Kleine Drohnen sind beweglich, vergleichsweise preiswert und schnell einsetzbar. Doch ihre Kommunikationsreichweite endet häufig dort, wo Mobilfunknetze, WLAN oder eine direkte Funkverbindung nicht mehr verfügbar sind. Der erste Space Innovation Cup der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR sucht deshalb nach Technologien, mit denen handelsübliche Kleindrohnen zuverlässig über Satelliten gesteuert und mit Daten versorgt werden können.
Warum benötigen kleine Drohnen eine neue Kommunikationslösung?
Moderne Multicopter und kleine Starrflügler können Kameras, Wärmebildsensoren, Umweltmessgeräte oder andere Nutzlasten transportieren. Sie untersuchen Dächer, Stromleitungen und Industrieanlagen, liefern Luftbilder von Waldbränden oder unterstützen Such- und Rettungseinsätze. In vielen dieser Szenarien befindet sich die Drohne jedoch außerhalb gut ausgebauter Kommunikationsnetze.
Klassische Fernsteuerungen arbeiten über direkte Funkverbindungen zwischen Bodenstation und Fluggerät. Gebäude, Berge, Vegetation und die Erdkrümmung können diese Verbindung abschatten. Auch Mobilfunk ist keine universelle Lösung: In ländlichen Gebieten, auf See, in Gebirgen oder nach einer Naturkatastrophe kann die notwendige Infrastruktur fehlen oder ausgefallen sein.
Eine Satellitenverbindung könnte diese Lücke schließen. Anstatt vollständig von lokalen Funkmasten abhängig zu sein, würde die Drohne über ein kompaktes Satellitenmodul mit einer entfernten Leitstelle kommunizieren. Dadurch könnten Missionen auch in Gebieten durchgeführt werden, in denen keine verlässliche terrestrische Verbindung existiert.
Wie könnte eine Satellitensteuerung technisch aufgebaut sein?
Ein mögliches System besteht aus mehreren aufeinander abgestimmten Komponenten: einer Kontrollstation, einer Boden- oder Cloud-Infrastruktur, dem eigentlichen Satellitennetz, einem miniaturisierten Kommunikationsmodul auf der Drohne und einem Autopiloten, der auch bei Verzögerungen oder einem vorübergehenden Verbindungsabbruch sicher reagieren kann.
Die zentrale Schwierigkeit: Verzögerung im Kommunikationskanal
Bei einer konventionellen Fernsteuerung treffen Kommandos meist sehr schnell am Fluggerät ein. Eine Satellitenverbindung verursacht dagegen zusätzliche Laufzeit. Das Signal muss vom Boden oder von der Drohne zum Satelliten, anschließend durch das Netz und schließlich zum Empfänger übertragen werden. Hinzu kommen Verarbeitung, Weiterleitung, Verschlüsselung und mögliche Wiederholungen verlorener Datenpakete.
Die Cupunterlagen sehen vor, dass die Flugkontrolle bei einer Latenz von ungefähr 300 bis 800 Millisekunden stabil bleiben soll. Für einen Menschen, der eine Drohne unmittelbar mit zwei Steuerknüppeln fliegt, wäre eine derart verzögerte Reaktion problematisch. Das System muss daher zwischen schneller lokaler Flugregelung und langsamerer übergeordneter Missionssteuerung unterscheiden.
Prädiktive Steuerung statt direkter Joystick-Reaktion
Eine mögliche Lösung ist ein sogenannter Predictive Control Layer. Dabei berechnet das System nicht ausschließlich eine Reaktion auf den zuletzt empfangenen Befehl, sondern berücksichtigt Flugrichtung, Geschwindigkeit, Missionsplan und erwartete Verzögerung. Die Drohne kann einen begonnenen Kurs für kurze Zeit selbstständig fortsetzen und neue Kommandos kontrolliert in die bestehende Flugbahn einfügen.
Eine solche Architektur ähnelt eher der Führung eines teilautonomen Systems als dem klassischen Modellflug. Die Leitstelle definiert das Ziel und überwacht die Mission, während der Autopilot die unmittelbare Bewegung des Fluggeräts ausführt.
