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2. Lufttransportsysteme

Website: Hamburg Open Online University
Kurs: Up in the Air - Luftfahrttechnik aus neuen Perspektiven
Buch: 2. Lufttransportsysteme
Gedruckt von: Gast
Datum: Donnerstag, 21. November 2024, 18:34

Inhaltsverzeichnis

1. Überblick

Falls Sie von Kapitel 1. Einführung Technische Grundlagen der Luftfahrt (beziehungsweise dessen Unterkapitel) weiter auf diese Seite geblättert haben, enden nun für Sie die organisatorischen Erläuterungen und die Einführung in den Weiterbildungsstudiengang sowie in dieses Modul beziehungsweise dieses Lernangebot. Falls Sie von der Seite Überblick weiter auf diese Seite geblättert haben, haben Sie die Einführung in den Kurs mit den organisatorischen Erläuterungen für den Weiterbildungsstudiengang und das Lernangebot übersprungen. Es geht nun an die grundlegenden Inhalte von Modul A1 - Technische Grundlagen der Luftfahrt und dem zugehörigen Lernangebot.

Kapitel 2. Lufttransportsysteme bietet die inhaltliche Grundlage für die weiteren Inhalte von Modul A1 - Technische Grundlagen der Luftfahrt beziehungsweise dem zugehörigen Lernangebot. Es beschäftigt sich über einen gesamtsystemischen beziehungsweise holistischen Denkansatz mit dem Luftverkehr und insbesondere dem Lufttransport auf hoher Abstraktionsebene (top-level). Das heißt insbesondere, dass die eigentliche Aufgabe des Luftverkehrs beziehungsweise des Lufttransports und weniger einzelne technische Komponenten im Vordergrund steht.


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  1. Einführung Technische Grundlagen der Luftfahrt
  2. Lufttransportsysteme
  3. Fluggerät & Flugzeugsysteme
  4. Flugbetrieb (Flugführung & Air Traffic Management)
  5. Kursabschluss, Literatur, weiterführende Inhalte

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1.1. Nomenklatur & Einführung

Die Benennung dieses Kapitels deutet bereits auf zwei wesentliche Aspekte hin, unter denen die Luftfahrt am Institut für Lufttransportsysteme betrachtet wird: Der Transportaspekt und der Systemaspekt. Insbesondere in der zivilen Luftfahrt ist der primäre Zweck eines Flugzeugs beziehungsweise eines Luftfahrzeugs oder Fluggeräts die Erbringung einer Transportaufgabe. Dafür müssen im Lufttransportsystem verschiedene Teilsysteme (zum Beispiel das Fluggerät, der Flughafen, die Flugsicherung, etc.) zusammenarbeiten. Man spricht auch von einem „System of Systems“, weil das Lufttransportsystem aus Teilsystemen besteht, die wie beispielsweise das Fluggerät (also etwa ein Flugzeug) oder ein Flughafen wiederum als aus Teilsystemen bestehend betrachtet werden können (zum Beispiel Tragflügel des Flugzeugs oder Start- und Landebahn des Flughafens).

Um sicheren Betrieb entlang der Bau- und Betriebsvorschriften angemessen und glaubwürdig nachzuweisen beziehungsweise Flugvorkommnisse oder allgemein luftfahrttechnische Sachverhalte angemessen einzuordnen, ist ein breites und systemisches Verständnis der Luftfahrt notwendig. Diesen Beitrag leistet das Kapitel Lufttransportsysteme, indem sie einen breiten Ein- und Überblick in die Luftfahrt mit ihren vielen Facetten und Wechselwirkungen ermittelt. Dazu wird Luftverkehr als Teil der Mobilität eingeordnet, die Bedeutung von Luftrecht und Sicherheit adressiert und im Weiteren die Hauptmerkmale der wesentlichen Teilsysteme der Luftfahrt Flugzeug / Hersteller / Airline / Flugsicherung / Flughafen vorstellt. Die Übersicht endet mit einem Blick auf die Wechselwirkungen von Luftverkehr und Umwelt. 

Mit diesem Wissen wird die Kompetenz erworben, wechselseitige Einflüsse der Teilsysteme zu erkennen und in ihrer Wirkung einzuordnen. Dieses erweiterte Systemdenken ist die Basis für vertiefende Lerninhalte die für den Weg zu einem Masterabschluss „Aeronautical Advisory" vorgesehen sind.

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Die Begriffe Luftfahrzeug und Fluggerät (= Aircraft) sind dabei hier weitestgehend synonym (gleichbedeutend) zu verstehen. Sie bezeichnen für gewöhnlich praktisch alle Geräte beziehungsweise technischen Konstruktionen, die zum Fliegen beziehungsweise zur Bewegung im Luftraum vorgesehen sind. Neben Flugzeugen (Airplane / Aeroplane oder Fixed-Wing Aircraft) gibt es also noch andere Luftfahrzeuge oder Fluggeräte. Zwar sind alle Flugzeuge Luftfahrzeuge - aber nicht alle Luftfahrzeuge sind auch Flugzeuge (zum Beispiel sind Helikopter zwar Luftfahrzeuge aber keine Flugzeuge). Flugzeuge sind also - mit den Begriffen von Logik beziehungsweise Mengenlehre ausgedrückt - eine sogenannte (echte) Teilmenge der Luftfahrzeuge.

Ausgeklammert aus der Menge der Luftfahrzeuge werden dabei oft Raumfahrzeuge und Flugkörper, die zwar nach manch einer Definition zu den Fluggeräten gezählt werden können, jedoch technisch nicht als Luftfahrzeuge zu werten sind, da sie sich ohne Auftriebserzeugung im Raum bewegen können beziehungsweise keine Atmosphäre zum Fliegen brauchen.

So können / konnten beispielsweise die Raumfähren ("Space Shuttles") der NASA im Luftraum wie Flugzeuge fliegen, sich jedoch auch jenseits des Luftraums (also im Weltraum) ohne Auftriebserzeugung beziehungsweise ohne Vorhandensein einer Atmosphäre bewegen. Diese Fähigkeit war im Zeitalter der Space Shuttles ein großer Sprung für die bemannte Raumfahrt.

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Der Gesetzgeber hat sich in Deutschland dafür entschieden, im Luftverkehrsgesetz (LuftVG) festzuschreiben, dass alle Formen von Fluggeräten als Luftfahrzeuge gelten, wenn sie sich im Luftraum aufhalten. Das heißt, dass etwa ein Fluggerät, das technisch als Raumfahrzeug zu bezeichnen ist, trotzdem als Luftfahrzeug gilt, wenn es sich im Luftraum aufhält. Unterschieden wird jedoch nach der Dichte des Objektes beziehungsweise nach der Art der Auftriebserzeugung sowie des Antriebs. Da die Einteilung im deutschen wie im englischen Sprachraum weitestgehend identisch ist, sind die üblichen Begriffe teilweise zweisprachig aufgeführt.

Luftfahrzeuge (Aircraft) sind rechtlich eingeteilt in:
  • Luftfahrzeuge leichter als Luft - Aircraft lighter than Air (geringere Dichte als Luft - Aerostat) fliegen aufgrund des statischen Auftriebs (vergleichbar mit dem Schwimmen in Wasser)
    • Ohne Kraftantrieb (Unpowered Aircraft lighter than Air) - (z.B. Heißluftballon - Balloon)
    • Mit Kraftantrieb (Powered Aircraft lighter than Air) - (z.B. Luftschiff ("Zeppelin") - Airship)
  • Luftfahrzeuge schwerer als Luft - Aircraft heavier than Air (höhere Dichte als Luft - Aerodyne) fliegen aufgrund des dynamischen Auftriebs (dazu muss sich eine auftriebserzeugende Oberfläche durch die Luft bewegen wie beispielsweise der Tragflügel eines Flugzeugs) oder ohne statischen oder dynamischen Auftrieb (ballistisches Prinzip wie etwa bei Raketen)
    • Ohne Kraftantrieb (Unpowered Aircraft heavier than Air) - (z.B. Segelflugzeug - Glider)
    • Mit Kraftantrieb (Powered Aircraft heavier than Air) - (z.B. Drehflügler - Rotorcraft (= Helikopter, "Gyrocopter", etc.), Flugzeug mit Strahltriebwerk (= Jet), Propellerflugzeug, Rakete)

Ein Flugzeug ist ein Luftfahrzeug schwerer als Luft, das den Auftrieb, um zu fliegen, durch Tragflügel erzeugt, die von Luft umströmt werden (eine Form der Erzeugung dynamischen Auftriebs). Das heißt, dass Helikopter oder Luftschiffe zwar Luftfahrzeuge, aber keine Flugzeuge sind. Helikopter erzeugen ihren Auftrieb zwar auch dynamisch, jedoch nicht an Tragflügeln, sondern an Rotorblättern. Luftschiffe beruhen - wie auch die meisten schwimmenden Körper - auf dem Prinzip des statischen Auftriebs. Daher sind Flugzeuge also eine (echte) Teilmenge der Luftfahrzeuge. Auf die technischen Details von Fluggeräten (und insbesondere Flugzeugen als weit verbreiteter Konstruktionsform von Luftfahrzeugen schwerer als Luft) und deren Systeme wird wie angekündigt in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme detailliert eingegangen. Einen ersten Vorgeschmack auf dieses Themenfeld beinhaltet auch bereits dieses Kapitel mit einem Unterkapitel, dass schon einmal in das Thema Fluggerät (inklusive einiger historischer Hintergründe) einführt. Um den Lufttransport zu verstehen, sei diese Klärung der Begrifflichkeiten jedoch vorangestellt.

Der Grund, weshalb - für luftfahrttechnische Laien wie auch für viele Fachleute - das Flugzeug als typischer Repräsentant aus der Menge der Fluggeräte gelten darf, ist, dass sich Flugzeuge im Vergleich zu anderen Fluggeräten besonders gut dazu eignen, Personen oder Material über längere Strecken zu transportieren. Dies begründet sich aus dem im Vergleich zu anderen Fluggeräten günstigen Energiehaushalt bei Flugzeugen für den Transport über längere Strecken. Kaum jemand würde es ernsthaft für praktikabel halten, Menschen oder Material mit einer Rakete über einen Ozean zu transportieren... ...jedenfalls erscheint es beim heutigen Stand der Technik wirtschaftlich und energetisch wenig sinnvoll im Vergleich zum Lufttransport per Flugzeug. Im Vergleich zu anderen energetisch günstigen Luftfahrzeugen wie Heißluftballons oder Luftschiffen bestechen Flugzeuge durch ihre überlegene Geschwindigkeit und Steuerbarkeit.

