EINSATZ VON MAGNETOMETERN IN MODERNEN TRÄGERSYSTEMEN

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1 EINSATZ VON MAGNETOMETERN IN MODERNEN TRÄGERSYSTEMEN SEITE 1

2 VITA Dipl.-Ing- (Univ.) Nico Hanemann, MBA Vertriebsingenieur 01/2014 heute Vertriebsingenieur Detektionssysteme und Magnetik bei Institut Dr. Foerster GmbH & Co. KG, Reutlingen 08/ /2013 Vertriebsingenieur Soldatensysteme, Führungs- und Informationssysteme bei Rheinmetall Defence Electronics, Bremen 06/ /2012 Offizier des Deutschen Heeres letzte Verwendung als Technischer Offizier im Sicherungsbataillon 12, Hardheim Auslandseinsätze: 19. und 20. Deutsches Einsatzkontingent ISAF Studium: Luft- und Raumfahrttechnik, Universität der Bundeswehr München International Management, ESB Reutlingen SEITE 2

3 FIRMENGESCHICHTE 1937 Erfindung des Stabkern-Magnetometers (Förstersonde) durch Friedrich Förster 1948 Gründung der Firma Institut Dr. Förster 1953 Erfindung des weltweit ersten portablen Vertikal-Gradiometers FEREX SEITE 3

4 FIRMENGESCHICHTE 1963 Einbau von FOERSTER Magnetometern in die Sonde Mariner II (Venus) 1970er Internationalisierung des Unternehmens 1990er Digitalisierung der Produktpalette 2006 Übernahme des Unternehmens in der 3. Generation durch Felix Förster SEITE 4

5 FAKTEN Märkte UXO- und Minendetektion geophysikalische Untersuchungen Messungen magnetischer Felder zerstörungsfreie Werkstoffprüfung metallproduzierende und verarbeitende Industrie Mitarbeiter 530 weltweit, ca. 320 in Deutschland Umsatz ca. 100 Millionen Euro Export 80% in 60 Länder SEITE 5

6 FOERSTER INTERNATIONAL 10 Tochterfirmen Vertreter in mehr als 50 Ländern SEITE 6

7 FIRMENSITZ IN REUTLINGEN SEITE 7

8 AKTIVITÄTEN Entwicklung Produktion Vertrieb Projektmanagement Training Service SEITE 8

9 TRÄGERSYSTEME WASSER LAND LUFT SEITE 9

10 TRÄGERSYSTEME Durch kontinuierliche Entwicklung stehen heute neben Landfahrzeugen und Schiffen ein Reihe weiterer kommerzieller Trägersysteme für die Suche mit Magnetometern zur Verfügung. UAS RPS Prototype Diese Systeme sind in der Regel kleiner, kostengünstiger und weniger personalintensiv als vergleichbare Systeme oder erlauben den besseren Zugang zu Suchgebieten. Dennoch weisen je nach Aufbau diverse Vorund Nachteile auf. SEITE 10

11 TRÄGERSYSTEME: WASSER ROV = Remotely Operated Vehicle (Kabelverbindung und eigener Antrieb) ROV Hercules (Brannan Phillips) AUV = Autonomous Underwater Vehicle (keine Kabelverbindung und eigener Antrieb) AUV SeaCat (Atlas Elektronik) ROTV = Remotely Operated Towed Vehicle (Kabelverbindung und kein Antrieb) ROTV SEITE 11

12 TRÄGERSYSTEME: WASSER ALLGEMEINE VOR- UND NACHTEILE Vorteile: längere und tiefere Tauchgänge als mit menschlichen Tauchern Kombination verschiedener Sensoren möglich (Magnetometer, Sonar, Bild, ) risikoärmerer und kostengünstigerer Einsatz Nachteile: Gefühl des Tauchers direkt vor Ort fehlt Mutter-/Trägerschiff weiterhin notwendig SEITE 12

