10 zukunftsweisende Luft- und Raumfahrttechnologien, die die Zukunft des Weltraums prägen

Die globale Weltraumwirtschaft, deren Umsatz bis 2040 auf über 1 Billion Dollar geschätzt wird, umfasst eine Vielzahl von Aktivitäten in Forschung, Erkundung und Nutzung des Weltraums. Angesichts der vielen Facetten der Luft- und Raumfahrtindustrie – und der Milliardeninvestitionen, die sie tragen – eröffnen sich zahlreiche Chancen für Wachstum und Innovation. Erfahren Sie mehr über 10 Luft- und Raumfahrttechnologie-Trends, die in den kommenden Jahren zu erwarten sind.

Schnellzugriff:

• Was ist Luft- und Raumfahrttechnologie?
• Aktueller Ausblick der Luft- und Raumfahrtindustrie
• 10 Luft- und Raumfahrttechnologie-Trends im Blick
• Die Zukunft der Luft- und Raumfahrt ist da!

Was ist Luft- und Raumfahrttechnologie?

Luft- und Raumfahrt bezeichnet gemeinsam die Atmosphäre und den Weltraum; es handelt sich um eine vielfältige Branche mit zahlreichen kommerziellen, industriellen und militärischen Anwendungen. Die Luft- und Raumfahrttechnik besteht aus Aeronautik und Astronautik, und die Forschung, Entwicklung, Produktion, der Betrieb oder die Wartung von Flugzeugen und Raumfahrzeugen involviert die Arbeit zahlreicher Organisationen.

Luft- und Raumfahrttechnologie bezieht sich folglich auf die Konstruktion, Prüfung und Wartung von Flugzeugen und Raumfahrzeugen. Techniker können an der Montage, Wartung, Prüfung, dem Betrieb und der Reparatur von Systemen beteiligt sein, die mit zuverlässigen und wiederverwendbaren Trägerraketen und zugehöriger Bodensupport-Ausrüstung verbunden sind.

Aktueller Ausblick der Luft- und Raumfahrtindustrie

Eine der Branchen, die am stärksten von der Pandemie betroffen war, ist der kommerzielle und geschäftliche Flugverkehr; 2020 ging als das schlechteste Jahr in der Geschichte der Flugnachfrage in die Annalen ein. Doch mit der breiten Verfügbarkeit von Impfstoffen und der Lockerung von COVID-19-Beschränkungen planen 60 % der Amerikaner, 2021 mehr zu reisen als 2019. Trotz dieses erwarteten Anstiegs des globalen Flugverkehrs ist es wahrscheinlich, dass sich das Verbraucherverhalten durch die Pandemie nachhaltig verändert hat; so liegt der Fokus derzeit verstärkt auf Kurzstrecken- und Inlandsflügen statt auf längeren internationalen Verbindungen.

Andererseits – und trotz der anhaltenden Pandemie – lagen die Weltraumstarts im ersten Halbjahr 2020 weitgehend auf dem Niveau der Vorjahre; die 41 erfolgreichen Starts lagen nur leicht unter dem Fünfjahresdurchschnitt von 43 erfolgreichen Starts. Da die Finanzierung weiter steigt und die Kosten sinken, wird die Weltraumbranche voraussichtlich vermehrte Chancen erleben, primär im Satelliten-Breitband-Internetzugang. 2020 blieben Weltrauminvestitionen mit 25,6 Milliarden Dollar stark, und der Schwung für Investitionen dürfte 2021 ebenfalls anhalten.

Insgesamt erholt sich die Luft- und Raumfahrtindustrie langsam, aber stetig vom wörtlichen und metaphorischen Stillstand des Jahres 2020.

10 Luft- und Raumfahrttechnologie-Trends im Blick

Da die Luft- und Raumfahrtindustrie kontinuierlich Verbesserungen erzielt, sind hier zehn Trends der Luft- und Raumfahrttechnik, die Sie im Auge behalten sollten.