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Moderne Verkehrsflugzeuge wie der Airbus A350 XWB sind darauf optimiert, lange Strecken mit hoher Geschwindigkeit zurückzulegen und dabei möglichst kosteneffizient zu sein. Die mitunter beeindruckenden technischen Eigenschaften moderner Verkehrsflugzeuge verkörpern diese Flugzeuge aber nicht einfach aus der Laune der entwickelnden Ingenieure heraus, die hätten zeigen wollen, was technisch möglich sei. Die technischen Eigenschaften ergeben sich oft aus den wirtschaftlichen Erwägungen zur Erfüllung der Transportsaufgabe des Flugzeugs. Dazu zählen beispielsweise Leichtbau und Elektronik aber auch modernste Triebwerkstechnik.

Wer sich mit Lufttransportsystemen beschäftigt, muss sich mit den vielfältigen Interaktionen und Abhängigkeiten und der sich daraus ergebenden Komplexität in der Luftfahrt auseinandersetzen. Um die Luftfahrt zu verstehen - und insbesondere die Bedeutung von Teilsystemen und Komponenten von Flugzeugen richtig einordnen zu können - ist daher eine analytische Herangehensweise vom Allgemeinen zum Speziellen - ausgehend vom Ansatz der Lufttransportsysteme - zu empfehlen. Nur so lassen sich auch neue ggf. unkonventionelle Lufttransportkonzepte verstehen und bewerten. In komplexen Systemen gilt: Das Ganze denken.

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1.2. Gliederung

Kapitel 2. Lufttransportsysteme gliedert sich wie folgt in Unterkapitel:

2. Luftverkehr (Verkehrsaufkommen, Verkehrsentwicklung, Luftfrachtmarkt, Mobilität, etc.)
3. Luftrecht (Einführung)
4. Sicherheit & Lufttüchtigkeit (Sicherheitsbegriff, Wahrscheinlichkeiten & Auswirkungen, Unfallstatistiken, etc.)
5. Fluggerät (Einführung)
6. Hersteller (Marktvorhersagen & Bedarfsanalysen, Organisation der Hersteller, Ablauf eines Flugzeug-Programms, Zulieferindustrie, etc.)
7. Flugzeugbetreiber (Einführung)
8. Flughafen (Einführung)
9. Flugsicherung (Einführung)
10. Luftverkehr & Umwelt (Atmosphäre, Emissionen, Lärm-Gesetzgebung, Lärmminderung, etc.)


2. Luftverkehr

Kapitel 2. Lufttransportsysteme bietet die inhaltliche Grundlage für die weiteren Inhalte von Modul A1 - Technische Grundlagen der Luftfahrt. Unterkapitel Luftverkehr bildet den zentralen Ausgangspunkt für die Inhalte von Kapitel 2. Lufttransportsysteme.

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2.1. Wachstum des Luftverkehrs

Der Luftverkehr ist stark von wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Trends und der wirtschaftlichen Lage abhängig. Insbesondere Krisen wie eine Häufung von Flugunfällen, der Missbrauch von Luftfahrzeugen als Waffe oder Wirtschaftskrisen, Kriege oder Pandemien wirken sich enorm auf den Luftverkehr aus.

Insbesondere in Schwellenländern mit hohem Wirtschaftswachstum wächst die Mobilität der Gesamtbevölkerung enorm mit der wirtschaftlichen Entwicklung des Landes. In Staaten mit sehr hohem pro-Kopf-Einkommen beziehungsweise in der "westlichen Welt" und dem mittleren Osten ist die Mobilität der Gesamtbevölkerung bereits sehr hoch und zeigt nur noch eine geringe Abhängigkeit von der wirtschaftlichen Entwicklung um dem pro-Kopf-Einkommen im jeweiligen Staat. All dies gilt insbesondere für den Passagierluftverkehr. Zudem ist zu beobachten, dass in Schwellenländern mit hohem Wirtschaftswachstum und eigener Luftfahrtindustrie ein besonders starkes Wachstum des Kurzstreckentransports beziehungsweise des inländischen Verkehrsaufkommens in der Luftfahrt zu beobachten ist. Der Langstreckentransport wächst insbesondere entlang der Routen zwischen der "westlichen Welt", dem mittleren Osten und den Schwellenländern mit hohem Wirtschaftswachstum.

Kondratjew-Zyklen

Nikolai Kondratjew (1892 bis 1938) gilt als Begründer der „Theorie der langen Wellen“. Diese Theorie beschreibt nicht nur bloße Wirtschaftszyklen, sondern vor allem gesellschaftliche Prozesse.

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Auch die allgemein in Wirtschaft und Gesellschaft zu beobachtenden Kondratjew-Zyklen zeichnen sich aufgrund der starken Abhängigkeit der Luftfahrt von wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Trends oft besonders stark in der Luftfahrt ab.

Passagierluftverkehr

Verschiedene Marktanalysen stellen fest, dass der weltweite Luftverkehr (in Personenkilometer pro Jahr - Revenue Passenger Kilometres) in den vergangenen Jahrzehnten ein durchschnittliches jährliches Wachstum von etwa 4% bis etwa 5% aufgewiesen hat, was (vgl. Zinseszins-Effekt) etwa eine Verdoppelung des Luftverkehrsaufkommens alle 15 Jahre bedeutet. Das jährliche Wachstum der Anzahl der Flugpassagiere ist dabei geringer als das jährliche Wachstum der Personenkilometer pro Jahr, was bedeutet, dass nicht nur die Anzahl der Passagiere steigt, sondern auch die pro Passagier und Jahr zurückgelegte Strecke. Es fliegen also nicht nur immer mehr Menschen, sondern wer fliegt, fliegt auch Jahr für Jahr immer weiter. Dabei haben die Ölkrisen in den 1970er Jahren, der Angriff auf das World Trade Center im Jahr 2001 und die Finanzkrise in den Jahren 2008 / 2009 die Luftverkehrsentwicklung nur kurzfristig negativ beeinflusst.

Inwiefern diese Beobachtungen auch auf die 2020er Jahre übertragbar sind, werden die kommenden Jahre noch zeigen müssen. Die COVID-19-Pandemie stellt wirtschaftlich die größte Krise in der Luftfahrtgeschichte dar.

Luftfracht

Das Wachstum des Weltluftfrachtmarktes liegt mit durchschnittlich etwa 5% pro Jahr etwa gleichauf mit dem des Passagierluftverkehrs.

Die größten Wachstumsmärkte für Luftfracht befinden sich auf den Routen in asiatisch-pazifische Regionen beziehungsweise bei Inlandsflügen in den BRIC-Staaten (BRIC = Brasilien, Russland, Indien, China).

Es werden drei Arten von Luftfrachtbetreibern unterschieden:
  • Integratoren bieten einen "Tür zu Tür"-Service (FedEx, UPS, etc.)
  • All Cargo Airlines befördern ausschließlich Fracht (z.B. Cargolux)
  • Combination Carriers befördern Passagiere und Fracht (Lufthansa, Air France, etc.)
    • 55% der Luftfracht wird im kombinierten Transport befördert - also bei Combination Carriers
    • kombinierter Transport bedeutet fast immer Frachttransport im "Belly" - also im "Bauch" - von Passagierflugzeugen ("Belly-Fracht" - Belly Freight)
Außerdem haben Fluggesellschaften, die aus dem Passagierluftverkehr bekannt sind, oft auch zusätzlich eine reine Frachter-Flotte (zum Beispiel Lufthansa, Qatar, etc.). Diese operieren dann oft ähnlich wie All Cargo Airlines und führen Namenszusätze wie "Cargo", die sie vom Passagierbetrieb unterscheiden.

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Wie bereits erwähnt, wird etwa 55% der Luftfracht in Passagierflugzeugen (Passenger Aircraft / Passenger Airplanes) transportiert (kombinierter Transport). Auch deshalb machen Passagierflugzeuge 96% aller Flugbewegungen aus, da durch den kombinierten Transport nur eine geringe Anzahl an reinen Frachtflugzeugen (Cargo Aircraft / Freighters) benötigt wird.

Diese Verhältnisse haben sich aufgrund der COVID-19-Pandemie in den Jahren 2020 und 2021 in mancher Hinsicht verschoben. Anders als im Passagierluftverkehr ist das Verkehrsaufkommen im Frachtluftverkehr weitestgehend konstant geblieben (je nach Land / Region teils Rückgang oder sogar Wachstum während der Pandemie). Durch das geringe Verkehrsaufkommen an Passagierflugzeugen wurde die Welt-Frachterflotte quasi voll ausgelastet. Durch die quasi vollständige Auslastung der Welt-Frachterflotte wurde Luftfracht daher auch in Passagierflugzeugen ohne Beförderung von Passagieren transportiert. Fluggesellschaften, die bislang als Combination Carriers agiert haben, fliegen daher in den Jahren 2020 und 2021 teils auch reine Frachtflüge. In der Luftverkehrswirtschaft hat im Rahmen dessen auch der Begriff des "Prachters" an Bedeutung gewonnen. Prachter bezeichnet dabei ein Flugzeug, das kurzfristig mit vergleichsweise geringem Aufwand an Arbeitsstunden vom Passagierflugzeugen zum Frachter umgerüstet wird / wurde.

Das Durchschnittsalter von Frachtflugzeugen liegt bei etwa 22 Jahren. Eine Ausmusterung findet nach durchschnittlich etwa 35 Jahren statt. Frachtflugzeuge sind zum Großteil gebrauchte, umgerüstete Passagierflugzeuge (zum Beispiel Boeing 727, Douglas DC-8, etc.). Anders als beim Prachter findet die reguläre Umrüstung dauerhaft und mit höherem Aufwand an Arbeitsstunden statt. Ältere Frachtflugzeuge werden jedoch voraussichtlich zu einem großen Teil im Laufe der 2020er Jahre auf Grund ihres hohen Alters ausgemustert. Als neuere Frachtflugzeuge werden vor allem die Boeing 747, die McDonnell Douglas MD-11, der Airbus A300 / A310 und der Airbus A330 eingesetzt. Aufgrund der alten Triebwerksmuster erfüllen nicht alle Frachtflugzeuge die ab 2002 geltenden Lärmvorschriften. Das liegt vor allem daran, dass Triebwerke, die in den 1970er oder 1980er Jahren entwickelt wurden, in der Regel höheren Lärmklassen zuzuordnen sind als modernere Triebwerksmuster mit vergleichbarer Leistung beziehungsweise vergleichbarer Schubkraft (dazu mehr in Unterkapitel  10. Luftverkehr & Umwelt). Daher drohen hohe Gebühren oder gar Start- und Landeverbote. Wie viele Prachter nun womöglich längerfristig reine Frachtflugzeuge werden, ist eine Frage, mit der sich die Luftfahrtindustrie beziehungsweise die Luftverkehrswirtschaft (das sind insbesondere die Fluggesellschaften) inzwischen auseinandersetzt.