13 TRÄGERSYSTEME: WASSER ROV Stromversorgung und Datenanbindung kein Problem Störungen nur durch fixierte Motoren Sensoren relativ nah am Fahrzeug (Störung durch E-Motoren) ungenaue Positionierung (+/-0,5 bis 1m auf 1000m mit USBL) ROV Hercules (Brannan Phillips) Anwendung: Flächensuche nur bedingt sinnvoll nur 3-Achs-Sensoren sinnvoll mit hoher Messrate - zur Filterung der Störungen durch die Antriebsmotoren - zum Ausgleich der Bewegungen unter Wasser SEITE 13

14 TRÄGERSYSTEME: WASSER SEITE 14

15 TRÄGERSYSTEME: WASSER ROV durchschnittliche Störung durch ROV von +/- 20nT mit Spitzen von +/- 150nT Reduzierung der Störungen auf maximal +/- 10 nt SEITE 15

16 TRÄGERSYSTEME: WASSER AUV limitierte Stromversorgung und Nutzlast Störungen durch Motoren und Servos Sensor kann abgesetzt werden ungenaue Positionierung (+/-0,5 bis 1m auf 1000m mit USBL) AUV SeaCat (Atlas Elektronik) Anwendung: Punktsuche nur bedingt sinnvoll nur 3-Achs-Sensoren im Schleppverfahren sinnvoll - um Störungen durch Antriebsmotor und insbesondere Servos zu minimieren - zum Ausgleich der Bewegungen unter Wasser SEITE 16

17 TRÄGERSYSTEME: WASSER ROTV Stromversorgung und Datenanbindung kein Problem keine Störungen durch Motoren Aufbau erlaubt die Nutzung von Gradiometern und dgps Wellenbewegungen sind ggf. auszugleichen ROTV Anwendung: Nutzung von Gradiometern bei geringen Wellengang sinnvoll bei Unterwasserschleppkörpern sind 3-Achs-Sensoren vorzuziehen SEITE 17

18 TRÄGERSYSTEME: WASSER ROTV (Wellenbewegung) SEITE 18

19 HERAUSFORDERUNGEN HERRENLOSES GUT UND BERGUNG WASSER Ein Schiff, das in internationalen Gewässern von der Besatzung aufgegeben wurde, welches aber immer noch einem Eigner gehört, darf geborgen werden und zum nächsten Hafen geschleppt werden. Dem Bergenden steht ein Anteil am Schiffswert zu. Ein Schiff, das in internationalen Gewässern von seiner Besatzung und dem Eigner aufgegeben wurde, gilt als herrenlos und darf von jedermann in Anspruch genommen werden. Das Schiff geht nun in dessen Besitz über. In nationalen Gewässern (12 Seemeilen oder 22,2km) gilt nationales Recht. SEITE 19

20 TRÄGERSYSTEME: LAND UGV = Uninhabited Ground Vehicle UGV MUTT (Ambot) Hovercraft = Luftkissenfahrzeug Hovercraft MARK I SEITE 20

21 TRÄGERSYSTEME: LAND UGV = Uninhabited Ground Vehicle Vorteile: kontinuierliche Arbeit kein Personal notwendig Stromversorgung und ggf. GPS können genutzt werden UGV MUTT (Ambot) Nachteile: Autonomie Energieversorgung SEITE 21

22 TRÄGERSYSTEME: LAND Hovercraft Vorteile: geringer Bodendruck kein Einfluss durch Strömung (Ebbe, Flut) an Land, auf Wasser und in Übergangsbereichen einsetzbar hoher Umweltschutzfaktor durch integrierten schwimmende Rahmen hohe Aufnahmegeschwindigkeit (theor. 85 km/h mit 4 Sonden und 0,1m Datenpunkt) Bedienung durch 1 Person Hovercraft MARK I Nachteile: anfällig für Seitenwind zeitaufwändige Schulung und Support Hindernishöhe maximal ½ der Schürzenhöhe SEITE 22

23 TRÄGERSYSTEME: LAND Hovercraft MARK I SEITE 23

24 TRÄGERSYSTEME: LUFT UAS = Uninhabited Aerial System Vorteile: kein Bodenkontakt kurze Trainingszeit Gesamtgewicht unter 25kg vollautonome Abarbeitung von Suchaufgaben mit hoher Geschwindigkeit UAS RPS Prototype Nachteile: reduzierte Empfindlichkeit rechtliche Einschränkungen UAS RPS MARK I SEITE 24

