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Zukunft des Flugverkehrs

Im Lufttaxi über den Stau

© Nikolay Kazakov for Volocopter

30. Januar 2020

Einsteigen, abheben und einfach über den Stau hin­weg­schweben: Dieser Wunsch­traum aus der Science-Fiction-Welt könnte in den kommenden Jahren Wirklichkeit werden. Welt­weit arbeiten junge Start-ups, aber auch altgediente Luft­fahrt­riesen und Auto­bauer an Flug­taxis, die Passagiere über die Städte hinweg befördern oder sie zwischen ihnen transportieren sollen.

Videorekorder, CD-Spieler, die DVD oder der Commodore 64: Die Liste der elektronischen Innovationen, die auf der Consumer Electronics Show in Las Vegas ihre Welt­premiere feierten, ist lang. Mittler­weile nutzen immer mehr Autobauer die weltweit wohl wichtigste Messe für Unter­haltungs­elektronik, um ihre Vision der Mobilität von morgen vor­zu­stellen. Sie zeigen selbst fahrende Autos, Elektro­mobile oder gehen gleich ganz in die Luft: Der koreanische Auto­hersteller Hyundai und der Fahr­dienst­vermittler Uber präsentierten in diesem Jahr in Las Vegas das Modell eines fliegenden Taxis, mit dem sie künftig den urbanen Luft­raum für Mobilitäts­dienst­leistungen erobern möchten. Es hört auf den Namen S-A1 und ist ein elektrisch betriebener Senkrecht­starter, kurz gesagt ein sogenanntes eVTOL (electric Vertical Take-Off and Landing). Ausgelegt auf eine Reise­geschwindigkeit von bis zu 290 Stunden­kilo­meter, soll das Flug­gerät für vier Passagiere mit einer Batterie­ladung bis zu 100 Kilometer zurück­legen können und in Stoß­zeiten in fünf bis sieben Minuten wieder aufgeladen sein. Bereits 2023 will Uber die ersten kommerziellen Einsätze fliegen – und damit eine günstigere und leisere Alternative zu den Flügen per Hub­schrauber bieten, mit denen das Unternehmen seit Oktober 2019 zahlungs­kräftige Kunden in New York während der Rushhour für rund 200 Dollar von Lower Manhattan zum JFK Inter­national Airport transportiert.

Über 75 Flugtaxi-Projekte weltweit

Uber ist längst nicht die einzige Firma, die den Traum vom fliegenden Stadt­verkehr in den kommenden Jahren verwirklichen will. 75 Flugtaxi-Projekte hat die Unter­nehmens­beratung Roland Berger schon Ende 2018 in einer Studie gezählt.

Im Mai 2019 ließ zum Beispiel Airbus erstmals ein eigenes elektrisches Flugtaxi in die Luft gehen. Der CityAirbus konnte auf dem Betriebs­gelände im bayrischen Donauwörth autonom starten und landen. Hoch hinaus kam er dabei allerdings nicht: Aus Sicherheits­gründen war der mit vier Doppel­rotoren aus­gestattete E-Helikopter mit Stahlseilen an den Kufen gefesselt und hob daher nur wenige Zentimeter ab. Anfang 2020 durfte der Demonstrator zum ersten Mal ohne Sicherungs­leine fliegen – für fünf Minuten und zwei Meter über dem Boden. Am Flugplatz Manching bei Ingolstadt soll in diesem Jahr dann ein umfang­reiches Test­programm starten.

Ingolstadt ist eine der Modellregionen zur Erprobung von Drohnen und Flugtaxi-Konzepten im Rahmen der EU-Initiative Urban Air Mobility. Auch die deutsche Politik signalisiert Interesse an den Mobilitäts­möglich­keiten in der Luft. Bei der ersten Präsentation des CityAirbus machte sich Bundes­verkehrs­minister Andreas Scheuer dafür stark, zügig die rechtlichen Rahmen­bedingungen für den Einsatz der neuen Luft­fahr­zeuge zu schaffen. „Die Gesetze dürfen nicht erst geschaffen werden, wenn die Ingenieure die Flug­geräte fertig entwickelt haben“, so der CSU-Politiker. Die Airbus-Ingenieure machen sich nun in Manching daran, einen Prototyp zu entwickeln, der dem geplanten Serien­modell schon in den meisten Punkten entsprechen soll. Letzeres soll in Zukunft vier Passagiere auf festen Routen in Großstädten mit einer Höchst­geschwindig­keit von 120 Stunden­kilo­metern bis zu 50 Kilo­meter weit transportieren – anfänglich mit einem Piloten hinter dem Steuer, später dann autonom.