Flugzeugsproduktions- & Umrüstungszahlen

Der überwiegende Teil (etwa 97%) neu produzierter Flugzeuge wird als Passagierflugzeug produziert und eingesetzt. Nur ein kleiner Teil (etwa 3%) der neu produzierten Flugzeuge kommt direkt als reines Frachtflugzeug zum Einsatz. Die Zahl der auszumusternden Passagierflugzeuge beträgt in der jüngeren Vergangenheit üblicherweise etwas weniger als ein Drittel der Neuproduktion von Passagierflugzeugen im gleichen Zeitraum. Ein noch geringerer Anteil der bestehenden Passagierflotte wird zu Frachtflugzeugen umgerüstet, sodass die Welt-Passagierflotte tendenziell wächst. Aufgrund des steigenden Verkehrsaufkommens (Personenkilometer pro Jahr - RPK) erscheint dies auch nur logisch und konsequent. Innerhalb der Welt-Passagierflotte werden zudem ältere Flugzeugmuster bei weniger prestigeträchtigen Fluggesellschaften oder in Entwicklungsländern durch neuere Flugzeugmuster von Premium-Fluggesellschaften beziehungsweise europäischen oder asiatischen Flag-Carrier-Fluggesellschaften ersetzt und somit innerhalb der Welt-Passagierflotte "recycelt".

Der Begriff des Flag-Carriers bezeichnet eine Fluggesellschaft, die einen hohen Repräsentationsstatus hat und die mit dem internationalen Ruf des Staates, dessen Flagge sie führt beziehungsweise in dem die Flugzeuge registriert sind, verknüpft wird (zum Beispiel Lufthansa, British Airways, Air France, Aeroflot, Malaysia Airlines, etc.). Siehe dazu auch: https://de.wikipedia.org/wiki/Flagcarrier

Eine Analyse der Markterwartungen für die 2010er und 2020er Jahre (basierend auf Zahlen, die im Jahr 2011 zur Verfügung standen) zeigt nachstehend die erwarteten absoluten Zahlen für diese beiden Jahrzehnte. Berücksichtigt wurden alle Passagierflugzeuge mit mindestens 100 Sitzplätzen und alle reinen Frachtflugzeuge.
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Die Welt-Frachterflotte speist sich neben dem Zulauf aus der Flugzeugneuproduktion somit auch ganz wesentlich über Umrüstungen aus der Welt-Passagierflotte. Trotz des geringen Anteils der Passagierflugzeuge, die zu Frachtflugzeugen umgebaut werden (gemessen an der Größe der Welt-Passagierflotte sowie den Zu- und Abflussgrößen im Passagierflugzeugbereich), ist dies jedoch für die Welt-Frachterflotte der bedeutendere Zulaufkanal im Vergleich zur Neuproduktion. Auch daraus erklärt sich das hohe Durchschnittsalter von Frachtflugzeugen (etwa 22 Jahre). Auch bei Frachtflugzeugen gilt, dass die Welt-Frachterflotte tendenziell wächst, da die Anzahl der auszumusternden Frachtflugzeuge üblicherweise unterhalb der Summe der neu produzierten Frachtflugzeuge und der umgerüsteten Flugzeuge liegt.

Hinsichtlich der absoluten Zahlen gilt es zu berücksichtigen, dass diese auf Prognosen für die 2010er und 2020er Jahre beruhen, die bereits im Jahr 2011 erstellt wurden. Bis zum Einbruch des Luftverkehrs durch die COVID-19-Pandemie im Frühjahr des Jahres 2020 hat die Marktentwicklung der Prognose dabei weitestgehend entsprochen. Sowohl hinsichtlich der absoluten Zahlen als auch hinsichtlich der Zahlenverhältnisse gibt es in den Jahren 2020 und 2021 selbstverständlich erhebliche Unterschiede zu den Vorjahren. Die Nachwirkungen dessen werden auch in den Folgejahren noch feststellbar sein, sodass ein nachträglicher Soll-Ist-Vergleich zum Ende der 2020er Jahre mit der vorstehenden Grafik sicherlich in einigen Jahren ein interessanter Gegenstand für Marktanalysten sein wird. Eine Beschäftigung damit, welche Schlüsse für die Zukunft daraus möglich sein könnten, würde hier jedoch den Rahmen des Kurses verlassen.

COVID-19-Pandemie

Inwiefern die Beobachtungen aus den vergangenen Jahren und Jahrzehnten sowie die Erwartungen, die noch vor wenigen Jahren für die nahe bis mittlere Zukunft formuliert wurden, auch auf die 2020er Jahre übertragbar sind, wird die Geschichte noch zeigen müssen.

Kurzfristig gilt vor allem, dass der Passagierluftverkehr enorm zurückgegangen ist, das Luftfrachtaufkommen sich jedoch relativ robust zeigt. Die mittel- bis langfristigen Folgen für die gesamte Luftfahrtbranche abzuschätzen, ist deutlich schwieriger.

Perspektiven der Luftfahrtindustrie nach COVID-19-Pandemie:
  • Akut: Rückgang des kommerziellen Luftfahrtbetriebs um etwa 90%! (zeitweise im Jahr 2020)
  • Mittelfristig: Wegen Finanz- / Liquiditätsengpässen der Passagiere / Kunden erheblicher Nachfragerückgang für die Folgejahre zu erwarten
  • Fraglich:
    • Folgen von Digitalisierung & anderen Marktveränderungen auf Luftverkehrsaufkommen: Z.B. weniger Geschäftsreisen?
    • Flugscham: Wie wägen (insbesondere private) Flugreisende künftig den teilweise schlechten Ruf der Luftfahrt in Umweltfragen gegen ihren eigenen Reisedrang ab? Inwieweit gilt dies auch für Geschäftsreisende? Kann der teilweise schlechte Ruf beseitigt werden?
    • Reguliert / besteuert die Politik die Luftfahrt künftig stärker (aus Umwelt- oder sonstigen Gründen)?
Dominoeffekte der Pandemie führen zu einem massiven Rückgang der zivilen, kommerziellen Luftfahrtindustrie für die nächsten Jahre.

Die Folgen sind vorerst:
  • Mindestens 50% Nachfragerückgang zu erwarten (von Endkundenseite = Flugreisende)
  • Etwa 50% Rückgang der Flugzeugflottenkapazität im operativen Geschäft (bei Fluggesellschaften)
  • Etwa 50% Rückgang des fliegenden Personals (sowie entsprechend des Bodenpersonals)
Mittelbare Folgen sind zudem:
  • Einbruch der Flugzeugabnahmen bei Herstellern & Einbruch der Neubestellungen bei Herstellern
  • Personalabbau bei Herstellerindustrie und Zulieferern: Mittelfristig etwa 40% Rückgang zu erwarten
Die Regeneration auf den "Vor-Corona-Stand" wird wohl in einigen Bereichen etwa 7 bis 10 Jahre benötigen. Denkbar ist auch, dass die Luftfahrt nach der Pandemie kaum noch mit der Luftfahrt, wie wir sie davor kannten, vergleichbar sein wird, da sich grundlegende Unterschiede manifestieren könnten.

Die Erholung des Luftverkehrs ist somit zumindest sehr viel langwieriger als bei allen bisher dagewesenen Krisen zu erwarten.


2.2. Begriffe & Modelle

Zusammenfassend lässt sich soweit feststellen, dass es sich beim Luftverkehr beziehungsweise der Luftfahrt um eine Branche handelt, die besonders eng mit wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Trends in Wechselwirkung steht. Daraus folgt neben dem starken Wachstum der Luftfahrt nun mal auch eine hohe Sensitivität für interne und externe Störfaktoren und eine hohe Komplexität. Aufgrund der hohen Komplexität spricht man in Verbindung mit der Luftfahrt beziehungsweise insbesondere in Verbindung mit dem Lufttransport / Luftverkehr auch vom Lufttransportsystem.

Systembegriff

Gängige Definitionen beschreiben Systeme als bestehend aus (strukturierten) Elementen, die zueinander in Beziehung stehen.

Ein System lässt sich durch Definition geeigneter Systemgrenzen von seiner Umwelt (beziehungsweise umgebenden Systemen) abgrenzen, um das System isoliert zu beobachten.

Ein System selbst ist wiederum Teil einer Gesamtheit von Systemen und bestimmt somit die Eigenschaften eines übergeordneten Systems mit.

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Das Lufttransportsystem folgt dem technisch-naturwissenschaftlichen Systembegriff (vgl. Physikalisches System & Systemwissenschaft), der ähnlich auch in anderen Wissenschaftsdisziplinen vorkommt.

Systemkomplexität

Die Systemkomplexität hängt von der Konnektivität (den Verknüpfungen beziehungsweise Beziehungen) und der Varietät (der Vielfalt der Elemente) ab. Die hohe Kunst des Systemdenkens beziehungsweise der Systemtechnik besteht darin, Schnittstellen und Wechselwirkungen zwischen (Teil-) Systemen bereits in der Entwurfsphase zu berücksichtigen und einzubeziehen.

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Beispielsystem Triebwerk

Flugzeugtriebwerke stellen ein besonders geeignetes Beispiel dar, um den Systembegriff zu verdeutlichen.

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Das System Triebwerk besteht aus verschiedenen Elementen, die miteinander in Beziehung stehen. Darüber hinaus interagiert das Triebwerk an bestimmten Schnittstellen mit seiner Umgebung. Zur Umgebung des Triebwerks zählen dabei nicht nur die Atmosphäre sondern auch die Struktur des Flugzeugs, die Avionik und andere Flugzeugsysteme.

Aufgrund der Komplexität des Lufttransportsystems spricht man auch von einem System of Systems - einem System der Systeme. Dieses beinhaltet beispielsweise nicht nur die Flugbewegungen (die man als Lufttransport im engeren Sinne auffassen könnte), sondern die Flugzeughersteller, die Flugzeugbetreiber, Flughäfen und Flugsicherung sowie das Flugzeug selbst. Abstrahiert ließen sich an Stelle des Flugzeugs sogar allgemeine Fluggeräte in das Zentrum des Lufttransportsystems stellen. Da der Lufttransport sich vom Transportvolumen (beziehungsweise Transportarbeit oder Transportleistung) jedoch auf Flugzeuge konzentriert, ist für den Transportaspekt der Luftfahrt die Konzentrierung auf Flugzeuge als Fluggeräte hinreichend für eine geeignete Modelldarstellung. Zum System of Systems wird das Lufttransportsystem dadurch, dass etwa das Flugzeug oder der Flughafen wiederum als (Teil-) Systeme aufgefasst werden können. Mit der Entwicklung solch komplexer technischer Systeme beschäftigt sich insbesondere die ingenieurwissenschaftliche Disziplin der Systemtechnik beziehungsweise des Systems Engineering (https://de.wikipedia.org/wiki/Systems_Engineering, INCOSE, Systems Engineering Body of Knowlegde).