Umgang mit Paketverlusten
Satellitenverbindungen sind nicht vollkommen störungsfrei. Antennenausrichtung, Gelände, Niederschlag, Bewegungen des Fluggeräts oder Übergänge zwischen verschiedenen Satelliten können die Übertragung beeinflussen. Der Wettbewerb nennt deshalb unter anderem Vorwärtsfehlerkorrektur, automatische Wiederholungsanfragen und Interleaving als mögliche Verfahren.
Gleichzeitig muss das System unterscheiden, welche Daten unbedingt bestätigt werden müssen. Ein neuer Flugauftrag oder ein Abbruchkommando benötigt eine verlässliche Quittierung. Bei einem kontinuierlichen Strom aus Sensordaten kann es dagegen sinnvoller sein, ein einzelnes verlorenes Paket zu überspringen, anstatt die gesamte Übertragung zu verzögern.
Technische Zielwerte des Wettbewerbs
Die Anforderungen zeigen, wie eng die verschiedenen Entwicklungsziele miteinander verbunden sind. Ein leistungsstarker Sender benötigt Energie und erzeugt Wärme. Eine große Antenne kann eine bessere Funkverbindung ermöglichen, erhöht aber Masse und Luftwiderstand. Mehr Bandbreite verbessert die Datenübertragung, kann jedoch Kosten und Energiebedarf steigern.
| Bereich | Vorgesehener Zielwert | Technische Bedeutung |
|---|---|---|
| Gewicht des Kommunikationsmoduls | Höchstens 150 Gramm | Das Modul soll auch auf kleinen handelsüblichen Drohnen eingesetzt werden können, ohne einen großen Teil der Nutzlast zu beanspruchen. |
| Energieverbrauch | Höchstens 10 Watt | Ein zu hoher Verbrauch würde die mögliche Flugzeit deutlich verkürzen. |
| Satellitenlink | Bidirektional, LEO bevorzugt | Kommandos müssen zur Drohne und Telemetrie- beziehungsweise Nutzlastdaten zurück zur Leitstelle übertragen werden. |
| Frequenzbereich | L-Band oder S-Band bevorzugt | Andere Frequenzbänder können verwendet werden, müssen aber technisch und regulatorisch begründet werden. |
| Latenz | Stabile Flugkontrolle bei 300 bis 800 Millisekunden | Die Software muss verzögerte Befehle berücksichtigen und gefährliche Überreaktionen verhindern. |
| Kommandodatenrate | Mindestens 100 Bit pro Sekunde | Steuerbefehle können sehr kompakt codiert werden, müssen aber sicher und nachvollziehbar übertragen werden. |
| Telemetrie | Mindestens 5 Kilobit pro Sekunde | Position, Höhe, Geschwindigkeit, Batteriestand, Linkqualität und Systemzustand sollen kontinuierlich übermittelt werden. |
| Nutzlastdaten | Mindestens 50 Kilobit pro Sekunde | Die begrenzte Datenrate erfordert Kompression, Priorisierung oder eine intelligente Auswahl relevanter Sensorinformationen. |
| Sicherheit | TLS oder AES-256 | Steuerbefehle und Daten sollen Ende-zu-Ende verschlüsselt übertragen werden. |
Warum bevorzugt der Wettbewerb Satelliten im niedrigen Erdorbit?
In den technischen Richtlinien wird ein Link über Satelliten im Low Earth Orbit, kurz LEO, bevorzugt. Solche Satelliten umkreisen die Erde wesentlich näher als geostationäre Kommunikationssatelliten. Die kürzere Signalstrecke kann die Verzögerung reduzieren und ermöglicht häufig kleinere Nutzerterminals.
Dafür bewegen sich LEO-Satelliten aus Sicht der Drohne über den Himmel. Eine kontinuierliche Verbindung kann deshalb Übergaben zwischen verschiedenen Satelliten erfordern. Die Antenne muss trotz der Bewegungen und Lageänderungen der Drohne einen ausreichend stabilen Link aufrechterhalten.
Bei einem Multicopter verändert sich die Neigung beispielsweise beim Beschleunigen, Bremsen oder bei Wind. Eine Antenne, die am Boden eine gute Verbindung bietet, kann während eines dynamischen Manövers ungünstig ausgerichtet sein. Antennendesign, Funkmodem, Einbauposition und Flugregelung müssen deshalb als Gesamtsystem betrachtet werden.