Airbus‘ amerikanischer Konkurrent Boeing hat bereits im Januar 2019 den Proto­typ eines Lufttaxis mit acht Propellern und vier Trag­flügeln test­weise abheben lassen. Bei Manassas im US-Bundes­staat Virginia konnte ein kontrollierter Start mit Schwebe­flug und Landung erfolg­reich durch­geführt werden. Entwickelt wurde der neun Meter lange und 8,5 Meter breite Senkrecht­starter mit einer anvisierten Reich­weite von 80 Kilometern von der Boeing-Tochter Aurora Flight Sciences. Nur ein Jahr habe man vom Konzept-Design bis zum fliegenden Prototyp benötigt, so Boeing. Bis zur Serien­reife dürfte es deutlich länger dauern. Zunächst muss das Luft­fahr­zeug den Über­gang vom Senkrecht­start in den Vorwärts­flug bewältigen. Dies gilt als die größte Heraus­forderung bei der Entwicklung eines senkrecht startenden und landenden Flug­geräts.

Elektroflieger aus München

Diese Hürde hat das deutsche Start-up Lilium bereits erfolgreich genommen. Nach dem Jung­fern­flug Mitte 2019 bewältigte der gleich­namige E-Jet der Tüftler aus München nicht nur komplexe Manöver bei einer Geschwindig­keit von über 100 Stunden­kilo­metern, sondern auch den Über­gang vom senkrechten in den horizontalen Flug.

Angetrieben wird das Fluggefährt von 36 Elektro­motoren, und wie bei Boeing gibt es vier feste Trag­flächen. Mit diesen sei der E-Jet deutlich effizienter als mit Rotoren angetriebene Flug­geräte und könne mit einer Reich­weite von 300 Kilo­metern weitaus längere Strecken zurück­legen als die meisten Konkurrenten, gibt sich das Start-up über­zeugt. Durch den Auftrieb der Trag­flächen­paare benötige der Jet im Horizontal­flug weniger als zehn Prozent seiner maximalen Leistung von 2.000 PS und ungefähr ebenso viel Energie wie ein Elektro­auto über die gleiche Entfernung.

„Die Gesetze dürfen nicht erst geschaffen werden, wenn die Ingenieure die Flug­geräte fertig entwickelt haben.“

Andreas Scheuer (CSU), Bundes­verkehrs­minister

Bis 2025 will Lilium in verschiedenen Städten welt­weit betriebs­bereit sein und je fünf Passagiere an ihr Ziel fliegen. Das erste Produktions­werk in Weßling bei München wurde bereits fertig­gestellt, eine zweite Fabrik am gleichen Stand­ort ist geplant. Bis zum Betriebs­start will Lilium hier Hunderte Flug­zeuge pro Jahr produzieren. Zunächst muss das Start-up aller­dings die Technik seines Luft­taxis sukzessive verbessern. Medien­berichten zufolge kämpft Lilium immer wieder mit Motor­aus­fällen und anderen Störungen. Daher fliegt der Prototyp bisher fern­gesteuert und unbemannt.

Bemannter Flug über Singapur

Konkurrent Volocopter ist da schon einige Schritte weiter: Seit 2011 arbeitet das Unter­nehmen aus Bruchsal bei Karlsruhe an seiner Flug­drohne für zwei Passagiere. 18 Rotoren und mehr­fache Redundanz in allen flug­kritischen Systemen sollen das Flug­gerät so sicher wie möglich machen.

Nach Testflügen in Dubai, Finnland, Deutsch­land und den USA hat das badische Start-up im Oktober 2019 in Singapur den ersten bemannten Flug über einer Groß­stadt absolviert. Zwei Minuten und 30 Sekunden flog das mit 18 Rotoren aus­gestattete Luft­taxi über den Hafen­bezirk der Metropole. Einen Monat zuvor ging der unbemannte Volocopter erstmals auch über einer deutschen Groß­stadt in die Luft. Und zwar in Stuttgart, dem Stamm­sitz vom Daimler-Konzern, der seit 2017 an der Firma beteiligt ist. „Ich bin über­zeugt, dass wir auf diese Weise das Stau­problem in den Städten auf spezifischen Strecken lösen können“, sagte Daimler-Chef Ola Källenius vor dem Test­flug und beschrieb damit das Potenzial der Luft­taxis. Daran glaubt offenbar auch der chinesische Auto­bauer Geely, momentan der gewichtigste Investor von Volocopter und größter Aktionär von Daimler. Geely und Volocopter wollen zusammen ein Gemeinschafts­unter­nehmen gründen, um Luft­mobilität in Metropolen auch „in den wichtigen chinesischen Markt zu bringen“.