Lufttransport & Lufttransportsystem

Transport ist die Bewegung von Personen oder Gütern von einem Platz zu einem anderen.

Der Lufttransport umfasst die Gesamtheit aller Vorgänge, die der Ortsveränderung von Personen und Gütern auf den Luftwegen dienen und alle damit unmittelbar verbundenen sonstigen Dienstleistungen.

Das Lufttransportsystem umfasst alle Teilsysteme und Komponenten, Prozesse und Verfahren, die die Bewegung von Personen und Gütern von Haustür zu Haustür primär auf dem Luftweg ermöglichen.

Modelle des Lufttransportsystems

Das Lufttransportsystem ist dabei keinesfalls um die vorgenannten Teilsysteme abgeschlossen, sondern interagiert mit „Stakeholdern“ (≈ Interesseninhabern), die nicht vollständig Teil des Lufttransportsystems sind, wie die Gesellschaft, die Umwelt oder die Politik beziehungsweise das Rechtswesen.

Das Atommodell des Lufttransportsystems ist ein geeignetes Modell, um diese Beziehungen zu beschreiben. Es ist - wie die Namensgebung andeutet - an die Atommodelle von Dalton, Rutherford und Bohr angelehnt (vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Atommodelle). Diese Interaktion ist einer der Kernpunkte des Weiterbildungsstudiengangs M.Sc. AA und der Lernangebotsserie Up in the Air - Luftfahrttechnik aus neuen Perspektiven.

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In Unterkapitel "Luftverkehr" beschäftigen wir uns vornehmlich mit dem Lufttransportsystem hinsichtlich seines Bezugs zu Wirtschaft und Gesellschaft beziehungsweise zu den (End-) Kunden.

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Ein weiteres Modell stellt das Lufttransportsystem über ein Schichtmodell dar.

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Das Schichtmodell oder 4-Ebenenmodell des Lufttransportsystems ist dienlich, um den Weg von der globalen Nachfrage (top-level) zur einzelnen Flugbewegung (base-level) nachvollziehen zu können. Jede Flugbewegung auf der untersten Ebene ist über das Lufttransportsystem auf eine Nachfrage auf der höchsten Ebene zurückzuführen. Jede Ebene kann als ein Netzwerk verstanden werden, in dem bestimmte Beziehungen zwischen den Elementen bestehen. Die Verbindungselemente zwischen den Ebenen sind insbesondere die Fluggesellschaften (Airlines), die Flugzeuge (Aircraft) und die Luftverkehrs-Infrastruktur (Infrastructure). Die oberste Ebene ist eng mit "der Gesellschaft", "der Politik" beziehungsweise sozio-ökonomischen Entitäten oder staatlichen Organen wie Parlamenten als Gesetzgebern und Behörden als Entitäten des Zulassungs- und Vorschriftenwesens verknüpft. Die einzelne Flugbewegung wirkt über eine "Feedback Loop" wieder auf die übergeordneten Ebenen des Lufttransportsystems zurück. Die Bewegungen der Luftfahrzeuge wirken somit auf die Bedingungen auf höchster Ebene zurück und dort initiierte Änderungen "sickern" durch das System wieder in die darunter liegenden Ebenen durch.





2.3. Besonderheiten im Luftverkehr

Regulierung

Das Verkehrswesen bildet traditionell einen Schwerpunkt aktiver staatlicher Einflussnahme und zwar in besonderem Maße für den Verkehrsträger Luftverkehr, da er größtenteils grenzüberschreitend erfolgt. Insbesondere ist daher eine starke Internationalisierung der Regeln im Luftverkehr vorhanden - die Regularien sind international vergleichbar oder identisch, weil nur so internationaler Luftverkehr praktikabel sein kann.

Der Verkehr besitzt eine Vorrangstellung gegenüber anderen Branchen der Wirtschaft.

Dies begründet sich aus:
  • Wirtschaftlichen Gründen
    • Exportorientierte Industrien benötigen Vertriebswege
    • Wirtschaftsstandort benötigt schnelle Verkehrswege
  • Politischen Gründen (nationale Interessen)
    • Machtentfaltung, Machtbewahrung des Staates - Lufthoheit
    • Eigene Luftverkehrsflotte (z.B. Reserve für Transportbedarf im Kriegs- oder Krisenfall)
    • Prestigedenken: Nationaler „Flag-Carrier“ (Air France, Iberia, Air India, Alitalia, British Airways, Lufthansa, etc.)

Aufgrund der Internationalität des Luftverkehrs einerseits und der Lufthoheit des Staates andererseits ergeben sich enge Berührungspunkte zwischen Staat und Luftverkehr.

Transportabläufe

Im Vergleich zu anderen Verkehrsträgern (zum Beispiel Zug oder insbesondere Pkw) weisen Flugreisen vergleichsweise hohe Nebenlaufanteile auf. Nebenlaufanteile sind der Anteil an der Gesamtreisezeit, der nicht auf den eigentlichen Transporthauptlauf entfällt (also zum Beispiel Anreise zum und Aufenthalt am Flughafen sowie entsprechend auch die Abreise in Abgrenzung zur reinen Flugzeit als Transporthauptlauf). Im Nebenlauf wird (praktisch) keine Transportleistung beziehungsweise (praktisch) keine Transportarbeit erbracht. Daher lohnen sich Flugreisen trotz der hohen durchschnittlichen Reisegeschwindigkeit im Transporthauptlauf oft erst ab einer gewissen Distanz im Vergleich zur Reise mit dem Zug oder dem Pkw. Oft sind hier etwa 300 km bis 500 km als Untergrenze für das Lohnen einer Flugreise in Konkurrenz zu Bahn oder Pkw zu beobachten.

Die Effizienz eines Transportsystems wird somit nicht nur durch die Hauptreisegeschwindigkeit beziehungsweise die durchschnittliche Reisegeschwindigkeit im Transporthauptlauf bestimmt, sondern auch von den Nebenlaufanteilen. Die Transporteffizienz ist gekennzeichnet durch die Balance zwischen den Aufwendungen (Zeit, Energie, Kosten) und der resultierenden Transportleistung.

Eine Betrachtung von Transportketten bietet sich an hinsichtlich:
  • Zeitbedarf
  • Energiebedarf
  • Kosten
  • Umweltwirkung
wobei insbesondere der Energiebedarf oft nicht sinnvoll isoliert betrachtet werden kann sondern als Teil der anderen Größen aufgefasst werden kann, die dann für eine Bewertung auf hoher Abstraktionsebene geeignet sind.

Angebot & Auslastung

Aufgrund steigender operativer Kosten (zum Beispiel Treibstoffkosten) geht der Trend über alle Flugzeugklassen hinweg zu einer höheren Sitzplatzkapazität pro Flugzeug. Dies erklärt sich aus steigender Effizienz beziehungsweise fallenden Kosten pro Passagier bei höherer Passagierzahl pro Flugzeug. Insbesondere sollen keine leeren Sitze "mitfliegen", weshalb unabhängig von der Sitzplatzanzahl im jeweiligen Flugzeug ein möglichst hoher Sitzladefaktor beziehungsweise Auslastungsfaktor angestrebt wird. Der Auslastungsfaktor ist (unter Vernachlässigung der Lage während der COVID-19-Pandemie) seit Jahrzehnten steigend (81,9% im Jahr 2018). Dies ist zurückzuführen auf verbesserte operative Methoden (flexiblere Netzplanung und Buchungssysteme). In der Luftfracht lag der Auslastungsfaktor Im Jahr 2018 hingegen nur bei 49,3%.

Diese Trends haben zahlreiche positive Effekte. So sinken beispielsweise die Kosten pro Passagier unter anderem durch einen geringeren Treibstoffverbrauch pro Passagierkilometer (und somit auch sinkender Emissionen) sowohl bei Flugzeugen mit größeren Abmessungen als auch selbstverständlich mit steigendem Auslastungsfaktor. Dieser Trend ist jedoch nicht beliebig fortführbar. Beispielsweise hinsichtlich der Flugzeugabmessungen wegen der Abmessungen der Stellplätze am Boden, der Start- und Landebahnlängen und anderer limitierender Faktoren und hinsichtlich des Auslastungsfaktors aufgrund der mathematischen Grenze einer Auslastung von 100%. Außerdem muss selbstverständlich die Nachfrage vorhanden sein, um die Sitzplätze auch tatsächlich besetzen zu können.

Nutzungsprofil & Auslegungsreichweite

Es ist im realen Betrieb zu beobachten, dass zahlreiche Flugzeugmuster in der Mehrheit der Flugbewegungen deutlich unter der Auslegungsreichweite beziehungsweise deutlich unter der Reichweite, die bei maximaler Nutzlast erreicht werden kann, betrieben werden. Bei vielen Flugzeugmustern liegen 75% aller Flüge bei weniger als der Hälfte der Auslegungsreichweite. Diese Nutzungsprofile erklären sich zum Teil durch die tendenziell höhere energetische Effizienz pro Passagier bei größeren Flugzeugen. Da größere Flugzeuge typischerweise mit großen Reichweiten einhergehen, tendieren die Marktakteure dazu, diese effizienten, großen Flugzeuge auch auf verhältnismäßig kurzen Flugstrecken einzusetzen. Darüber hinaus werden bei gleicher Anzahl an beförderten Passagieren weniger "Slots" an den Flughäfen und allgemein tendenziell weniger Infrastruktur benötigt (Skalierungseffekte). Zudem kann es vorteilhaft sein, Mittelstreckenflugzeuge auch auf der Kurzstrecke einzusetzen, statt zusätzliche Kurzstreckenmuster anzuschaffen und dadurch die Vielfalt der Flotte zu erhöhen, was mit höheren Kosten einher gehen kann. Auch andere Einflussgrößen tragen hierzu bei, die jedoch vom Kern des Themas weg führen.

Berücksichtigt werden sollte in jedem Fall jedoch der Effekt, dass der Betrieb von Flugzeugen deutlich unter der Auslegungsreichweite zu einer höheren Anzahl an Flugbewegungen des jeweiligen Flugzeugs pro Jahr führt, als er anhand der Auslegungsreichweite zu erwarten wäre.

Wichtig ist insbesondere vor dem Hintergrund der Flugsicherheit, dass hierdurch pro Jahr, das das Flugzeug im Einsatz ist, mehr Starts und Landungen absolviert werden, womit sich die Belastungen des Flugzeugs gegenüber dem Auslegungs-Nutzungsprofil verändern. Ähnlich wie bei Kraftfahrzeugen für den Straßenverkehr lässt sich im Kurzstreckenbetrieb auch bei Flugzeugen ein höherer Instandhaltungsaufwand für zahlreiche Systeme beobachten, da Verschleißverhalten und Ermüdungsmechanismen anders zur Geltung kommen als im Langstreckenbetrieb. Viele Instandhaltungsaspekte orientieren sich daher nicht oder nicht nur an der Zahl der Flugstunden sondern (auch) an der Zahl der Landungen. Dies nimmt unter den benannten Entwicklungen an Bedeutung zu.

