Luftrauminformationen sowie geeigneten Betriebs- und Notfallverfahren. TAFAS adressiert diese Zusammenhänge als integriertes Forschungsthema. Die Outdoor-Infrastruktur des SML und die regionale Luftraumanbindung ermöglichen Untersuchungen zu BVLOS-Betrieb, U-Space/UTM-Diensten und zur Integration bemannter und unbemannter Luftfahrt. Dabei werden sowohl kooperative Verkehrsteilnehmer als auch nicht oder nur eingeschränkt elektronisch sichtbare Luftfahrzeuge berücksichtigt. Ziel ist die Entwicklung und Validierung robuster Betriebs- und Sicherheitskonzepte für zunehmend automatisierte Missionen.

Safety, Validierung und Zulassungsunterstützung

• BVLOS-Betrieb und Missionsplanung
• U-Space/UTM und digitale Verkehrsmanagementdienste
• Integration bemannter und unbemannter Luftfahrt
• Kooperative und nicht-kooperative Verkehrsteilnehmer
• Command & Control, Mobilfunk- und Datenlinkkonzepte
• Remote ID, ADS-B, FLARM und weitere Surveillance-Quellen
• Contingency- und Emergency-Verfahren
• Advanced-Air-Mobility-Betriebskonzepte

Sichere neue Luftfahrtsysteme und Betriebsverfahren erfordern belastbare Nachweise, nachvollziehbare Testmethoden und eine systematische Bewertung von Risiken und Unsicherheiten. TAFAS verbindet daher experimentelle Forschung mit Safety Engineering, Verifikation und Validierung sowie der Entwicklung geeigneter Nachweisstrategien.

Die Infrastruktur ermöglicht Versuche unter kontrollierten Normal-, Grenz- und Störbedingungen und unterstützt damit die wissenschaftliche Vorbereitung von Zulassungs- und Genehmigungsnachweisen. Dazu gehören beispielsweise Flugleistungs- und Steuerbarkeitsuntersuchungen, Umwelt- und EMV-Tests, Fehlerszenarien sowie die Bewertung autonomer Funktionen. TAFAS selbst ist dabei keine Zertifizierungsstelle; Ziel ist die Forschung an Methoden, Daten und Versuchsverfahren, die Zertifizierungs- und Genehmigungsprozesse unterstützen.

• Safety Assessment und quantitative Risikobewertung
• SORA und operationelle Genehmigungsfragen
• Verifikation und Validierung sicherheitskritischer Funktionen
• Entwicklung von Test- und Nachweisstrategien
• Umwelt-, Wind-, Wetter- und EMV-Qualifikation
• Fehlerfälle, Robustheits- und Recovery-Tests
• Experimentelle Untersuchungen im Kontext von SC-VTOL und UAS-Regularien
• Reproduzierbare Testverfahren und Benchmarking

Von der Simulation zum Flugbetrieb

Ein wesentliches Merkmal von TAFAS ist die durchgängige experimentelle Kette. Neue Systeme, Verfahren oder Infrastrukturkonzepte können zunächst digital modelliert und anschließend unter kontrollierten Bedingungen untersucht werden. Mit zunehmendem Reifegrad lassen sich Wind, Wetter, elektromagnetische Störungen, reale Infrastruktur und schließlich komplexe Outdoor- und BVLOS-Szenarien einbeziehen. Diese abgestufte Vorgehensweise reduziert das Versuchsrisiko, verbessert die Reproduzierbarkeit und erlaubt einen systematischen Vergleich zwischen Simulation, Laborversuch und realem Betrieb.

• Modellierung und Auslegung
• Kontrollierte Indoor-Flugversuche
• Wind-, Wetter- und EMV-Untersuchungen
• Outdoor- und Vertiport-Erprobung
• BVLOS- und Luftraumintegration
• Validierung und wissenschaftliche Nachweisführung

Forschungsinfrastruktur

Multifunktionale Flugversuchshalle

Die multifunktionale Flugversuchshalle mit einem Flugvolumen von rund 100 × 100 × 35 m ermöglicht Flugversuche mit UAVs und größeren Fluggeräten. Ein hochpräzises Indoor-Positionierungssystem unterstützt die dreidimensionale Flugbahnrekonstruktion und stellt Referenzdaten für Regelungs-, Navigations- und Wahrnehmungsverfahren bereit. Modulare und virtuelle Hindernisse, digitale Modelle sowie variable Windfelder erlauben reproduzierbare Szenarien für Flugmechanik, autonome Navigation, Conflict Detection & Resolution und Systemvalidierung.

Wind- und Wetterlabor

Der Wetter- und Klimaraum (ca. 20 × 20 × 10 m) ermöglicht Untersuchungen unter kontrollierten Umwelteinflüssen. Der 3 × 3 m große Windshaper besteht aus 144 Ventilatoren und erreicht im offenen Betrieb Strömungsgeschwindigkeiten von bis zu 24 m/s. Unterschiedliche Wind- und Turbulenzprofile ermöglichen Untersuchungen zur Flugmechanik, Flugregelung und Sensorrobustheit. Ein Testaufbau für Modelle erlaubt darüber hinaus die Analyse der Wechselwirkung von Strömung, Bebauung, Gelände und Vertiport-Infrastruktur. Ergänzend stehen Einrichtungen für Niederschlag, Nebel und variable Sichtbedingungen zur Verfügung. Damit können sowohl Fluggeräte und Sensorik als auch infrastrukturelle Fragestellungen unter reproduzierbaren Randbedingungen untersucht werden.

