Frank Potthast
 

Drohnen bei der Vegetationsbranderkundung

 

2019 wurde von mir in der Zeit von März bis Ende September eine bundesweite Online-Evaluierung zum Thema „Drohnen bei der Waldbranderkundung“ durchgeführt. Bereits 2013 wurde eine Evaluierung zu diesem Thema erhoben, so dass im Bereich der Akzeptanz bei der Anwendung von Drohnen bei der Feuerwehr ein deutlicher Wandel zu erkennen ist. Während im Jahr 2013 nur etwa 15% der Einsatz- und Führungskräfte eine Drohne zum Einsatz bringen wollten, stieg die Akzeptanz von Drohnen deutlich an. In der aktuellen Evaluierung empfanden 33.3% der befragten Einsatzkräfte den Einsatz von Drohnen als wichtig, 13.9% stuften diesen Einsatz sogar als sehr wichtig ein.

Daraus lässt sich schließen, dass die anfänglichen Bedenken und die Ablehnung, durch Erfahrungen und den inzwischen fast alltäglichen Umgang mit Drohnen sich reduzierten. Dies spiegelt unter anderem auch das Ergebnis zu der Frage „Bedarfe bei der zukünftigen Unterstützung bei Vege-tationsbränden“ wider. Das Video zeigt Inhalte aus einer Übung, die ich 2011 zusammen mit der Kreisbereitschaft Holzminden auf dem Gelände der NABK in Celle-Scheuren durchgeführt hatte.

An der Evaluierung 2019 nahmen Feuerwehren aus den folgenden Bundesländern teil:

  • Schleswig-Holstein      
  • Berlin
  • Baden-Württemberg
  • Niedersachsen
  • Brandenburg
  • Thüringen
  • Nordrhein-Westfalen   
  • Bayern
  • Hessen                          
  • Sachsen-Anhalt

       Befragt wurden:

  • Freiwillige Ortsfeuerwehren
  • Berufsfeuerwehren
  • Einsatzleitungen/Leitstellen

   

 

 Eine meiner ersten Fragen war: „Gibt es bei Ihnen Einrichtungen/Einheiten, die Waldgebiete auf Brände überwachen?“ Weiterhin befragte ich die 34%, die diese Frage positiv beantworten konnten, wie folgt: „Haben Sie die Möglichkeit auf einen Feuerwehr Flugdienst (FFD) oder andere Luftfahrzeuge zur Erkundung Ihrer Waldflächen zu zugreifen?“. 

Wieder teilte sich das Feld der Befragten auf, so dass ich nur weiteren 37% der vor 34% der Befragten eine weitere Frage stellen konnte: „Wenn Sie Zugriff auf Luftfahrzeuge haben, welche Einheit unterstützt Sie dann?“ Ich vermute, dass Sie ebenfalls die sich abzeichnende Problemstellung erkennen. Die Waldbranderkundung aus der Luft weist deutliche Lücken in der flächendeckenden Anwendung auf. So gibt es als Beispiel den Feuerwehr Flugdienst (FFD) nur in Niedersachsen auf Basis ehrenamtlichen Engagements. Anderen Orts werden zivile Piloten dafür „rekrutiert“. Die Auswertung meiner Befragung von kommunalen Stellen stellt als primären Faktor „Kosten“ als Hauptverursacher für dieses Defizit dar. Sicherlich eine verständliche Aussage, wenn man die kommunalen Haushaltsetats für den Brand- und Katastrophenschutz betrachtet. So kostet der Einsatz einer Cessna 172 etwa 199,00 € pro Stunde (kumulierter Wert) für Wartung und Treibstoff. Hinzukommen noch Kosten für den Piloten, sofern dieser nicht ehrenamtlich tätig wird. Hinzukommt aber auch die Belastung für die Umwelt, da je nach Motorleistung die Cessna zwischen 32 – 42l Treibstoff in der Stunde benötigt. Dieses führt aber zu einem CO 2-Ausstoss von ca. 84 kg / Flugstunde (kumulierter Wert) bei einem Verbrauch von ca. 36l/Flugstunde. Das bedeutet eine Umweltbelastung von bis zu 378 kg CO 2-Emission (kumulierter Wert) pro Einsatz.
 