Luftige Entlastung für globale Megacitys

Über den von Stau und Smog geplagten Mega­städten im Reich der Mitte, aber auch in Indien oder Süd­amerika sollen die fliegenden Taxis zuerst und vor allem zum Einsatz kommen. Hier sieht Luft­fahrt­experte Stefan Levedag eben­falls den größten Bedarf. „In chinesischen Mega­citys besteht momentan keine Möglichkeit, schnell von A nach B zu kommen. In Groß­städten wie São Paulo gibt es neben dem Zeit­problem zudem ein erhebliches Kriminalitäts­risiko , dem zahlungs­kräftige Kunden natürlich gerne aus­weichen würden“, so der Leiter des Instituts für Flug­system­technik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) in Braun­schweig.

Innerhalb der nächsten drei bis fünf Jahre will Volocopter markt­reif sein. In zehn Jahren sollen bis zu 100.000 Passagiere pro Tag mit einer Reise­geschwindig­keit von 110 Stunden­kilo­metern bis zu 35 Kilo­meter weit kreuz und quer durch die Riesen­städte fliegen. Zum Vergleich: Der öffentliche Nahverkehr in Berlin transportierte 2018 durch­schnittlich rund drei Millionen Fahr­gäste am Tag. Tatsächlich will Volocopter den Verkehr auf dem Erd­boden nicht ersetzen, sondern viel­mehr auf stark frequentierten Strecken entlasten – etwa als Zubringer zum Flug­hafen vor der Stadt.

Staus am Himmel sind durch die Luft­taxis dem Hersteller zufolge nicht zu befürchten: In einer Simulation hat man über New York auf acht Routen alle zwölf Sekunden ein Flugtaxi mit 70 Stunden­kilo­metern in Höhen zwischen 100 und 350 Metern fliegen lassen. Die Volocopter sollen dabei vom Boden aus kaum größer gewesen sein als hoch fliegende Vögel.

Ein- und aussteigen sollen die Fluggäste an sogenannten VoloPorts , die das Start-up auf Haus­dächern, Bahnhöfen oder Park­plätzen errichten will. Hier sollen dann auch die Batterien der elektrischen Flug­geräte automatisch aus­getauscht und geladen werden. Schon zum Start will Volocopter einen Flug zum doppelten Taxi­preis anbieten. „Wenn das System voll in Betrieb ist, wird ein Flug zum Treffen nicht viel teurer sein als eine Taxi­fahrt – sehr wohl aber schneller“, verspricht Alexander Zosel, Mitgründer von Volocopter.

Umweltunfreundlicher als ein Auto?

Ob die Flugtaxis tatsächlich die Umwelt entlasten, daran haben Experten erhebliche Zweifel. Erst bei Distanzen ab 100 Kilo­metern und drei Passagieren würden sie weniger Energie verbrauchen als ein Elektro­auto oder ein Verbrenner, in dem durch­schnittlich 1,5 Personen sitzen, wie eine Studie der Universität Michigan ergab. Auf Strecken unter 35 Kilo­metern würden sie sogar mehr Energie benötigen und damit mehr Treib­haus­gase produzieren als Autos mit Verbrennungs­motor. Und genau das sind die Distanzen, auf denen die Luft­taxis künftig in Städten überwiegend zum Einsatz kommen sollen.

„Senkrecht zu starten ist energetisch betrachtet die ungünstigste Art zu fliegen.“

Stefan Levedag, Leiter des Instituts für Flug­system­technik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

Doch selbst wenn die Flug­geräte ausschließlich mit Grünstrom betrieben würden – die technischen Probleme seien noch längst nicht gelöst, sagt Stefan Levedag vom DLR. Gerade das, was die Flug­taxis für den Einsatz in der Groß­stadt prädestiniert, sei dabei die größte Hürde: die Kombination aus Senkrecht­start und elektrischem Antrieb. „Senkrecht zu starten ist energetisch betrachtet die ungünstigste Art zu fliegen“, sagt der Luft­fahrt­experte. Senkrecht­starter benötigen beim Abheben deutlich mehr Schub, und jedes Kilo fällt schwerer ins Gewicht als beim Flug­zeug, das vom Auftrieb seiner Trag­flächen profitiert. Deshalb können schon konventionelle Hub­schrauber nur sehr viel kürzere Distanzen fliegen und erheblich weniger Passagiere befördern als Trag­flächen­flug­zeuge. Ein Problem, das sich durch den elektrischen Antrieb verschärft. Denn die Energie­dichte heutiger Lithium-Ionen-Akkus ist 40-mal geringer als die von Kerosin; man kommt also mit demselben Gewicht wesentlich weniger weit.