1. Null-Emissions-Flugzeuge

Airbus hat kürzlich drei Konzepte für das weltweit erste emissionsfreie Wasserstoff-Verkehrsflugzeug vorgestellt, das bis 2035 in Dienst gestellt werden könnte. Jedes Konzept repräsentiert einen anderen Ansatz für emissionsfreies Fliegen, indem verschiedene Technologiepfade und aerodynamische Konfigurationen erforscht werden, um das Ziel zu unterstützen, die Dekarbonisierung der gesamten Luftfahrtindustrie voranzutreiben. Alle von Airbus vorgestellten Konzepte basieren auf Wasserstoff als primärer Energiequelle – eine Option, die sie als äußerst vielversprechend für einen sauberen Luftfahrtkraftstoff betrachten und die wahrscheinlich eine Lösung für die Luft- und Raumfahrt – und viele andere Branchen – darstellt, um ihre klimaneutralen Ziele zu erreichen.

2. Strukturgesundheitsüberwachung (SHM)

Die Strukturgesundheitsüberwachung umfasst die Beobachtung und Analyse eines Systems über einen Zeitraum hinweg mithilfe periodisch abgetasteter Antwortmessungen, um Veränderungen an den Material- und geometrischen Eigenschaften von Ingenieurbauwerken wie Brücken, Flugzeugen und Gebäuden zu überwachen. Flugzeugunfälle, die durch katastrophales Versagen infolge von Ermüdung verursacht werden, können erhebliche Verluste an Menschenleben zur Folge haben, was Innovationen in diesem Zweig der Luft- und Raumfahrtindustrie so wichtig macht.

Die Grundlage der Strukturgesundheitsüberwachung ist die Fähigkeit, Bauwerke mithilfe eingebetteter oder angebrachter zerstörungsfreier Prüfverfahren (NDP) Sensoren zu überwachen und die Daten zur Bewertung des Zustands der Struktur zu nutzen. In den letzten zehn Jahren haben Forscher bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung von NDP-Sensoren für SHM erzielt und die notwendige Hardware und Software für Analyse und Kommunikation der SHM-Ergebnisse entwickelt. Die NDP-SHM-Sensoren, die einen gewissen Reifegrad erreicht haben und in der Lage sind, große Bereiche von Strukturen zu überwachen, umfassen Glasfaseroptik, aktive Ultraschall- und passive Akustikemission.

Darüber hinaus ermöglicht kostengünstige, aufkommende Rechenhardware wie Grafikprozessoren (GPUs) den zunehmenden Einsatz fortschrittlicher physikbasierter Modelle für verbesserte NDP-Inspektionen und fortgeschrittene Datenanalysemethoden wie maschinelles Lernen. Dies ist besonders relevant für die NASA, da neue Werkzeuge entwickelt werden müssen, um Langzeit-Weltraumflüge zu unterstützen.

3. Fortschrittliche Materialien

Innovative Materialien können in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden – von leichteren, wendigeren Flugzeugen und neuartigen Hyperschallsystemen bis hin zu persönlicher Schutzausrüstung und überall dort, wo Risiken oder Schäden reduziert werden können. Fortschritte bei der Entwicklung fortschrittlicher Materialien sollen die Integration von Funktionen wie Energiegewinnung, Tarnung, struktureller und persönlicher Gesundheitsüberwachung adressieren. Beispielsweise ist Graphen ein kohlenstoffbasiertes Material, das lediglich ein Atom dick ist und zur Herstellung von Batterien verwendet werden kann, die leicht, langlebig und für die Speicherung hoher Energiekapazitäten geeignet sind – zudem laden sie schneller als herkömmliche Batterien.