Begrenzte Bandbreite verlangt intelligente Datenverarbeitung
Die vorgesehene Mindestdatenrate von 50 Kilobit pro Sekunde für Nutzlastdaten reicht nicht für einen herkömmlichen hochauflösenden Videostrom. Das legt nahe, dass zukünftige Systeme Daten bereits auf der Drohne filtern und verdichten müssen.
Anstatt jedes Kamerabild vollständig zu übertragen, könnte ein Bordcomputer beispielsweise nur erkannte Veränderungen, komprimierte Vorschaubilder oder einzelne relevante Bildausschnitte versenden. Bei einer Waldbrandmission wären dies möglicherweise neue Wärmequellen und ihre Koordinaten. Bei einer Pipelineinspektion könnten verdächtige Stellen markiert und nur die zugehörigen Aufnahmen übertragen werden.
Eine solche Edge-Computing-Architektur reduziert den Bedarf an Satellitenbandbreite. Gleichzeitig entstehen neue Anforderungen: Die lokale Auswertung muss zuverlässig arbeiten, darf nicht zu viel Energie verbrauchen und muss ihre Ergebnisse für die Leitstelle nachvollziehbar dokumentieren.
Resilienz: Was passiert beim Ausfall der Verbindung?
Bei einer satellitengesteuerten Drohne darf ein vorübergehender Linkverlust nicht unmittelbar zu einem Kontrollverlust führen. Das Fluggerät benötigt definierte Zustände und Notfallregeln. Abhängig von Mission, Umgebung und verbleibender Energie könnte die Drohne:
- den aktuellen Kurs für einen begrenzten Zeitraum fortsetzen,
- an einem sicheren Punkt schweben oder kreisen,
- zu einer vorher festgelegten Position zurückkehren,
- eine vorbereitete Mission autonom abschließen,
- auf eine alternative Mobilfunk- oder Funkverbindung wechseln oder
- eine kontrollierte Landung an einem sicheren Ort einleiten.
Welche Reaktion sinnvoll ist, hängt vom Einsatz ab. Eine Drohne über offenem Meer benötigt andere Regeln als ein Multicopter in der Nähe einer Industrieanlage. Der sichere Zustand muss daher bereits bei der Missionsplanung festgelegt werden.
Cybersecurity ist Teil der Flugsteuerung
Sobald ein Fluggerät über ein öffentlich oder kommerziell betriebenes Kommunikationsnetz erreichbar ist, wird die IT-Sicherheit zu einem flugkritischen Bestandteil des Systems. Verschlüsselung schützt die Inhalte der Übertragung, reicht allein jedoch nicht aus.
Ein robustes Gesamtkonzept muss unter anderem sicherstellen, dass nur autorisierte Leitstellen Befehle senden können, dass alte Kommandos nicht erneut eingeschleust werden und dass Manipulationsversuche erkannt werden. Auch Schlüsselverwaltung, sichere Softwareupdates, signierte Firmware, geschützte Diagnoseschnittstellen und nachvollziehbare Ereignisprotokolle gehören zu einer belastbaren Architektur.
Darüber hinaus müssen das Navigationssystem und die Satellitenverbindung gegenüber Störungen möglichst widerstandsfähig sein. Eine verschlüsselte Datenverbindung verhindert beispielsweise nicht automatisch die Täuschung eines ungeschützten Navigationssensors. Funkkommunikation, Flugsteuerung, Navigation und Missionssoftware müssen daher gemeinsam abgesichert werden.
Mögliche Einsatzfelder
Katastrophenschutz und Rettung
Nach Überschwemmungen, Stürmen oder Erdbeben können Mobilfunknetze beschädigt sein. Satellitengebundene Drohnen könnten ein erstes Lagebild liefern, Verkehrswege untersuchen und Einsatzkräfte bei der Suche nach Personen unterstützen.
Waldbrandbeobachtung
Drohnen könnten Wärmequellen, Rauchentwicklung und die Ausbreitung einer Brandfront beobachten. Eine satellitengestützte Verbindung wäre besonders in dünn besiedelten Waldgebieten von Bedeutung.
Offshore- und Infrastrukturinspektion
Windenergieanlagen, Pipelines, Bahntrassen oder Stromleitungen erstrecken sich häufig über große und schwer zugängliche Gebiete. Eine zentrale Leitstelle könnte mehrere Systeme überwachen, ohne überall eine eigene Funkinfrastruktur aufzubauen.