Rechnet man den Einsatz eines an die Einsatzsituation „Waldbrand“ angepasstes Drohnensystems dagegen, entstehen zwar höhere Anschaffungskosten als bei einem herkömmlichen Drohnensystem, die aber über die Lebensdauer der Systeme im Haushalt der Kommunen in die Abschreibung fallen und somit kostengünstiger wären. Ähnlich der Neubeschaffung eines hochwertigen Aufsitzrasenmähers für die Pflege der Grünanlagen, der eine ähnliche Höhe der Anschaffungskosten aufweist, wie ein angepasstes Drohnensystem. Die Folgekosten für ein entsprechendes Drohnensystem sind aber etwa um den Faktor 12 geringer, als die Einsatzkosten für ein Kleinflugzeug, wie oben beschrieben. Die Wartungskosten können mit einem kumulierten Wert von ca. 3% p.A. zusammengefasst werden, sofern keine Schäden im Einsatz auftreten, die eine größere Instandsetzung bedeuten würden.  

In der Befragung kam ich also zu dem Thema „Drohnen“ und stellte die Frage: „Haben Sie die Möglichkeit auf eine Drohne zur Erkundung Ihrer Waldflächen zu zugreifen?“. Als aufmerksamer Leser sehen deutlich, dass obwohl die Akzeptanz in den Einheiten deutlich angestiegen ist, nur gut 1/4 der Einheiten mit Drohnen ausgestattet sind. Fast 2/3 der Befragten haben keinen Zugriff auf diese Systeme. Was für ein System ist sinnvoll für die Vegetations-/Branderkundung? Vieler Orts werden unterschiedliche Systeme aus dem Modellbau, dem semi-professionellen, aber auch dem professionellen Segment bei der Feuerwehr eingesetzt. In vielen unkritischen Einsatzbereichen wie Dokumentation oder einer Personensuche stellt dieses auch kein Problem dar.Im weiteren Verlauf sollte man besonders auf technisch Elemente der Betrachtung eingehen. Aus meiner Sicht wird es kritisch, wenn Systeme mit Materialen in den Einsatz gebracht werden, die den mechanischen Belastungen an das Material und die technischen Voraussetzungen für die Steuerung nicht innehaben. Nicht alle Systeme sind für thermische Belastungen der verbauten Materialien oder Störungen in der Funkverbindung ausgelegt. Aber auf Basis der Kosten wird „ein Auge zu gedrückt“, damit man im Budget bleibt. Doch welche Belastungen können auf ein System, nicht nur bei einem Waldbrand, einwirken?      

Die Strahlungswärme hat bestimmt schon einmal im Einsatz jeder schon zu spüren bekommen. Die Brandthermiken kennen ebenfalls viele von und sei es nur aus den Bewegungen des Brandrauches oder aufgewirbelter Trümmerstücke (z.B. Papier, Pappe, etc.). Die Konvektionswärme ist eher unbeachtet, da man sich selten im Einsatz über der Einsatzstelle, außerhalb des Bereiches mit Strahlungswärme, befindet.

Doch warum sind diese drei Faktoren so gefährlich im Einsatz mit „ungeeigneten“ Systemen? Lassen Sie mich Ihnen Beispiele aufführen, welche Ihnen meine Bedenken verdeutlichen sollen. Zum Beispiel ASA-Formteile oder auch Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere sind schlagzähe Thermopolymere. ASA ist ein witterungsbeständiger und außerdem weit verbreiteter „Standard-“Kunststoff, der in vielen Bereichen der kommerziellen Drohnenherstellung zum Einsatz kommt (z.B. Gehäuse). Der Schmelzpunkt von ASA liegt zwischen 230°C und 280°C, was im ersten Moment nicht erscheint. Die Verformung der Formteile setzt aber schon ab einer Temperatur von 40°C bis 80°C ein. Die Strahlungswärme, denen das System ausgesetzt wird, kann schnell die Grenze zur Verformungstemperatur erreichen. Dieses wird aber meistens unbeabsichtigt bedacht und dementsprechend ein Sicherheitsabstand eingehalten. Bei der Konvektionswärme ist es hingegen kritischer, da die Temperatur nicht nur über die erwärmte Luft übertragen wird. Die größte Gefahr lauert in den in der Luft enthaltenen Schwebepartikeln, welche zu meist eine viel höhere Kerntemperatur aufweisen, als die umgebende Luft und diese länger speichern können. Durch die statische Aufladung der Luft und der Schwebepartikel, beginnen diese sich an Kunststoffbauteile an der Drohne anzuheften oder in den nichtgekapselten Innenraum einzudringen. Auch vermeintlich gekapselte Systeme können Schwachstellen, wie offene Rohre, Durchbrüche für Kabel oder Bohrungen zum Befestigen der Abdeckungen haben. Durch das Eindringen und Anheften der Partikel kann das System kurzzeitig, unbemerkt der LiPo-Temperatur von über 60°C erreichen. Dieses hat aber Auswirkungen auf den LiPO, der ab einer Temperatur von mehr als 60°C einen Zersetzungsprozess beginnt. Sollte die Temperatur weiter ansteigen und sogar die kritische Temperatur von ≥ 80°C erreicht werden, kann sich ein handelsüblicher LiPo-Akku selbstentzünden. Es sollte auch bedacht werden, das handelsübliche Carbonröhren/-platten oder sogar Massenware aus China, mit einem Epoxidharz gefertigt werden, das sich ab ca. 185°C zersetzt. Diese Destabilisierung der Struktur ist nicht sofort erkennbar, besonders, wenn diese z.B. im Inneren der Röhren auftritt. Aber die langsam einsetzende Materialermüdung kann sich für das System als kritisch erweisen.

