Mit Innovation die Grenzen der Physik umgehen

Leiser, effizienter, flexibler: Das Unternehmen Flargo möchte mit einer innovativen Schwerlastdrohne in Marktsegmente vorstoßen, in denen bislang vor allem Helikopter eingesetzt werden. Und dabei mit entscheidenden Vorteilen gegenüber Hubschraubern punkten. Um bestehende Herausforderungen im Bereich der Reichweite zu lösen, setzt das deutsch-litauische Startup nicht auf Fortschritte in der Akkutechnologie, sondern sucht nach innovativen Lösungen in den Bereichen Aerodynamik und Mechanik.

International vernetzte Industriezweige, „Just-in-time“-Logistik, erhöhte Anforderungen an resilientere Lieferketten. Die Nachfrage nach schnellen, zuverlässigen und preisgünstigen Transportmöglichkeiten hat einen historischen Höchststand erreicht. Preisdruck, ökologische Notwendigkeiten und komplizierte internationale Beziehungen haben dazu geführt, dass traditionelle Transportwege hinterfragt werden, zunehmender Personalmangel tut sein Übriges, bisherige Gewissheiten ins Wanken zu bringen. Insbesondere auf der letzten und der vorletzten Meile beziehungsweise im lokalen und regionalen Waren- und Güterverkehr ergeben sich daher zunehmend Lücken, die unbemannte Systeme schließen könnten. Wohlgemerkt: Schließen könnten. Denn noch ist die UAS-Industrie die von vielen erhoffte und von einigen versprochene Revolution des Logistiksektors schuldig geblieben.

Physikalische Herausforderungen

Neben regulatorischen und ökonomischen Herausforderungen im Bereich der individuellen Warenzustellung – Stichwort: Pizza-Drohne – sind es vor allem physikalische und konstruktive Herausforderungen, die es rein elektrisch betriebenen Drohnen derzeit noch unmöglich machen, schwere Lasten über lange Strecken zu transportieren. Ihre realen Einsatzmöglichkeiten beschränken sich aufgrund von Grenzen bei der Energiedichte, dem enormen Leistungsbedarf im Schwebeflug sowie der damit einhergehenden Begrenzung der Payload auf vergleichsweise leichte Frachten im Kurzstreckenbereich. Damit können batterieelektrische Systeme bislang lediglich Zielorte innerhalb eines Radius von etwa 40 Kilometern erreichen.

Cleveres Design und durchdachte Mechanik sollen dabei helfen, bisherige Limitierungen der Akkutechnologie zu umgehen

Das junge Unternehmen Flargo versucht nun, die derzeit vor allem durch Helikopter abgedeckten Missionsprofile zwischen 50 und einigen hundert Kilometern zu adressieren und hat dabei nicht zuletzt die herausfordernden Umgebungsbedingungen in Offshore-Windparks als mögliches Geschäftsfeld ins Visier genommen. Zu diesem Zweck entwickelt das Startup eine unbemannte Schwerlastplattform für den kosteneffizienten Gütertransport. Die Strategie zielt darauf ab, die Leistungsparameter eines Hubschraubers zu bieten, jedoch bei deutlich geringerer betrieblicher Komplexität und signifikant niedrigeren Betriebskosten.

Die Bedeutung strategischer Flexibilität

Anstatt jedoch auf mögliche zukünftige Verbesserungen der Batterietechnologie zu setzen, soll mit den bereits verfügbaren Antriebstechnologien gearbeitet werden. Die bisherige technische Entwicklung des Systems zeigt eindrucksvoll, wie wichtig strategische Flexibilität im Engineering-Prozess ist. Flargo begann als kleines Ingenieurteam, das zunächst die reine Machbarkeit eines unbemannten Schwerlast-Frachtflugzeugs untersuchte und in der frühen Entwicklungsphase grundlegende Konstruktionsprinzipien sowie Antriebskonzepte validierte. Im Jahr 2021 baute das Team den ersten Prototyp einer Frachtdrohne, deren Antrieb auf einem Lycoming-O-360-Motor aus einer ausgemusterten Cessna basierte. Diese frühe Plattform diente primär als Machbarkeitsnachweis und lieferte dem Ingenieurteam wertvolle Erkenntnisse für die weitere Arbeit.

Die Schubvektorsteuerung ist eine der konstruktiven Besonderheiten der SM-Serie von Flargo

Als das Unternehmen mit der Zeit feststellte, dass viele aufstrebende Drohnenhersteller ähnliche Ansätze verfolgten, bewiesen die Entwickler Mut zur Richtungsänderung und beschlossen im Jahr 2023, die Plattformarchitektur noch einmal grundlegend zu überdenken, um sowohl die Effizienz als auch die Zuverlässigkeit im Betrieb signifikant zu steigern. Und um Alleinstellungsmerkmale zu generieren. Als stabiles Design-Framework dienten dabei die technischen Vorgaben der vom Energiekonzern EnBW ausgerichteten Offshore Drone Competition 2023. Diese Anforderungen spiegeln die anspruchsvollen Einsatzbedingungen wider, die mit der realen Versorgung von Offshore-Infrastrukturen einhergehen. Beispielsweise extreme Ausdauer, hohe Nutzlastkapazität und absolute Zuverlässigkeit unter schwierigen meteorologischen Bedingungen.