Umwelt- und Klimaforschung
Messflüge über Küsten, Mooren, Gebirgen oder arktischen Regionen könnten Daten sammeln, obwohl vor Ort weder Mobilfunk noch ein dauerhaftes Bodennetz verfügbar ist.
Landwirtschaft
Auf großen Flächen könnten Drohnen Pflanzenbestände, Bewässerung und Schädlingsbefall untersuchen. Besonders interessant wäre eine Verbindung aus Satellitenkommunikation und lokaler Bildauswertung.
Logistik in abgelegenen Regionen
Der Transport kleiner medizinischer oder technischer Güter könnte in Regionen unterstützt werden, in denen terrestrische Kommunikationsnetze nur lückenhaft verfügbar sind.
Vom Konzept zur Pilotlösung: die drei Entwicklungsphasen
Der Space Innovation Cup ist kein einmaliger Ideenwettbewerb. Die ausgewählten Teams sollen ihre Lösung schrittweise von einem technischen Konzept zu einem einsatznahen Pilotsystem weiterentwickeln. Nach jeder Phase bewertet eine Jury die Fortschritte und entscheidet, welche Teams weiterkommen.
Bewerbung und erster Pitch
Bewerbungen können bis zum 13. September 2026 eingereicht werden. Nach einer Vorauswahl findet am 14. Oktober 2026 ein Pitch-Event statt. Die eingeladenen Teams erhalten insgesamt 20 Minuten für Präsentation und Fragerunde.
Phase 1: Konzept und Machbarkeit
In der ersten Phase entstehen Systemarchitektur, Protokollentwurf, Simulationen und ein erster Breadboard-Prototyp. Zudem soll ein Satellitenprovider ausgewählt und ein erster Linktest durchgeführt werden.
Phase 2: Integrierter flugfähiger Prototyp
Das Kommunikationsmodul wird miniaturisiert und in eine handelsübliche Drohne integriert. Vorgesehen sind Labor- und Feldtests, eine Bodenkontrollstation, Failsafe-Funktionen sowie ein Flug außerhalb der direkten Sichtverbindung.
Phase 3: Skalierung und Pilotdemonstration
Die Lösung soll einen hohen Technologiereifegrad erreichen, in mindestens zwei Drohnentypen integriert und unter realitätsnahen Wetter- und Einsatzbedingungen getestet werden. Geplant sind außerdem Sicherheitsprüfungen und eine Schnittstelle für kommerzielle Betreiber.
Finale Demonstration
Die verbliebenen Teams präsentieren ihre Systeme in einem abschließenden Pitch und einer öffentlichen Demonstration. Auf dieser Grundlage bestimmt die Jury das Gewinnerteam.
Was muss eine Pilotlösung am Ende leisten?
Die Cupunterlagen definieren konkrete Erfolgskriterien. In der zweiten Phase soll unter anderem ein Outdoor-Flug ausschließlich über einen Satellitenlink demonstriert werden. Dabei soll die Verbindung mindestens über eine Distanz von einem Kilometer bestehen und die Flugsteuerung auch bei einer Latenz von mindestens 400 Millisekunden stabil bleiben.
In der dritten Phase steigen die Anforderungen deutlich. Vorgesehen sind unter anderem die Integration in mindestens zwei Drohnentypen, umfangreiche Tests unter verschiedenen Wetterbedingungen, Sicherheitsprüfungen und eine Multidrohnen-Demonstration. Als abschließendes Ziel nennt das DLR einen Technologiereifegrad von mindestens TRL 7, ein Kommunikationsmodul unter 150 Gramm und 10 Watt sowie eine Betriebsdemonstration über mindestens zehn Kilometer.
Außerdem soll eine Systemverfügbarkeit von mehr als 99 Prozent über einen mehrwöchigen Betrieb dokumentiert werden. Damit geht der Wettbewerb deutlich über eine kurze Labordemonstration hinaus. Gefordert wird ein System, das bereits in Richtung eines praktisch nutzbaren Produkts entwickelt wurde.
Wer kann am Space Innovation Cup teilnehmen?