25 HERAUSFORDERUNGEN LUFT Rechtsnormen UAV Für Fluggeräte bis 25kg ist keine Fluglizenz notwendig (Pilotenschein) erforderlich. Für Geräte größer 25kg wird eine Fluglizenz benötigt. Privat (sportlich) genutzte Drohnen bis 5kg benötigen keine Flug- oder Aufstiegserlaubnis. Für gewerblich genutzte Drohnen und Drohnen von 5kg bis 25kg ist eine Flug- oder Aufstiegserlaubnis nötig. SEITE 25

26 HERAUSFORDERUNGEN Es muss immer in direkter Sichtweite zum Bediener geflogen werden! Flugverbotszonen Menschenansammlungen, Unglücksorte, Katastrophengebiete, Einsatzorten von Polizei, Justizvollzugsanstalten, Industrieanlagen, Anlagen zur Stromerzeugung, militärische Anlagen innerhalb von 1,5km zu Flughäfen (Flughafenzaun) ist die Nutzung grundsätzlich verboten außerhalb dieses Gebietes benötigt jedes Luftfahrzeug, dass in die Kontrollzone einfliegt eine Freigabe der Flugsicherung diese ist bei Flugmodellen bis 5kg und höchstens 30m und Flugmodellen bis 25kg und höchstes 50m pauschal erteilt SEITE 26

27 WIE KOMME ICH JETZT AN SO EIN SYSTEM? SEITE 27

28 PROJEKTABLAUF 1. In der Regel wenden sich Kunden mit einem konkreten Anwendungsproblem an die Firma Foerster. 2. Foerster baut grundsätzlich keines der vorgestellten Trägersysteme selbst. Wir arbeiten jedoch mit den Herstellern bei der Konstruktion und Entwicklung zusammen. 3. Von unserer Seite werden nur marktverfügbare und bewährte Komponenten verwendet, um die Kosten, Risiken und den Zeitaufwand niedrig zu halten. SEITE 28

29 PROJEKTABLAUF Problem Prototyp Idee Anpassung Prüfung prinzipielle Machbarkeit Serientyp SEITE 29

30 PROJEKTABLAUF Problem Beim Rückzug des irakischen Militärs wurden 798 Ölquellen in Kuwait geöffnet und in Brand gesteckt. Nach der Löschung der Brände mit Meerwasser blieben Ölseen, die durch umliegende Pipelines für die Suche sehr schwer zugänglich sind. Insgesamt sind 114km² Land und m³ Erde verseucht. Die erneute Erschließung der Ölquellen ist aber erst nach der Kampfmittelräumung möglich. Bisherigen Suchen mit Großschleifen an Hovercrafts blieben wegen der geringen Auflösung, der niedrigen Aufnahmegeschwindigkeit (max. 5km/h) und des hohen Personalaufwandes wenig erfolgreich. Ölseen SEITE 30

31 PROJEKTABLAUF Idee Unser Kunde arbeitet seit Jahren mit Drohnen für Luftbildaufnahmen, die kundenspezifisch gefertigt werden. Daher stammt die Idee Drohnen mit Magnetometern auszurüsten. Prometheus (Coptercraft) SEITE 31

32 PROJEKTABLAUF Prüfung prinzipielle Machbarkeit Das Konzept wurde durch die Entwicklungsmannschaft von Foerster und dem Vertriebsingenieur auf die prinzipielle Machbarkeit untersucht. Das Magnetfeld bei einer Kameradrohne wurde in unterschiedlichen Entfernungen und Winkeln gemessen. Die Verwendung von Tiefpassfiltern bei der Aufnahme zeigte die generelle Machbarkeit einer Datenaufnahme. Parallel wurde das Gesamtgewicht für die notwendige Messausrüstung ermittelt (dgps, Computer, Sensoren), um auch die Machbarkeit seitens des Trägersystems zu gewährleisten. SEITE 32