Reicht die Reichweite?

Flugdistanzen von 300 Kilometern, über die Lilium seine Passagiere transportieren will, werden deshalb von diversen Experten als unrealistisch infrage gestellt. Selbst die bescheiden wirkenden Reich­weiten von 35 Kilo­metern, mit denen Volocopter plant, ließen sich Levedag zufolge bloß unter allerbesten Bedingungen umsetzen. „Bei Gegen­wind sinkt die Reich­weite drastisch“, meint der Experte. Zudem können die Flug­geräte ihre Akku­kapazitäten nicht voll ausschöpfen. Aus Sicher­heits­gründen müssen sie Energiereserven einplanen, um im Not­fall auf einen alternativen Lande­platz ausweichen zu können. Deshalb zeigt sich das Beratungs­unter­nehmen Roland Berger überzeugt, dass Fort­schritte in der Akku­technologie und bei autonomen Systemen den Lufttaxis in den kommenden fünf bis zehn Jahren den entscheidenden Schub versetzen werden.

Tatsächlich ließe sich im autonomen Betrieb das Gewicht des Piloten einsparen, das aktuell auf die Reich­weite drückt. Die Kosten würden sich dadurch aller­dings kaum reduzieren, so Levedag. Schließlich müssen die Systeme dieselben Flugaufgaben bewältigen wie ein menschlicher Pilot und dabei schnell auf die Anweisungen des Flug­sicherungs­systems reagieren, um Gefahren durch Wetter und andere Flug­gefährte zu vermeiden. Das sei in der Luft zwar grund­sätzlich leichter umzusetzen als im Straßen­verkehr, aber finanziell wie technologisch eine große Heraus­forderung. „Und regulatorisch sind wir davon noch weit entfernt“, sagt Levedag.

Eine Frage der Zulassung

Auch bemannte Lufttaxis müssen noch diverse rechtliche Hürden bis zur Start­erlaubnis nehmen. Regulatorische Fragen um die Fliegerei über Städten müssen geklärt werden: Havarien hätten hier schließlich besonders fatale Folgen. Außer­dem dürfte zusätzlicher Lärm den Stadt­bewohnern kaum gefallen. Zwar dröhnen die eVTOLs durch ihren E-Antrieb und die kleineren Rotoren nicht so ohren­betäubend wie klassische Helikopter, aber geräusch­los fliegen sie eben auch nicht. Der Luft­fahrt­zu­lieferer FACC hält die Lärm­belastung nicht für ein großes Problem. Die Luft­taxis, die man mit dem chinesischen Unter­nehmen Ehang entwickele, würden sich akustisch zwischen einem Auto und einem Lkw bewegen – und der Lärm­pegel der Flug­drohnen würde künftig noch weiter sinken.

Als ersten „Baustein für einen sicheren Betrieb von VTOL-Luft­fahr­zeugen“ hat die europäische Flug­sicher­heits­behörde EASA im Juli 2019 Regularien zur Entwicklung und zum Bau der neuen Flug­geräte erlassen. Volocopter habe sein neues Modell VoloCity laut eigenen Angaben nach den Richt­linien der EASA entwickelt und warte nun auf die Zertifizierung. Europäische Vor­schriften, die den kommerziellen Einsatz der Flug­geräte erlauben, wird es nach Ein­schätzungen von Airbus frühestens in fünf Jahren geben. Parallel dazu müssen Verkehrs­leit­systeme aufgebaut werden, um den sicheren Drohnen­verkehr zu gewähr­leisten. Uber arbeitet dazu mit der NASA zusammen, die entsprechende Systeme entwickelt.

Ob die Flugtaxis den Verkehr der Städte dann tatsächlich entlasten, ist für Stefan Levedag nicht zuletzt eine Preis­frage. Und der wird sich nach Einschätzung des Luft­fahrt­experten zumindest am Anfang eher in den Dimensionen eines Hubschrauber­flugs als in denen einer Taxi­fahrt bewegen. Schon deshalb sei es unwahrscheinlich, dass sich die Flug­taxis in Europa durchsetzen können. „Unsere Städte sind schlicht zu klein, um über den Luft­verkehr einen nennens­werten Zeit­vor­teil zu erzielen.“ Und auch in Singapur, Hongkong oder São Paulo dürften laut Levedag in erster Linie zahlungs­kräftige Kunden von den neuen hoch­fliegenden Mobilitäts­möglichkeiten profitieren. Der Traum vom Flug über den Stau – er könnte nur für wenige Wirklichkeit werden.

ZUR PERSON

Stefan Levedag ist Leiter des Instituts für Flug­system­technik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) in Braunschweig.