Der Wettbewerb richtet sich an Start-ups, kleine und mittlere Unternehmen, etablierte Unternehmen sowie Forschungseinrichtungen mit Hauptsitz in der Europäischen Union. Bewerbungen können auch als Verbund aus mehreren Organisationen eingereicht werden.
Besonders gefragt sind interdisziplinäre Teams. Benötigt werden Kompetenzen aus Drohnentechnik, Satellitenkommunikation, Cybersecurity, Datenübertragung sowie Steuerungs- und Regelungstechnik. Ein reines Softwareteam könnte Schwierigkeiten bei Antenne, Funkhardware und Flugintegration haben. Ein ausschließlich auf Hardware spezialisiertes Team benötigt wiederum Expertise bei Autopiloten, Kommunikationsprotokollen und Sicherheitsarchitektur.
Die Jury bewertet unter anderem den Innovationsgrad, die technische Qualität, die Umsetzbarkeit, den Entwicklungsfortschritt und die Kompetenz des Teams. Eine interessante Idee allein reicht daher nicht aus. Die Bewerbung muss auch zeigen, wie sie innerhalb des vorgesehenen Zeit- und Kostenrahmens realisiert und getestet werden kann.
Vergütung statt klassischer einmaliger Förderung
Der Cup wird als mehrphasige vorkommerzielle Auftragsvergabe organisiert. Das bedeutet vereinfacht, dass mehrere Teams parallel Forschungs- und Entwicklungsleistungen erbringen. Nach jeder Phase können die erfolgversprechendsten Ansätze für die nächste Stufe ausgewählt werden.
Für Phase 1 sind bis zu 100.000 Euro, für Phase 2 bis zu 200.000 Euro und für Phase 3 nochmals bis zu 200.000 Euro vorgesehen. Damit kann ein Team über den vollständigen Wettbewerb eine Vergütung von bis zu 500.000 Euro erhalten. Eine spätere kommerzielle Beschaffung des entstandenen Produkts ist dadurch jedoch nicht automatisch garantiert.
Rechtliche und regulatorische Fragen
Die technische Möglichkeit einer weitreichenden Satellitenverbindung bedeutet nicht automatisch, dass eine Drohne überall außerhalb der Sichtweite betrieben werden darf. BVLOS-Flüge liegen im europäischen Drohnenrecht üblicherweise außerhalb der einfachen offenen Betriebskategorie und benötigen eine geeignete betriebliche Genehmigung oder ein entsprechendes Zulassungsverfahren.
Dabei müssen nicht nur die Zuverlässigkeit des Datenlinks, sondern auch Luftraum, Fluggebiet, Bodenrisiko, Notfallverfahren, Geofencing und mögliche Begegnungen mit anderen Luftfahrzeugen berücksichtigt werden.
Auch die Nutzung von Satellitenfrequenzen ist reguliert. Je nach Satellitendienst, Frequenzband und technischem Aufbau können unterschiedliche Zuteilungen, Genehmigungen und Koordinierungsverfahren relevant sein. Die Bundesnetzagentur ist in Deutschland unter anderem für Frequenzplanung, Koordinierung und Frequenzzuteilungen im Satellitenfunk zuständig.
Warum der Wettbewerb für die New-Space-Branche interessant ist
Der Space Innovation Cup verbindet mehrere Technologiebereiche, die bislang häufig getrennt entwickelt werden. Satellitenbetreiber konzentrieren sich auf Konnektivität, Drohnenhersteller auf Flugleistung und Autopiloten, während Softwareunternehmen Leitstellen, Datenplattformen oder KI-Verfahren anbieten. Für ein einsatzfähiges System müssen diese Komponenten jedoch als gemeinsame Architektur funktionieren.
Besonders interessant ist die Zielgruppe handelsüblicher Drohnen, deren Anschaffungskosten überwiegend unter 10.000 Euro liegen. Satellitengestützte Steuerung soll damit nicht auf große Spezialfluggeräte beschränkt bleiben. Langfristig könnte ein standardisiertes Kommunikationsmodul ähnlich wie ein Mobilfunkmodem in verschiedene Drohnenplattformen integriert werden.
Ein solches Modul könnte nicht nur Hardware enthalten, sondern als vollständige Dienstleistung angeboten werden: Antenne, Modem, Satellitenvertrag, Sicherheitsverwaltung, Cloud-Plattform, Monitoring, Programmierschnittstelle und Integration in bestehende Flottenmanagementsysteme.