33 PROJEKTABLAUF Prototyp Der Kunde ließ auf Grundlage der gewonnenen Erfahrungen und mit Hinweisen durch die Firma Foerster eine Drohne fertigen. Die Messausrüstung aus handelsüblichen Komponenten wurde durch Foerster aus dem Mietpark bereitgestellt und von einem Vertriebsingenieur vor Ort installiert. Mit dem Prototypen wurden Testflüge und Messungen durchgeführt. UAS Prototyp im Bau UAS Prototyp im Flug SEITE 33

34 PROJEKTABLAUF Prototyp Vorgaben Mitführung mehrerer Sonden - mehrere Sonden in definierten Abständen zur Erhöhung der Produktivität - Abstand 10 bis 25cm über Grund mit Höhenautomatik starre Fixierung der Sonden - eine hängende Mitführung der Sonden führt aufgrund des sich ständig ändernden Schwerpunkts zu schwer beherrschbaren Flugzuständen - außerdem ist die exakte Position von frei hängenden Sonden nicht bestimmbar dgps muss mit an Bord sein und direkt die Daten georeferenzieren - serienmäßige GPS von UAS (z.b. u-blox) weisen stationär zwar eine gute Genauigkeit auf (2.5m CEP), diese verschlechtert sich jedoch dramatisch bei Bewegung und höheren Geschwindigkeiten Flugdauer - die Flugdauer (inklusive Reserve) soll 1h betragen SEITE 34

35 PROJEKTABLAUF Prototyp dgps Stromversorgung (45min) 3 Sonden mit 50cm Abstand SEITE 35

36 PROJEKTABLAUF Anpassungen Auf Grundlage der Messungen mit dem Prototyp und den Anforderungen an die Messaufgabe wurde der Serientyp konstruiert. Der abschließende Test erfolgte erneut mit Ausrüstung aus dem Mietpark. Dabei wurde der Drohnenbauer durch die Firma Foerster beraten, um störende Einflüsse durch Funk, Motoren und geschlossene Leiterschleifen zu minimieren. UAS Serientyp SEITE 36

37 PROJEKTABLAUF Anpassungen Autopilot Autopiloten moderner Drohnen können die Fluglage stabilisieren und vorgegebenen Wegpunkten in einer festgelegten Flughöhe folgen. Dynamische Steuerungen wie Hinderniserkennung mit Ausweichen oder automatische Höhenkontrolle, sogar beides gleichzeitig sind mit einfachen Autopiloten nicht möglich. Die Ausfallrate dieser Autopiloten beträgt ca. 1:1000. Militärischer Autopilot (Ausfallrate 1 zu ) direkte Verarbeitung des dgps zur Wegpunktfindung (<10cm) automatische Hinderniserkennung automatische Höhenkontrolle SEITE 37

38 PROJEKTABLAUF Serientyp Abfluggewicht <25kg Flugzeit 45min + 15min Reserve Autopilot militärischer Autopilot (Ausfallrate 1 zu ) Wegpunktfindung mit dgps (<10cm) Hinderniserkennung automatische Höhenkontrolle Sensorik fünf bis sieben 3-Achs-Magnetometer DAUER Vom ersten Anruf bis zum Serientypen 2,5 Monate. Während der gesamten Zeit wurde durch Foerster ein Vertriebsingenieur für die technische Betreuung und Durchführung/Auswertung der Tests zur Verfügung gestellt. SEITE 38

39 ZUSAMMENFASSUNG Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Bei Fragen oder Anregungen wenden Sie sich bitte an: Dipl.-Ing. Nico Hanemann, MBA Vertriebsingenieur Institut Dr. Foerster GmbH & Co. KG Division Detektionssysteme & Magnetik In Laisen Reutlingen Germany t f hanemann.nico@foerstergroup.de foerstergroup.de SEITE 39

40 BILDNACHWEIS Bildnachweis Seite 9 ROTV, Airborne Mag, heruntergeladen 02/2016 Seabotix, heruntergeladen 02/2016 Seite 11, 13 Hercules, heruntergeladen 02/2016 Seite 11, 16 SeaCat, heruntergeladen 02/2016 Seite 20, 21 Ambot, heruntergeladen 02/2016 Seite 29 Ölsee, heruntergeladen 02/2016 Seite 30 Prometheus, heruntergeladen 02/2016 SEITE 40