Flugreise & Einnahmen

Das Produkt "Flugreise" ist keine Ware sondern eine Dienstleistung. Sie ist daher nicht stofflich beziehungsweise nicht greifbar. Ein Ausprobieren wie beim online-Kauf entfällt daher. Der Passagier bucht den Flug in der Hoffnung auf eine ordnungsgemäße Erbringung der Leistung.

Der Verkäufer (Airline, Agent) hat keine dingliche Sicherheit am Produkt für den Fall, dass der Kunde die Bezahlung des Kaufpreises verweigert. Daher besteht er auf eine Vorauszahlung. Der Passagier hat bei eventuellen Mängeln praktisch keine Rückgabe- oder Umtauschmöglichkeit, jedoch im Rahmen der Gesetze (EU-Fluggastverordnung) bestimmte Fluggastrechte, die über Ausgleichs- und Unterstützungsleistungen wirken.

Die Erstellung und der Konsum der Dienstleistung „Flugreise“ fallen zeitlich und räumlich zusammen. Eine Produktion auf Vorrat oder Speicherung ist unmöglich. Ein leerer, nicht verkaufter Sitzplatz ist eine verlorene, auch später nicht mehr nutzbare Einheit. Der Verkäufer benötigt zum kostendeckenden Betrieb daher einen hohen durchschnittlichen Sitzladefaktor beziehungsweise Auslastungsfaktor.

Die Grundleistung des Produkts „Flugreise“ ist die Beförderung einer Person vom Ausgangspunkt zum Zielort. Diese Grundleistung wird durch Serviceleistungen vor, während und nach dem Flug ergänzt. Serviceleistungen werden neben dem Flugplan (Abflugzeit, Route, Bedienungshäufigkeit) zum wichtigsten Wettbewerbsparameter. Mit steigender Wichtigkeit der Serviceleistungen nimmt der Anteil der Einnahmen im Luftverkehr, die nicht aus dem Ticketverkauf stammen, zu (Gepäckgebühren, On-Board-Service, Verpflegung, etc.). Diese "Ancillary Revenues" können sowohl in der Kabine als auch am Flughafen generiert werden und betrugen im Jahr 2016 durchschnittlich 17,60 $ pro Passagier. Der weltweite Umsatz der "Ancillary Revenues" hat sich vom Jahr 2010 in den nur 7 Jahren bis zum Jahr 2017 etwa verdoppelt und betrug damit im Jahr 2017 bereits etwa 82 Milliarden $.

Ebenfalls von Interesse zur Betrachtung von Flugreisen sind die unterschiedlichen Bedürfnisse der verschiedenen Passagiergruppen. Insbesondere hervorzuheben ist die Unterscheidung zwischen Urlaubern und Geschäftsreisenden. Die Sensibilität für Ticketpreis, Check-In-Dauer, mitnehmbares Gepäck, Komfort, Kommunikationsmöglichkeiten, etc. ist stark unterschiedlich.


3. Luftrecht (Einführung)

Dieses Kapitel bietet eine Einführung in das Luftrecht.

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Dieses Kapitel gibt lediglich eine kurze Einführung in das Luftrecht und ordnet das Luftrecht im Zusammenhang zum Lufttransportsystem ein. Eine detailliertere Auseinandersetzung mit Themen zum Luftrecht findet in speziellen dafür vorgesehenen Modulen statt. Dazu sei insbesondere auf die Module B1 - Regulative Grundlagen Luftfahrtzertifizierung (quasi technisches Luftrecht) und C1 - Nationales Recht (juristische Perspektive auf die Luftfahrt in Deutschland) verwiesen.

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Das Luftrecht ist eng mit der Politik verflochten. Durch den hohen Regulierungsgrad im Luftverkehr sind im Luftrecht oft auch Zeichen des politischen Willens der beteiligten Staaten und der politische Zeitgeist zu erkennen. Das haben Sie sicherlich schon aus den vorangegangenen Unterkapiteln mitgenommen.

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3.1. Historie & internationale Luftverkehrsvereinbarungen

Das Luftrecht erlangte mit den zunehmenden Flügen von Ballons und Luftschiffen ("Zeppeline") um das Jahr 1900 erstmals nennenswert an Relevanz (also mit Luftfahrzeugen leichter als Luft im Sinne des LuftVG). Insbesondere die nach dem ersten Weltkrieg an Fahrt aufnehmenden Linienflüge machten eine Regulierung des Luftraums notwendig, über die im 19. Jahrhundert weitestgehend theoretisch und philosophisch nachgedacht wurde, der es jedoch in Ermangelung eines hinreichend ausgedehnten Luftverkehrs zuvor noch weitestgehend an praktischer Relevanz fehlte.

Da Luftverkehr aufgrund der Geschwindigkeiten und der Distanzen, mit denen sich dieser auszeichnet, oft grenzüberschreitend beziehungsweise international stattfindet, müssen internationale Vereinbarungen getroffen werden, um eine wirtschaftliche und sichere Verkehrsabwicklung zu gewährleisten. Das Luftrecht gilt daher als eines der am weitesten verzweigten Rechtsgebiete, was sich auch aus der Notwendigkeit einer grenzüberschreitenden Gültigkeit ergibt, die internationale Kooperation notwendig macht.

Das Luftrecht basiert zum Großteil auf internationalen Abkommen, von denen einige bedeutende in chronologischer Reihenfolge beschrieben sind:
  • 1919 wird die Internationale Luftverkehrs-Vereinigung (International Air Transport Association - IATA) gegründet ("Erste IATA")
  • 1929 Warschauer Abkommen (Warsaw Convention) zur "Vereinheitlichung von Regeln über die Beförderung im internationalen Luftverkehr" ("Convention for the Unification of certain rules relating to international carriage by air") der IATA ist erste multilaterale Regelung auf dem Gebiet des privaten (auch kommerziellen) Luftverkehrsrechts
    • Weltweit gültig
    • Vor allem Haftungsfragen geregelt
  • 1944 Abkommen von Chicago (Chicagoer Abkommen - Chicago Convention / offiziell "Convention on International Civil Aviation") gründet Internationale Zivilluftfahrtorganisation ICAO (International Civil Aviation Organization) - ab dem Jahr 1947 als Sonderorganisation der Vereinten Nationen (United Nations - UN): https://www.icao.int/Pages/default.aspx
    • 52 Mitgliedstaaten unterzeichneten im Jahre 1944 das Gründungsabkommen, im Jahre 2021 gibt es 193 ICAO-Mitglieder unter 195 UN-Mitgliedstaaten (Liechtenstein und Vatikanstadt sind keine ICAO-Mitglieder)
    • Die Mitgliedstaaten verpflichten sich, Normen / Regeln in nationales Recht umzusetzen (Abweichungen möglich)
    • Regelt zivilen (kommerziellen & nicht-kommerziellen aber keinen militärischen bzw. staatlichen) Luftverkehr über internationales Luftfahrtrecht auf völkerrechtlicher Basis
  • 1945 IATA neu gegründet (Neugründung der IATA etwa zum Ende des zweiten Weltkriegs) als Dachorganisation des gewerblichen Luftverkehrs bzw. als Dachverband der Fluggesellschaften. Die "zweite IATA" ist dabei in vielerlei Hinsicht anders organisiert als die "erste IATA", die bis zum zweiten Weltkrieg aktiv war: https://www.iata.org/ 
  • 1955 ändert das Haager Protokoll das Warschauer Abkommen von 1929 - quasi als Änderungsgesetz - insbesondere hinsichtlich einer Erhöhung der Haftungshöchstsummen für Personenschäden
  • 1961 trifft das Abkommen von Guadaljara als Zusatzabkommen zum Warschauer Abkommen Bestimmungen hinsichtlich solcher Haftungsprobleme, die bei der internationalen Luftbeförderung von Reisenden, Gepäck und Gütern auftreten, wenn ein Luftfahrzeug gechartert oder gemietet wird
  • 1999 sollte das Montrealer Übereinkommen (Montreal Convention) als Zusatzabkommen zum Warschauer Abkommen das Warschauer Abkommen effektiv ablösen (noch nicht überall ratifiziert)

Diese Auflistung ist hinsichtlich der internationalen Luftverkehrsvereinbarungen nicht vollständig. Über die genannten Abkommen hinaus wurden zahlreiche weitere Vereinbarungen getroffen, die insbesondere das Warschauer Abkommen verändern beziehungsweise ergänzen. 


3.2. Organisationen

IATA

Die IATA ist die Organisation des kommerziellen Luftverkehrs beziehungsweise Dachverband der Fluggesellschaften (Interessenverband). Die Mitgliedschaft in der IATA ist freiwillig.
  • Sitz in Quebec, Kanada
  • 1919 gegründet, im Jahre 1929 Warschauer Abkommen, im Jahre 1945 etwa zum Ende des zweiten Weltkriegs neu gegründet
  • Mitglieder sind Fluggesellschaften
    • Als aktive Mitglieder gelten Luftverkehrsgesellschaften (LVG / Fluggesellschaften / Airlines), die internationale Dienste anbieten & ihren Sitz in ICAO-Mitgliedstaaten haben (ca. 240 aktive Mitglieder)
    • Als assoziierte Mitglieder gelten Luftverkehrsgesellschaften, die nur nationale Dienste anbieten (ca. 26 assoziierte Mitglieder)
  • Ziele der IATA (lead, serve and represent airline industry):
    • Förderung eines sicheren, regelmäßigen & wirtschaftlichen Luftverkehrs
    • Gegenseitige Anerkennung von Leistungen der Airlines (Standardisierung / Normierung)
    • Abstimmung von Flugplänen & Streckenführungen der Airlines
    • Zusammenarbeit mit ICAO & anderen Organisationen
  • Aktivitäten:
    • Früher (bis etwa 1990er Jahre bzw. teilweise bis etwa um das Jahr 2006): Preisabsprache & Preisfestsetzung im regulierten internationalen Luftverkehr in Kooperation mit den einzelnen Staaten - Beendigung aus kartellrechtlichen Gründen bzw. zur Deregulierung und Liberalisierung des Luftverkehrs
    • Heute z.B.:
      • Organisation der weltweiten Abrechnung von Flugtickets, die von Reisebüros mit IATA-Lizenz ausgestellt wurden (Ausnahmen vorhanden)
      • weltweite Einführung elektronischer Tickets (Ausnahmen vorhanden)
      • Vergabe von IATA-Codes
      • Definition von Sicherheitsstandards
      • Erhebung & Verkauf von Statistiken rund um den Luftverkehr
  • Besonderheit: Vereinbarungen über Haftung