Die entscheidenden offenen Fragen
- Kann eine ausreichend zuverlässige Antenne tatsächlich in einem Modul unter 150 Gramm realisiert werden?
- Wie stark beeinflussen Fluglage, Rotoren, Gehäuse und Nutzlast die Funkverbindung?
- Wie werden Übergänge zwischen Satelliten oder unterschiedlichen Netzen behandelt?
- Welche Informationen müssen sofort übertragen werden und welche können lokal gespeichert werden?
- Wie hoch sind Satelliten- und Betriebskosten pro Flugstunde?
- Wie reagiert das System auf Jamming, Spoofing, Paketverlust oder einen vollständigen Linkausfall?
- Wie kann ein Modul mit verschiedenen Autopiloten und Drohnenmodellen kompatibel bleiben?
- Welche Nachweise sind für BVLOS-Betrieb und sicherheitskritische Anwendungen erforderlich?
Einordnung: Der Satellit ersetzt nicht die autonome Drohne
Der vielleicht wichtigste Punkt des Wettbewerbs liegt in der Verbindung von Kommunikation und Autonomie. Ein Satellit kann die Reichweite eines Datenlinks erhöhen, aber er beseitigt weder Verzögerungen noch Übertragungsfehler. Eine Drohne, die bei jedem kurzen Verbindungsproblem auf direkte menschliche Eingriffe angewiesen ist, wäre für abgelegene oder sicherheitskritische Einsätze ungeeignet.
Erfolgreiche Lösungen werden deshalb wahrscheinlich eine abgestufte Steuerungsarchitektur verwenden. Die Drohne stabilisiert sich selbst, kontrolliert ihre Fluggrenzen und führt sichere Standardmanöver autonom aus. Die Leitstelle überwacht die Mission, verändert Ziele und erhält priorisierte Telemetrie- und Sensordaten. Der Satellit verbindet beide Ebenen über große Entfernungen.
Damit entwickelt sich die Rolle des Menschen vom unmittelbaren Piloten zum Missionsoperator. Er steuert nicht permanent jede Bewegung, sondern überwacht ein zunehmend autonomes technisches System und greift auf einer höheren Entscheidungsebene ein.
Fazit
Der erste Space Innovation Cup adressiert ein konkretes Hindernis für den großräumigen Einsatz kleiner Drohnen: die Abhängigkeit von lokalen Kommunikationsnetzen. Gesucht wird keine isolierte Funkkomponente, sondern ein vollständiges, sicheres und praxistaugliches System aus Satellitenkommunikation, Bordelektronik, Flugregelung, Kontrollstation und Autonomiefunktionen.
Die Anforderungen sind anspruchsvoll. Das Kommunikationsmodul soll leicht, energiesparend und kostengünstig sein, gleichzeitig aber auch wetterunabhängig, verschlüsselt und latenzrobust arbeiten. Hinzu kommen regulatorische Fragen, Sicherheitsnachweise und die Integration in unterschiedliche Drohnenplattformen.
Gelingt diese Entwicklung, könnten kleine Drohnen künftig auch dort zuverlässig eingesetzt werden, wo Mobilfunk und klassische Funkverbindungen nicht ausreichen: über dem Meer, in Gebirgen, entlang weitläufiger Infrastruktur oder in Katastrophengebieten. Der Wettbewerb könnte damit einen wichtigen Schritt von einzelnen experimentellen Satellitenlinks hin zu skalierbaren Kommunikationssystemen für zivile und sicherheitsrelevante Drohnenflotten markieren.
Quellen und weiterführende Informationen
- Deutsche Raumfahrtagentur im DLR: Space Innovation Cup – Ideen zur Steuerung von Drohnen per Satellit gesucht
- Offizielle Wettbewerbsseite des Space Innovation Cups
- Offizielle Cupunterlagen: Steuerung und Datentransfer von Drohnen über Satelliten
- Bewertungskriterien des Space Innovation Cups
- EASA: Betrieb von Drohnen in der spezifischen Kategorie
- Bundesnetzagentur: Informationen zum Satellitenfunk
- MAVLink: Überblick über das Kommunikationsprotokoll für Drohnen und Bodenstationen
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