Die weiter Frage in meiner Evaluierung war, welches VTOL/welche Drohne für den Einsatz bei der „Waldbranderkundung“ am sinnvollsten sei. Bei diesen Einsätzen wäre es sicherlich sinnvoll, wenn noch viele Kriterien erfüllt würden, wie

  • Gekapselte Motoren und Bauteile
  • Längere Flugzeit
  • Kombination von Fixed-Wing und VTOL, um Thermiken auszugleichen und ausnutzen zu können z.B. durch Gleiten in der Luft-/Brandthermik

   

Als Beispiel-Systeme, welche sicherlich geeignet wären für dieses Szenario sind der „Songbird“ von Germandrones und der „178“ von Wingcopter zu nennen. Die Systeme bieten fast alle Eigenschaft für den Bereich „Waldbranderkundung“, da diese als Flächenflieger mit Quadrokopoterschwenkflügeln sowohl als VTOL arbeiten, aber auch im Gleitflug auf den Thermiken stabil weiter im Einsatzgebiet verbleiben könnten. So könnte ein Einsatzgebiet von bis zu 24 Quadratkilometern oder eine Flugzeit von fast 2 Stunden erreicht werden. Durch diese VTOL Eigenschaften ist ein Start von Lichtungen, Fahrzeugen oder Zufahrtsstraßen gegeben, was einen flexiblen Einsatz in bewaldeten Gebieten ermöglicht.

Aber ein weiterer Aspekt sind die in der Zeichnung aufgeführten Thermiken. Bei einem Waldbrand entstehen starke Luftbewegungen. Diese können Windgeschwindigkeiten bis zur Orkanstärke erreichen und liegen im Mittelwert deutlich über den Belastungsgrenzen vieler Drohnen auf dem Markt. Natürlich kann man diesen Winden durch Entfernung zum Brandherd aus dem Weg gehen, aber ist dieses eine zielführende Einsatzstrategie? Zur Lageerkundung reichen sicherlich Bilddarstellungen aus größerer Entfernung oder Höhe, aber dann muss ich in den Luftraum von Löschhelikoptern und anderen vorrangigen Luftfahrzeugen eindringen. Was wiederum ein weiteres Risiko erzeugt. Folgt man gedanklich der kausalen Reihe der möglichen Ereignisse weiter ist, der Einsatz konventioneller Systeme zwar möglich und wird auch durchgeführt, ist aber bei der Risiko- und Gefährdungsbeurteilung mit einem sehr hohen Gefährdungspotential anzusehen. Wie ich aus den Waldbrandeinsätzen 2019 erfahren habe, gab es mehr als drei Vorkommnisse mit Drohnen unter 2 Kg, welche ausgelöst wurden durch die o.g. Einflüsse.

Als Fazit lässt sich festhalten, dass leider in vielen Plänen zum Thema „Drohnen und Waldbrand“ immer nur die bekannten Faktoren und Drohnensysteme ermittelt und bewertet werden. Vielleicht sollte auch bei der Erstellung von zukünftigen Bedarfs- und Einsatzplänen das Thema „angepasste Drohnen“ mehr betrachtet werden, damit wirklich bedarfsgerechte Systeme beschafft und eingesetzt werden. Die aktuellen Drohneneinsätze haben sicherlich aufgezeigt, dass der Nutzen gegeben ist, aber technisch werden meiner Meinung nach weiterhin viele Augen zugedrückt, da der finanzielle Aspekt in der Beschaffung eine deutlich höhere Bewertung findet als der Aspekt einer Reduzierung der Risiko- und Gefährdungsfaktoren. Genauso sollten Standard Einsatz Regeln festgelegt werden insbesondere für Routinehandlungen in der Waldbranderkundung und -beobachtung.




    



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