4. Intelligente Automatisierung und Blockchain

Die Blockchain, die typischerweise mit Kryptowährungssystemen assoziiert wird, nutzt Datentransparenz zur Erhöhung der Sicherheit. Öffentliche-Schlüssel-Verschlüsselung für Datensicherheit auf Datensatzebene und größere Netzwerkresilienz sind möglich, da es keinen Single Point of Failure gibt. Zudem können Zugriffsrechte und Berechtigungsmanagement automatisiert werden, was Ressourcen freisetzt, um andere Sicherheitsmaßnahmen oder -bedenken zu adressieren.

Wie funktioniert das? Anstatt erhebliche Anstrengungen zu unternehmen, um Komponenten, Ausrüstung und Systeme entlang der Wertschöpfungskette zu bewegen, kann die Blockchain den Austausch interner und externer Lieferkettenbeteiligter bis zum Endkunden orchestrieren. Sie bietet einen sicheren, prüfbaren, nachvollziehbaren und teilbaren Datensatz über eine verteilte Bevölkerung. Ein Konsens zwischen Fertigungspartner und Kunde kann durch ein gemeinsames Blockchain-Hauptbuch rasch erzielt werden, da dies eine klare und unveränderliche Historie des Designs, aller Änderungen daran, Testergebnisse, eine Zertifizierungsaufzeichnung für die Quelle aller Komponenten und mehr hinterlässt.

5. Additive Fertigung (3D-Druck)

3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung, hat sich als hervorragende Fertigungslösung für die Produktion von Komponenten und Teilen erwiesen, die deutlich weniger Material verbrauchen als vergleichbare, traditionell gefertigte Teile. Da das Material durch additive Fertigung schichtweise aufgebracht wird, können extrem komplexe geometrische Formen erstellt werden, die trotz der reduzierten Materialdichte große Festigkeit aufweisen.

Gewichtsreduktion ist in der Luft- und Raumfahrttechnikbranche von größter Bedeutung, da sie die Leistung in Bereichen wie Geschwindigkeit, Kapazität, Kraftstoffverbrauch, Emissionen und mehr steigert. Diese Erkenntnis führt die Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie dazu, Anwendungen des 3D-Drucks in ihren neuesten Produkten zu suchen – von Sitzgestellen bis hin zu Luftkanälen.

6. Überschallflüge

Überschallflug liegt vor, wenn ein Flugzeug schneller als die Schallgeschwindigkeit reist. Die US-Fluggesellschaft United hat Pläne angekündigt, 15 neue Überschall-Verkehrsflugzeuge zu kaufen und „die Überschallgeschwindigkeiten in die Luftfahrt zurückzubringen“ im Jahr 2029. Überschallflüge klingen vertraut? Solche Passagierflüge endeten 2003, als Air France und British Airways die Concorde in den Ruhestand versetzten.

Das neue Overture-Flugzeug wird von einem in Denver ansässigen Unternehmen namens Boom produziert, das noch keinen Überschalljet im Flug getestet hat. Uniteds Deal ist an die Bedingung geknüpft, dass das neue Flugzeug Sicherheitsstandards und Lärmschutzanforderungen erfüllt.

7. Resilientere und dynamischere A&D-Lieferketten

Geringere Flugzeugnachfrage und Beschränkungen der Personen- und Warenbewegungen aufgrund der Pandemie führten zum Zusammenbruch vieler wesentlicher Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungs-Lieferketten (A&D). Dies wirkte sich besonders auf kleinere Zulieferer aus, insbesondere auf jene mit starker Ausrichtung auf die kommerzielle Luftfahrt und das Aftermarket-Geschäft.

2021 wird sich der Fokus der Branche voraussichtlich darauf verlagern, Lieferketten in resilientere und dynamischere Netzwerke zu transformieren, was durch Strategien wie Reshoring, vertikale Integration und verstärkte Cyberabwehr erreicht werden könnte. Um Lieferketten weiter zu stärken, sollten OEMs und Zulieferer digitale Tools nutzen, darunter die Automatisierung interner Prozesse und die Straffung von Workflows, die Implementierung intelligenter Managementsysteme und den Einsatz von Datenanalysen. In einer kürzlich von Deloitte durchgeführten Umfrage gaben 72 % der Branchenführer an, in Lieferkettenökosysteme zu investieren, um externe Allianzpartner zu nutzen.