ICAO

Im Gegensatz zur IATA ist die ICAO kein privater Verband, sondern vielmehr eine staatliche Organisation beziehungsweise eigentlich eine Sonderorganisation (Specialized Agency) der Vereinten Nationen (UN).
  • Sitz in Montreal, Kanada
  • 1944 Chicagoer Abkommen, seit dem Jahre 1947 ICAO als UN-Sonderorganisation verfasst
  • Mitglieder sind Staaten
    • 52 Mitgliedstaaten unterzeichneten im Jahre 1944 das Gründungsabkommen
    • Im Jahre 2021 gibt es 193 ICAO-Mitglieder unter 195 UN-Mitgliedstaaten (Liechtenstein & Vatikanstadt sind keine ICAO-Mitglieder, Deutschland (Bundesrepublik Deutschland) trat im jahre 1956 bei)
  • Ziel der ICAO ist es, durch ständige Untersuchung aller Veränderungen im gewerblichen Luftverkehr existenzbedrohenden Wettbewerb zu unterbinden & eine gesunde Entwicklung zu gewährleisten
  • Aktivitäten / Tätigkeitsbereiche umfassen Gesamtbereich der Zivilluftfahrt (kommerzielle Luftfahrt sowie Sport- & Privatfliegerei) hinsichtlich:
    • Technik
    • Wirtschaft
    • Recht
  • Besonderheit: Regelung der internationalen Verkehrsrechte, der Freiheiten der Luft

Grundlage für eine einheitliche technische Luftfahrtgesetzgebung der ICAO-Mitgliedstaaten bilden die Standards und die Recommended Practices. Die ICAO erarbeitet verbindliche Standards für die Luftfahrt, die von den Mitgliedstaaten umgesetzt werden müssen (Abweichungen möglich).

Die ICAO vergibt die ICAO-Codes und regelt die Freiheiten der Luft über Vereinbarungen über den Transit internationaler Luftverkehrslinien (Transitvereinbarung) und über internationale Lufttransporte (Transportvereinbarung).

Geregelt sind unter anderem:
  • Sprechfunkverfahren
  • Normen für Navigationseinrichtungen
  • Normen für Flugplätze
  • Lizenzierung des Flugpersonals
  • Erhebung von Gebühren 
  • etc.
Die technischen Details sind in 19 (aktueller Stand im Jahr 2021) Anhängen (Annexes) geregelt (Flugunfalluntersuchung, Umweltschutz, meteorologische Dienste, etc.)

Die ICAO hat Verhandlungen über ein internationales System für den Emissionshandel im Luftverkehr (CORSIA = Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation) unternommen (EU-System ausgesetzt). CORSIA ist seit dem 01.01.2021 in der Pilotphase. Die ICAO ist auch allgemein der Ort, um luftfahrtpolitische Entscheidungen auf internationaler Ebene zu treffen. Bei der Luftverkehrswirtschaft in Deutschland bestehen weiterhin Befürchtungen, dass die EU trotz Vorhandenseins von CORSIA auf internationaler Ebene darüber hinaus gehende Regelungen in der EU treffen könnte, die einen Wettbewerbsnachteil für die Luftverkehrswirtschaft in der EU bedeuten könnten (insbesondere für Fluggesellschaften mit Hauptsitz in der EU).

Mehr Informationen zu CORSIA gibt es bei der ICAO: https://www.icao.int/environmental-protection/CORSIA/Pages/default.aspx und natürlich auch in einem übersichtlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Carbon_Offsetting_and_Reduction_Scheme_for_International_Aviation

Aufgrund der Rechtsstellung als UN-Sonderorganisation wird die ICAO von Vertretern der Mitgliedstaaten organisiert. Mindestens alle 3 Jahre tritt die Versammlung (Assembly) zusammen (quasi das Parlament der ICAO). Die Versammlung besteht aus einem Vertreter je Mitgliedstaat und wählt insbesondere den Rat (Council) der ICAO (quasi die Exekutive). Der Rat besteht dann aus 36 Mitgliedern. Der Rat wiederum bestellt die Luftfahrtkommission als Expertengremium insbesondere für wissenschaftlich-praktische Fragen der Luftfahrt - etwa um die technischen Details der Anhänge (Annexes) des Chicagoer Abkommens zu überarbeiten. All dies ist im Chicagoer Abkommen geregelt, das grob gesagt gewissermaßen die Verfassung / Satzung / Geschäftsordnung der ICAO darstellt und von der Versammlung als "Gesetzgeber" geändert werden kann. Die Anhänge sind dann in dieser Logik mit Gesetzen oder Rechtsverordnungen zu vergleichen. 

Die ICAO trägt so zur Vereinheitlichung des internationalen Luftrechts insbesondere in den Bereichen
  • Lizenzen für Luftfahrtpersonal
  • Flugregeln
  • Wetternachrichten
  • Verkehrskarten
  • Kennzeichnung von Luftfahrzeugen (LFZ)
  • Lufttüchtigkeitsbestimmungen
  • Erleichterungen in der Luftfahrt
  • Fernmeldewesen in der Luftfahrt
  • Flugberatung / Luftüberwachung
  • Such- & Rettungsdienste
  • Unfalluntersuchung
  • Flughäfen
  • Informationsdienst für die Luftfahrt
  • Emissionsschutz
  • Sicherheit
  • Transport gefährlicher Güter
bei.

  • Präambel zum "ICAO-Abkommen" (Chicagoer Abkommen) (Auszug aus der deutschen Übersetzung):
In der Erwägung, dass die zukünftige Entwicklung der internationalen Zivilluftfahrt in hohem Maße dazu beitragen kann, Freundschaft und Verständnis zwischen den Staaten und Völkern der Welt zu wecken und erhalten, ihr Missbrauch jedoch zu einer Bedrohung der allgemeinen Sicherheit führen kann... ...haben die unterzeichneten Regierungen sich auf gewisse Grundsätze und Übereinkommen geeinigt...

  • Artikel 1 - Lufthoheit
Jeder Staat besitzt über seinem Hoheitsgebiet volle und ausschließliche Lufthoheit.

  • Artikel 3 - Privat- und Staatsflugzeuge
Das Abkommen ist ausschließlich auf Privatluftfahrzeuge und nicht auf Staatsluftfahrzeuge anwendbar...

  • Artikel 17 - Staatszugehörigkeit der Luftfahrzeuge
Luftfahrzeuge haben die Staatszugehörigkeit des Staates, in dem sie eingetragen sind.

  • Artikel 18 - Mehrfache Eintragung
Ein Luftfahrzeug kann nur in einem Staat gültig eingetragen sein...

  • Artikel 20 - Führen von Kennzeichen
Jedes in der internationalen Luftfahrt verwendete Luftfahrzeug hat die ihm vorgeschriebenen Staatszugehörigkeits- und Eintragungszeichen zu führen.

  • Artikel 25 - Luftfahrzeuge in Not 
Jeder Vertragsstaat verpflichtet sich, für in seinem Hoheitsgebiet in Not geratene Luftfahrzeuge die Hilfsmaßnahmen zu treffen, die ihm tunlich erscheinen... (vgl. Luftnotlage)

  • Artikel 26 - Untersuchung von Unfällen
Zuständig ist der Vertragsstaat, in dessen Hoheitsgebiet sich der Unfall ereignet hat...

  • Artikel 31 - Lufttüchtigkeitszeugnisse
Jedes in der internationalen Luftfahrt verwendete Luftfahrzeug muss mit einem Lufttüchtigkeitszeugnis versehen sein, das von dem Staat, in dem das Luftfahrzeug eingetragen ist, ausgestellt oder als gültig anerkannt ist.

  • Artikel 33 - Anerkennung von Zeugnissen und Erlaubnisscheinen
Zeugnisse und Erlaubnisscheine, die von dem Vertragsstaat, in dem das Luftfahrzeug eingetragen ist, ausgestellt oder als gültig anerkannt worden sind, werden von den anderen Vertragsstaaten als gültig anerkannt,... ...vorausgesetzt Mindestanforderungen auf Grund dieses Abkommens sind eingehalten...

EASA

Die Europäische Agentur für Flugsicherheit (European Aviation Safety Agency - EASA) wurde im Jahr 2002 mit Wirkung zum Jahr 2003 gegründet. Ziel war die Übernahme der Aufgaben der JAA und anderer europäischer Behörden. Als unabhängige Behörde nach europäischem Recht ist sie zuständig für die EU-Mitgliedstaaten und EU-Einrichtungen. Die Mitgliedstaaten und die EU-Kommission legen Budget und Arbeitsauftrag fest. Die Luftfahrtindustrie ist über verschiedene Arbeitsgruppen in die Arbeit der EASA eingebunden.

EASA-Mitgliedstaaten = EU-Mitgliedstaaten + Norwegen, Schweiz, Liechtenstein, Island

Die EASA Mitgliedstaaten, die nicht zugleich EU Mitgliedstaaten sind, beteiligen sich über eine Gebühr an der Finanzierung der EASA.

Aufgaben & Ziele der EASA:
Schaffung einheitlicher Regelungen für:
Betrieb von Luftfahrtbetrieben (Entwickler, Hersteller, Instandhaltung, etc.), Bau- / Zulassungsvorschriften, Betriebsvorschriften, etc.
  • Gleiche Ausgangsbedingungen im Luftverkehrsbinnenmarkt
  • Unterstützung bei der Umsetzung der ICAO Regeln
  • Steigerung der Kostenwirksamkeit
  • Freier Waren-, Personen-, Dienstleistungsverkehr
  • Hohes Niveau des Umweltschutzes
  • Hohes Niveau der Flugsicherheit

Aufgaben der Mitgliedstaaten:
  • Umsetzung des Gemeinschaftsrechts (durch national zuständige Behörde z.B. Luftfahrtbundesamt in Deutschland)
  • Unmittelbare Reaktion auf festgestellte Sicherheitsdefizite
  • Anwendung nationalen Rechts, bei
    • Staatsluftfahrzeugen
    • Belangen, die noch nicht durch EU Recht geregelt sind
    • Annex II Luftfahrzeuge gemäß Grundverordnung (historische Luftfahrzeuge, Experimental, Kleinstluftfahrzeuge, etc.)
  • Mitgliedstaaten sind im Verwaltungsrat der EASA vertreten (Kontrollgremium)
    • Führen gemeinsame Aufsicht über die EASA
    • Ernennen den EASA Generaldirektor 

Nationale Organisationen in Deutschland

Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) ist die oberste Bundesbehörde für alle Luftfahrtangelegenheiten in Deutschland, soweit diese nicht in die Zuständigkeit anderer Bundesministerien fallen (zum Beispiel BMI, BMWi, BMBF, BMVg, etc.).