Technologiedemonstrator

Bis 2024 hatte das Unternehmen das vollständige Systemdesign für sein Fluggerät mit Hybridantrieb fertiggestellt. Bereits im darauffolgenden Jahr testete Flargo wichtige Subsysteme und baute einen Technologiedemonstrator namens SM300. Dieses Luftfahrzeug durchläuft derzeit im Rahmen der sogenannten „Minimum Viable Product“-Phase fortlaufende Bodentests und Optimierungen in Litauen. Der gesamte Entwicklungsprozess ist dabei nach wie vor typisch für ein agiles Startup-Umfeld, da das Team einen Großteil seiner privaten Ersparnisse in die Entwicklung reinvestiert hat, um den Prototyp weiter in Richtung praktischer Flugtests voranzutreiben.

Obwohl sich Flargo noch in der für Unternehmen besonders kritischen Phase vor der echten Umsatzgenerierung befindet, steht das handfeste wirtschaftliche Nutzenversprechen bereits unverrückbar im Mittelpunkt des künftigen Geschäftsmodells. Die Fluggeräte des Unternehmens sind gezielt darauf ausgelegt, bestimmte Hubschraubermissionen durch ein System zu ersetzen, das vollständig ohne Piloten an Bord funktioniert und zudem ohne die für den klassischen Hubschrauberbetrieb erforderliche, extrem teure Infrastruktur auskommt. Konkret wird daran gearbeitet, die reinen Betriebskosten der Plattform auf etwa 80,– Euro pro Flugstunde zu senken. Wenn das gelingt, ließen sich nach Angaben von Flargo beispielsweise beim Transport von 100 Kilogramm Fracht über eine Strecke von 300 Kilometern die Betriebskosten im Vergleich zu einem herkömmlichen Hubschrauber oder Kleinflugzeug um das Sieben- bis Achtfache senken. Die massive Kosteneinsparung ist folgerichtig das zentrale Argument für die zukünftige Vermarktung der Plattform.

Außergewöhnlich hoher Gesamtwirkungsgrad

Ermöglichen soll das nicht zuletzt eine eigens entwickelte Taumelscheibe, die das Herzstück der Antriebs- und Steuerungsarchitektur des Luftfahrzeugs bildet. Sie ist so konstruiert, dass sie sowohl extrem leicht ist als auch vier Rotorblätter zuverlässig trägt. Bei harten Prüfstandstests wies das System Energieverluste auf, die lediglich vier bis fünf Prozent unter den theoretischen Idealwerten lagen. In Kombination mit der aerodynamischen Architektur der Plattform ermöglicht diese Konstruktion einen außergewöhnlich hohen Gesamtwirkungsgrad sowie robuste Leistungseigenschaften.

So vielversprechend der Ansatz auch ist, aktuell ist Flargo noch ein klassisches Startup in einer kritischen Phase der Unternehmensentwicklung

Ein weiterer wirtschaftlich hochrelevanter Designaspekt ist die konsequente Priorisierung der Geräuschreduzierung, ohne die essenzielle Auftriebsleistung zu beeinträchtigen. Die Ingenieure verringerten den Blattdurchmesser und erhöhten zum Ausgleich die Rotationsgeschwindigkeit. Dies führte dazu, dass die Drohnen im Vergleich zu einem vergleichbaren Hubschrauber deutlich geringere Geräuschemissionen aufwiesen. Und das ganz ohne den komplexen Einsatz aktiver Lärmminderungssysteme. Ein niedrigerer Geräuschpegel kann in der Praxis zu weniger strengen Betriebsauflagen führen und die Chancen auf gesellschaftliche Akzeptanz erhöhen.

Zweifache Schubvektorsteuerung

Ein weiteres technologisches Alleinstellungsmerkmal der Flargo-Plattform liegt in ihrem Steuerungskonzept. Viele unbemannte Luftfahrzeuge sind im Vorwärtsflug auf Querruder oder ähnliche Steuerflächen angewiesen. Die SM300 von Flargo verfügt über eine zweifache Schubvektorsteuerung, um unter allen denkbaren Flugbedingungen die volle Manövrierfähigkeit zu wahren. Im Falle eines Triebwerksausfalls kann das Luftfahrzeug nahtlos in den Autorotationsmodus wechseln. Dies ermöglicht nach Angaben des Herstellers einen kontrollierten Sinkflug, während die Richtungsstabilität vollständig erhalten bleibt.

Die mittlerweile grundsätzlich voll einsatzfähige Demonstratorplattform SM300 ist für Nutzlasten von bis zu 150 Kilogramm ausgelegt und soll als Ausgangspunkt für die sukzessive Entwicklung größerer und leistungsfähigerer Plattformen dienen. Die SM-Serie basiert auf einem Hybrid-VTOL-Design, das den effizienten Vorwärtsflug eines Starrflüglers mit dem kraftvollen Vertikalauftrieb eines Hubschraubers in einer geschlossenen Flugzelle vereint. Konzipiert für den professionellen Einsatz in der Logistik, bei Inspektionen und für spezielle Missionsprofile, kann sie Lasten flexibel im Rumpf oder per Winde im reinen Hubschraubermodus transportieren.

Hochrelevanter Marktbedarf

In den nächsten 12 bis 18 Monaten sollen neue Antriebskonfigurationen hinzukommen, um die Nutzlastkapazität auf bis zu 300 Kilogramm zu erhöhen. Langfristig soll die Tragfähigkeit auf bis zu 500 Kilogramm gesteigert werden, und es soll zudem eine Drohne für den kombinierten Transport von Waren und Personen entstehen. Ganz dem konzeptionellen Ansatz folgend, eine völlig neue Klasse unbemannter Luftfahrzeuge zu etablieren, die speziell für regionale Frachtmissionen eingesetzt wird. Flargo adressiert hierbei mit seinem eigenständigen technologischen Ansatz einen hochrelevanten Marktbedarf und möchte den Beweis erbringen, dass bestehende Grenzen der Physik durch kluge mechanische Konstruktion umgangen werden können.