EMV-Absorberraum

Der EMV-Absorberraum (ca. 20 × 20 × 8 m) bietet eine abgeschirmte Umgebung zur Untersuchung elektromagnetischer Verträglichkeit und Störfestigkeit. Kommunikations- und Navigationssysteme können unter definierten Funkbedingungen bewertet und gezielte Störszenarien – beispielsweise für Jamming, Spoofing oder den Verlust einzelner Kommunikationspfade – experimentell untersucht werden. Damit eignet sich die Infrastruktur insbesondere für C2-Systeme, Recovery-Funktionen und robuste autonome Verfahren.

Außentestgelände und Forschungsvertiport

Das rund 400 × 200 m große Außentestgelände ergänzt die Indoor-Infrastruktur um reale meteorologische und betriebliche Bedingungen. Der Forschungsvertiport ist für ein maßgebendes D von 14 m ausgelegt und umfasst eine definierte Start- und Landefläche mit angeschlossenen Vorfeld- und Bewegungsflächen. Damit können Start- und Landeversuche, Infrastruktur- und Verfahrensstudien sowie die Interaktion zwischen Fluggerät und Bodenbetrieb untersucht werden. Mobile Mess-, Kommunikations- und Sicherungssysteme ermöglichen die schrittweise Überführung zuvor kontrolliert untersuchter Funktionen in reale Flugoperationen.

BVLOS-Testumgebung

Die regionale Testumgebung erweitert TAFAS über das unmittelbare SML-Gelände hinaus. Sie schafft einen Rahmen für die Untersuchung längerer BVLOS-Missionen, digitaler Verkehrsmanagementdienste, Kommunikationsabdeckung und der Interaktion mit bestehendem Luftverkehr. Der konkrete genehmigte Betriebsraum und dessen Ausbaustufe werden projekt- und genehmigungsabhängig ausgewiesen.

Digitale Forschungs- und Leitstandinfrastruktur

Die digitale Forschungsinfrastruktur verbindet Simulation, Versuchsdurchführung und Datenauswertung. Der Leitstand befindet sich unmittelbar oberhalb des Hallentors und verfügt über direkte Sichtbeziehungen sowohl in die multifunktionale Flugversuchshalle als auch auf das Außentestgelände und den Forschungsvertiport. Arbeitsplätze für Video-, Positions-, Sensor- und Systemdaten ermöglichen die Echtzeitüberwachung und Dokumentation von Versuchskampagnen. Digitale Zwillinge und leistungsfähige Rechensysteme ergänzen die visuelle Beobachtung und erlauben, reale Messdaten unmittelbar mit Modellen und Algorithmen zu verknüpfen.

Werkstätten und Systemintegration

Mechanische, elektrische und prototypische Werkstattkapazitäten unterstützen die Vorbereitung und Anpassung von Versuchsplattformen. Komponenten, Sensoren, Kommunikationssysteme und Messaufbauten können integriert, modifiziert und für Testkampagnen instrumentiert werden. Damit wird die Entwicklungskette zwischen Konzept, Aufbau und experimenteller Erprobung unmittelbar am SML geschlossen

Forschungsgeräte und Flugplattformen

TAFAS verfügt über modulare Forschungsgeräte, Flugplattformen und Messsysteme, die je nach Fragestellung kombiniert werden können. Auf der Webseite sollte bewusst auf eine vollständige Inventarliste verzichtet werden; sinnvoller ist eine robuste Gliederung nach Funktionskategorien mit ausgewählten Beispielen.

• Flugplattformen: Multicopter, Fixed-Wing- und VTOL-Systeme unterschiedlicher Größenklassen, u.A. Wingcopter UAV
• Umgebungswahrnehmung: RGB-, Event-, Thermal-, Tiefen- und Industriekameras sowie LiDAR-Systeme
• Positionierung und Tracking: hochpräzise Referenzsysteme für Indoor- und Outdoor-Versuche
• Onboard Computing und Flight Control: modulare Rechner- und Autopilotensysteme
• Luftverkehrserfassung: Remote ID, ADS-B, FLARM und weitere kooperative Datenquellen
• Wind- und Umweltmesstechnik: Strömungs-, Druck-, Temperatur- und weitere Messsysteme

Forschungsprojekte und Anwendungen 

Die Forschungsinfrastruktur des TAFAS wird in interdisziplinären Projekten zu automatisierter Luftfahrt, Advanced Air Mobility, UAS-Betrieb, Safety und Verkehrsmanagement eingesetzt. Dazu zählt unter anderem das Graduiertenkolleg 2947 „Technisch-operationelle Integration hochautomatisierter Luftfahrt in Ballungsräumen“ Weitere Infos hier: Research Training Group (RTG)

Zusammenarbeit und Nutzung

TAFAS ist als offene Forschungsinfrastruktur für gemeinsame wissenschaftliche und anwendungsorientierte Vorhaben konzipiert. Forschungsinstitutionen, Unternehmen und öffentliche Einrichtungen können die Infrastruktur im Rahmen gemeinsamer Projekte, experimenteller Kampagnen und wissenschaftlicher Dienstleistungen nutzen.

Die konkrete Versuchskonfiguration wird abhängig von Forschungsfrage, Fluggerät, Sicherheitsanforderungen und benötigter Infrastruktur gemeinsam geplant. Damit können sowohl einzelne Mess- oder Validierungsaufgaben als auch mehrstufige Entwicklungs- und Testkampagnen abgebildet werden.

• Gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekte
• Experimentelle Flug- und Messkampagnen
• Vertiport-, Infrastruktur- und Windstudien
• Systemintegration und Funktionsvalidierung
• Safety-, BVLOS- und Zulassungsforschung
• Entwicklung reproduzierbarer Test- und Nachweisverfahren

Kontakt

Für Forschungskooperationen, geplante Testkampagnen und Fragen zur Nutzung der TAFAS-Infrastruktur steht das Team der Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs als Ansprechpartner zur Verfügung.