Zu seinen wesentlichen Aufgabenbereichen gehören:
  • Erlass von Rechtsverordnungen (Verhalten im Luftraum, etc.), sowie Einbringung von Gesetzesentwürfen in den Deutschen Bundestag
  • Zulassung der deutschen Fluggesellschaften mit überregionalem Liniennetz und Charterflugverkehr, einschließlich der 
    • Genehmigung der Flugpläne, Tarife & Beförderungsbedingungen
    • Genehmigung des internationalen Linien- & Charterverkehrs im Rahmen der mit ausländischen Staaten getroffenen Vereinbarungen, sowie der Abschluss und die Durchführung internationaler Luftverkehrsvereinbarungen
  • Vertretung Deutschlands in internationalen Institutionen des Luftverkehrs (z.B. Abordnung bei der ICAO) & in den Gremien der EU
  • Dienst- & Fachaufsicht der nachgeordneten Organe & Betriebe:

Das LBA ist gegenüber dem BMVI weisungsgebunden und ist nationale Ausführungsbehörde der EASA. Die Musterzulassung ist gemäß LuftVG beim LBA angesiedelt. Außerdem findet hier die Zusammenarbeit mit EASA und FAA, die Genehmigung und Überwachung von Airlines und Entwicklungs-, Herstellungs- & Instandhaltungsbetrieben sowie die Erlaubniserteilung für deren Personal sowie der Erlass von Rechtsverordnungen und Verfahren in Zusammenarbeit mit der DFS statt.

Das LBA wurde durch Gesetz vom 30. November 1954 (Gesetz über das Luftfahrtbundesamt) als Bundesbehörde mit Sitz in Braunschweig errichtet.

Das LBA hat folgende Aufgaben:
  • Nationale Ausführungsbehörde für die EASA
  • Zulassung & Überprüfung der Lufttüchtigkeit von Luftfahrtgerät (Musterzulassung, Verkehrszulassung, Lufttüchtigkeitsanweisungen, Lärmzulassung, etc.)
  • Erlaubniserteilung für Luftfahrtpersonal
  • Prüfung der technischen, flugbetrieblichen & finanziellen Leistungsfähigkeit von Luftfahrtunternehmen (inkl. finanzielle Leistungsfähigkeit von Fluggesellschaften)
  • Mitwirkung an Verbesserungen der Sicherheit des Luftverkehrs
  • Sammlung & Herausgabe von Nachrichten über Sicherheitsaspekte, Luftfahrtpersonal & Luftfahrtgerät

Die DFS nimmt die Aufgaben der nationalen Flugsicherung im europäischen Staatenverbund und EASA-Rahmen wahr.

Die Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung (BFU) arbeitet als weitestgehend unabhängige Bundesstelle an der Aufklärung von Flugunfällen.

Die Bundespolizei ist als Vollstreckungsorgan des Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat (BMI) im Wesentlichen für die Gefahrenabwehr und Verhinderung von Straftaten (zum Beispiel Terrorismus und andere Formen der Kriminalität) zuständig.

Die militärische Luftfahrt sowie der Betrieb von Regierungsmaschinen fällt in die Zuständigkeit des Bundesministeriums der Verteidigung (BMVg). Die luftfahrtbehördlichen Aufgaben nimmt das BMVg insbesondere über das Luftfahrtamt der Bundeswehr (LufABw) und die Wehrtechnische Dienststelle für Luftfahrzeuge und Luftfahrtgerät der Bundeswehr (WTD 61) wahr. Die WTD 61 ist die Zulassungsstelle für Luftfahrzeuge und Luftfahrtgerät der Bundeswehr und ist als solche in ihrem Zuständigkeitsbereich für die Musterprüfung zuständig. Überdies ist die WTD 61 im Bereich der militärischen und "governmental" Luftfahrt (also für Regierungsluftfahrzeuge) in Forschung, Entwicklung, Erprobung und Qualifikation eingebunden.

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Nationale Organisationen in den USA

Die nationale Luftfahrtbehörde der USA ist die Bundesluftfahrtverwaltung FAA (Federal Aviation Administration).
  • Gründung im Jahre 1958 als unabhängige Regulierungsbehörde für den US-amerikanischen zivilen & militärischen Luftverkehr
  • Wesentliche Aufgaben: Erstellung & Aktualisierung einheitlicher Regelungen für die Zertifizierung von Fluggeräten, den sicheren & wirtschaftlichen Luftverkehr & Flugbetrieb
  • Unterstützt die Entwicklung der kommerziellen Luftfahrt in den USA
  • Zusammenarbeit mit anderen Luftfahrtbehörden
  • Aufsichtsbehörde ist ähnlich wie in Deutschland das Verkehrsministerium des Bundes Department of Transportation (DOT)
Das National Transportation Safety Board (NTSB) ist als unabhängige Bundesbehörde für die Flugunfalluntersuchung in den USA zuständig.

Die von den "Security Screenings" bekannte Transportation Security Administration TSA ist hingegen dem "Innenministerium" beziehungsweise "Heimatschutzministerium" United States Department of Homeland Security unterstellt und nimmt daher ähnliche Aufgaben wie Bundespolizei (und teilweise Zoll) wahr. Sie dient dem Schutz der Luftfahrt vor Angriffen von außen (Luftsicherheit, insbesondere Terrorabwehr und andere Formen von Kriminalität).

Die Behörden in den USA sind insbesondere aufgrund der großen sicherheitspolitischen und wirtschaftlichen Bedeutung der USA von großer Wichtigkeit auch für andere Staaten. So führen nicht nur Hinweise der Homeland Security auch in anderen Staaten zur Verhinderung von Terrorismus und Kriminalität, sondern auch die FAA und die EASA beziehungsweise das LBA kooperieren eng in Fragen der Zulassung von Flugzeugen. Auch ist es üblich, Regelungen zur Aufrechterhaltung der Lufttüchtigkeit (Airworthiness) von den Behörden anderer Staaten zu übernehmen oder sich daran zu orientieren (vgl. Startverbote für Boeing 787 und Boeing 737 MAX). Auch hierbei orientieren sich andere Staaten oft an den Behörden der USA aufgrund der hohen wirtschaftlichen Bedeutung des Luftverkehrs und der Entwicklungs-, Herstellungs- und Instandhaltungsbetriebe in den USA. 


3.3. Freiheiten der Luft

Das Thema "Freiheit der Luft" oder des Luftraums ist schon lange ein Thema rechtsphilosophischer Natur, hat aber etwa mit dem Beginn des 20. Jahrhunderts an praktischer Bedeutung gewonnen und ist von hoher wirtschaftlicher Bedeutung, tangiert jedoch auch Fragen der Sicherheitspolitik, wenn es darum geht, wie der Staat sein Gewaltmonopol im Luftraum ausüben kann.

Basierend auf der in der „Atlantik Charta“ aus dem Jahre 1941 verkündeten „Freiheit der Meere“ wurde auf der Luftverkehrskonferenz von Chicago im Jahre 1944 (führte bekanntermaßen zur Organisation der ICAO) der Grundsatz der völligen Freizügigkeit im Luftverkehr gefordert.

Daraus entsprang die Definition der „Fünf Freiheiten der Luft“ (Freedoms of the Air):
1. Überflug: (von B über A nach C)
Das Recht, das Gebiet eines anderen Staates ohne Landung zu überfliegen
2. Technische Zwischenlandung: (von B mit technischer Zwischenlandung in A nach C)
Das Recht auf Zwischenlandung während des Überflugs zu nicht kommerziellen Zwecken (z.B. Tanken, Reparatur)
3. Direkter Transport (bringen): (von A nach B)
Das Recht auf Beförderung von Passagieren oder Fracht vom Heimatstaat der Fluggesellschaft in einen anderen Staat
4. Direkter Transport (holen): (von B nach A)
Das Recht auf Beförderung von Passagieren oder Fracht von einem fremden Staat in den Heimatstaat der Fluggesellschaft
5. Transport zwischen fremden Staaten (Start- oder Endpunkt im Heimatstaat): (Flugzeug aus B fliegt von B nach A und dann nach C oder Flugzeug aus B fliegt von C nach A und dann nach B)
Das Recht auf Beförderung von Passagieren oder Fracht zwischen zwei fremden Staaten, so lange der Start- oder Endpunkt des Fluges im Heimatstaat liegt

Anhand von Deutschland als Bezugsland (A) mit den Partnerländern Großbritannien (B) und Italien (C) lässt sich dies grafisch verdeutlichen.

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Die Freiheiten 1 & 2 werden daher auch als Transitvereinbarung (Transit Rights) und die Freiheiten 3 bis 5 als Transportvereinbarung (Traffic Rights) bezeichnet. Es handelt sich dabei um Zusatzvereinbarungen zum Chicagoer Abkommen.

Die Freiheiten der Luft bezwecken operationelle Erleichterungen für kommerzielle internationale Luftlinien sowie die Öffnung des kommerziellen Luftverkehrs für den internationalen Wettbewerb.

Für die Freiheiten 1 & 2 können Gebühren erhoben werden. Die USA erheben beispielsweise 33,72 $ pro 100 NM (= 185 km) im "US controlled airspace" als Gebühr. Teilweise herrschen Kontroversen über die Verhältnismäßigkeit der Höhe dieser Gebühren (zum Beispiel steht immer wieder der Vorwurf im Raum, dass Überflugrechte über Russland von der dortigen Regierung möglicherweise als gewinnorientiert und als politisches Werkzeug eingesetzt würden). So zahlen europäische Fluggesellschaften etwa 350 Millionen Euro pro Jahr für Überflugrechte an Russland. Gegen Ende des Jahres 2007 entzog Russland der Lufthansa Cargo vorübergehend die Überflugrechte (vorgeblich aufgrund verspäteter Zahlungen der Überfluggebühren, mutmaßlich liegen die Hintergründe jedoch in wirtschaftlichen und politischen Interessen, da Lufthansa Cargo einen Hub in Kasachstan verwendet). Auch bei anderen Staaten, wie Brasilien, Indonesien, China und Kanada bestehen mitunter Kontroversen, die zwischenstaatliche Vereinbarungen erforderlich machen. Die 2. Freiheit hat an Bedeutung für den Passagierluftverkehr verloren, da Zwischenstopps vor Überflügen etwa über den Atlantik in Irland oder an der kanadischen Ostküste inzwischen aufgrund der großen Reichweiten der meisten Passagierflugzeuge keine hervorgehobene Bedeutung mehr haben. Im Bereich der Luftfracht gibt es aber noch eine gewisse Relevanz hierfür.

Die Freiheiten 3 bis 5 werden über bilaterale (zwischenstaatliche) Vereinbarungen verbrieft. Dazu ein paar Beispiele, die primär die 5. Freiheit verkörpern:
  • Dubai --> Bangkok --> Sydney --> Christchurch (4 beteiligte Staaten)
  • Auckland --> Melbourne --> Dubai (3 beteiligte Staaten)
  • Rom --> Athen --> Delhi --> Bangkok --> Hong Kong --> Tokyo (6 beteiligte Staaten)
Diese Routen waren lange Zeit nur als Langstreckenflüge mit Zwischenlandungen wirtschaftlich sinnvoll. Durch die gestiegenen Reichweiten (und die gestiegene Zahl der jährlichen RPK), können solche Routen inzwischen ohne Zwischenlandung weitestgehend wirtschaftlich betrieben werden.