8. Einsatz des Internets der Dinge (IoT) zur Vorhersage von Wartungsproblemen

Flugzeugwartungs- und -reparaturunternehmen nutzen IoT-Technologie weit verbreitet für die vorausschauende Wartung von Flugzeugteilen und -ausrüstung. Eine IoT-basierte vorausschauende Wartungslösung kann helfen, potenzielle Schäden vorherzusagen, indem beispielsweise Daten von Ultraschall- und Vibrationssensoren gesammelt werden, die an der Spindel einer CNC-Maschine angebracht sind. Die Analyse der gesammelten Daten hilft, fragile Spindeln und Werkzeuge zu identifizieren, bevor sie brechen. IoT-Technologie wird genutzt, um kritische Daten von Triebwerken, Klappen, Entlüftungsventilen und Fahrwerk an Techniker für präventive Wartung zu senden. Diese Daten unterstützen Techniker bei der Erstellung von Wartungsplänen, der Beschaffung von Teilen und der Planung relevanter Arbeitskräfte zur Reparatur von Ausrüstung.

9. Künstliche Intelligenz (KI)

Die Luft- und Raumfahrttechnologiebranche profitiert ebenfalls von künstlicher Intelligenz und dem Einsatz von maschinellem oder aktivem Lernen in Forschung und Bildung. Maschinelles Lernen bietet die Möglichkeit, neue Erkenntnisse über Materialien zu gewinnen, indem KI eingesetzt wird, um neue Muster und Beziehungen in den Daten zu entdecken. KI kann weitaus komplexere Probleme bewältigen als Menschen und kann innerhalb von Momenten Tausende von Ergebnissen durchlaufen, verglichen mit der Zeit, die das menschliche Gehirn für die Informationsverarbeitung benötigt.

Beispielsweise nutzen Forscher am United States Air Force Research Laboratory (AFRL) maschinelles Lernen, KI und autonome Systeme, um die Geschwindigkeit der Materialentdeckung exponentiell zu erhöhen und die Kosten der Technologie zu senken, um die nächste Generation von Technologie zu schaffen.

10. Autonome Flugsysteme

Die Implementierung autonomer Technologien ist ein wachsender Trend in mehreren Branchen, und die Luft- und Raumfahrtindustrie bildet keine Ausnahme. Ein großer Teil davon konzentriert sich auf die Erhöhung autonomer Flüge, mit dem Endziel, vollständig bemannungslose Flüge zu starten. Obwohl dies noch einige Jahre dauern mag, werden Investitionen und Innovationen in den kommenden Jahren konsequent darauf ausgerichtet sein. Wir könnten sehen, dass Flugzeuge auf nur einen Piloten reduziert werden und anschließend in den kommenden Jahren autonom betrieben werden. Dies ist bereits bei Drohnen geschehen, obwohl diese Technologie offensichtlich skaliert werden muss, bevor sie für Passagierflugzeuge und längere Reisen bereit ist.

Die Zukunft der Luft- und Raumfahrt ist da!

Innovative Technologien und Fertigungsprozesse werden scheinbar ständig entwickelt, und kleine bis mittelständische Hersteller profitieren davon, da Luft- und Raumfahrtunternehmen nach Nischenzulieferern suchen, um ihre Lieferkette zu erweitern. Auf dem Laufenden zu bleiben mit den neuesten Trends kann Ihrem Fertigungsunternehmen helfen, alle Vorteile der Luft- und Raumfahrtindustrie zu nutzen.

Angesichts der heutigen Komplexität und Verwundbarkeit der Luft- und Raumfahrtindustrie ist Expertenberatung unerlässlich. Kontaktieren Sie CMTC noch heute, um zu erfahren, wie wir Ihre Luft- und Raumfahrtbetrieb optimieren können!