Darüber hinaus existieren noch vier sogenannte „inoffizielle / zusätzliche“ Freiheiten, die im Gegensatz zu den ersten fünf Freiheiten nicht über völkerrechtliche Verträge verbindlich festgelegt sind. Sie sind ebenfalls zu den Transportvereinbarungen zu zählen.

Zusätzliche Freiheiten der Luft:
6. Transport zwischen fremden Staaten (Zwischenlandung im Heimatstaat): (Flugzeug aus A fliegt von B nach A und dann nach C)
Das Recht, Passagiere oder Fracht zwischen zwei Fremden Staaten zu transportieren, wenn eine Zwischenlandung im Heimatstaat erfolgt. Eine modifizierte 6. Freiheit gibt das Recht, Passagiere oder Fracht innerhalb eines fremden Staates zu transportieren, wenn eine Zwischenlandung im Heimatstaat erfolgt. Dies ist zum Beispiel im Verhältnis der USA und Kanada aufgrund der Lage Alaskas relevant.
7. Transport zwischen fremden Staaten (ohne Berührung des Heimatstaates): (Flugzeug aus A fliegt von B nach C)
Das Recht, Passagiere oder Fracht zwischen fremden Staaten zu transportieren ohne Zwischenlandung im Heimatstaat
8. Aufeinanderfolgende Kabotage: (Flugzeug aus A fliegt nach B und transportiert dann innerhalb B)
Das Recht, Passagiere oder Fracht innerhalb eines fremden Staates zu transportieren, wenn der Flug im Heimatstaat beginnt oder endet
9. Unabhängige Kabotage: (Flugzeug aus A fliegt innerhalb B)
Das Recht, Passagiere oder Fracht innerhalb eines fremden Staates zu transportieren ohne Berührung eines weiteren Staates

Die Freiheiten 6 bis 9 sind nicht Teil des Chicagoer Abkommens, sondern werden separat durch Luftverkehrsvereinbarungen (Air Service Agreements) vereinbart.

So zum Beispiel:

6.: z.B.:
Emirates: Hamburg --> Dubai --> Teheran
oder
British Airways: Hamburg --> London Heathrow--> New York (JFK)

7.: z.B.:
Ryanair Point to Point: Hamburg --> Edinburgh
(Ryanair sitzt in Irland, daher sind D & UK fremde Staaten)
Inwiefern diese Verbindung durch den "Brexit" belastet wird, wird sich in naher Zukunft zeigen.

Kabotage (Freiheiten 8 & 9) basiert hauptsächlich in der EU auf entsprechenden Verträgen, die einen offenen Wettbewerb innerhalb der EU (zwischen Fluggesellschaften mit Sitz in der EU) ermöglichen sollen.

Kabotage = Erbringen von Transportdienstleistungen innerhalb eines Landes durch ein ausländisches Verkehrsunternehmen.

Darüber hinaus wird Kabotage auch über Code Sharing Vereinbarungen zwischen Fluggesellschaften ermöglicht, auch wenn die Fluggesellschaften in verschiedenen Staaten sitzen. Ähnlich verhält es sich mit Allianzen von Fluggesellschaften (zum Beispiel Star Alliance, SkyTeam, oneworld). So zum Beispiel zwischen Lufthansa und United Airlines über die Star Alliance.


3.4. Luftfahrtgesetzgebung in Deutschland

In Deutschland werden die Belange der Luftfahrt vom Bund (Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur - BMVI), sowie teilweise von den Ländern wahrgenommen. Grundlage dessen ist das Luftverkehrsgesetz vom 1. August 1922. Das Gesetz hat die Bundesrepublik Deutschland vom Deutschen Reich ("Weimarer Republik") übernommen und seitdem im Deutschen Bundestag über Änderungsgesetze immer wieder modernisiert. Das LuftVG ist jedoch nur Teil der Luftfahrtgesetzgebung in Deutschland.


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Die Systematik erinnert in einigen Bereichen an das Straßenverkehrsrecht (StVG, StVZO, StVO).

Das LuftVG und die damit verbundenen Gesetze und Rechtsverordnungen dienen insbesondere zur Umsetzung von internationalen Abkommen (zum Beispiel Chicagoer Abkommen) in nationales Recht. Das Warschauer Abkommen ist in Deutschland quasi in Abschnitt 2 LuftVG umgesetzt worden. Darüber hinaus werden national die Straf- und Bußgeldvorschriften bei Verstößen geregelt. So etwa die Konsequenzen, wenn ein Luftfahrzeug betrieben wird, dass nicht zugelassen oder rechtswidrig nicht haftpflichtversichert ist.

Auszug aus dem Inhaltsverzeichnis des LuftVG:
1.   Abschnitt: Luftverkehr
1.1 Luftfahrzeuge und Luftfahrtpersonal
1.2 Flugplätze
1.3 Luftfahrtunternehmen und -veranstaltungen
1.4 Verkehrsvorschriften
1.5 Flughafenkoordinierung, Flugsicherung, Flugwetterdienst
1.6 Vorzeitige Besitzeinweisung und Enteignung
1.7 Gemeinsame Vorschriften
2.   Abschnitt: Haftpflicht
2.1 Haftung für Personen und Sachen, die nicht im LFZ befördert werden
2.2 Haftung aus dem Beförderungsvertrag
2.3 Haftung für militärische Luftfahrzeuge
2.4 Gemeinsame Vorschriften für die Haftpflicht
3.    Abschnitt: Straf- und Bußgeldvorschriften

§ 2 Luftverkehrsgesetz (LuftVG)
(1) Deutsche Luftfahrzeuge dürfen nur verkehren, wenn sie zum Luftverkehr zugelassen (Verkehrszulassung) und - soweit es durch Rechtsverordnung vorgeschrieben ist - in das Verzeichnis der deutschen Luftfahrzeuge (Luftfahrzeugrolle) eingetragen sind. Ein Luftfahrzeug wird zum Verkehr nur zugelassen, wenn
  1. das Muster des Luftfahrzeugs zugelassen ist (Musterzulassung),
  2. der Nachweis der Verkehrssicherheit nach der Prüfordnung für Luftfahrtgerät geführt ist,
  3. der Halter des Luftfahrzeugs eine Haftpflichtversicherung zur Deckung der Haftung auf Schadensersatz wegen der Tötung, der Körperverletzung oder der Gesundheitsbeschädigung einer nicht im Luftfahrzeug beförderten Person und der Zerstörung oder der Beschädigung einer nicht im Luftfahrzeug beförderten Sache beim Betrieb eines Luftfahrzeugs nach den Vorschriften dieses Gesetzes und von Verordnungen der Europäischen Union unterhält und
  4. die technische Ausrüstung des Luftfahrzeugs so gestaltet ist, dass das durch seinen Betrieb entstehende Geräusch das nach dem jeweiligen Stand der Technik unvermeidbare Maß nicht übersteigt.


3.5. Bauvorschriften & Zulassung

Schon aus § 2 (1) LuftVG ergibt sich beispielhaft, dass auch Grundlagen für den Bau und die Zulassung im LuftVG geregelt sind. So regelt beispielsweise § 2 LuftVG Grundlagen der Zulassung und in § 2 (1) ist die Haftungsgrundlage für den Halter des Luftfahrzeugs geregelt.

Neben Fragen wie etwa zur Haftung entspringen aber insbesondere Bauvorschriften internationalen (beziehungsweise europäischen) Rechtsquellen, wobei speziell Bauvorschriften weitestgehend international (etwa in einem Vergleich EU zu USA) vergleichbar sind.


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Ein Vergleich der Vorschriften zwischen EASA, JAR und FAA also den aktuellen Vorschriften in Europa, den alten Vorschriften in Europa und den US-amerikanischen Vorschriften, zeigt sehr starke Ähnlichkeiten in Aufbau beziehungsweise Struktur sowie Benennung.

  • CS = Certification Specifications der Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA)
  • JAR = Joint Aviation Regulations der Joint Aviation Administration (JAA)
  • FAR = Federal Aviation Regulations der Federal Aviation Administration (FAA)

Oft kann eine einfache Zahl als Schlagwort für den Fachbereich dienen, wie zum Beispiel:
  • 36 = Fluglärm
  • 147 = Ausbildungsstellen für Instandhaltungspersonal
  • 145 = Instandhaltungsbetriebe
  • etc.

Die Gegenüberstellung in der Abbildung erhebt dabei keinen Anspruch auf Vollständigkeit und Aktualität, sondern soll nur die grundsätzliche Vergleichbarkeit zum Ausdruck bringen.

Zulassungsrechtlich wichtig ist die Unterscheidung zwischen:
  • Musterzulassung (Type Certification): Amtliche Feststellung der Verkehrssicherheit / Lufttüchtigkeit des Musters (Aircraft Type) bezieht sich auf einen Luftfahrzeugtyp
  • Verkehrszulassung: Amtliche Feststellung der Verkehrssicherheit / Luftfahrttauglichkeit des einzelnen Luftfahrzeugs (über Lufttüchtigkeitszeugnis - Airworthiness Certificate)
    • Stückprüfung des einzelnen Luftfahrzeugs
    • Erlaubnis zur Teilnahme am Luftverkehr

  • Halter einer Musterzulassung:
    • Zivil: Entwicklungsbetrieb, der das Muster entwickelt (z.B. Airbus)
    • Militärisch: In Deutschland die Bundeswehr, vertreten durch den Nutzungsleiter für ein Muster z.B. Eurofighter Typhoon, Airbus A400M, Transall C-160, NH90, etc.
  • Haftungsverantwortung (für Schäden im Betrieb):
    • Zivil: Der Halter (nicht notwendigerweise der Eigentümer - z.B. Leasing) braucht deshalb für die Betriebserlaubnis des Luftfahrzeugs einen Versicherungsnachweis nach § 3 LuftVG 
    • Militärisch: Der Nutzungsleiter, als Verantwortlicher für den sicheren Betrieb und Repräsentant des Staates als Eigentümer / Halter (Globalhaftung des Staates)

Bauvorschriften (Auswahl):
  • Federal Aviation Regulations (FAR)
    • Sind die Bauvorschriften der USA, erlassen von der FAA
    • Erweitert um Advisory Circulars (ACs) der FAA
    • Z.B. Part 25 als Zulassungsvorschriftswerk für "Transport Category Airplanes"
  • EASA Certification Specifications (CS)
    • Sind die Bauvorschriften der EASA
    • Joint Aviation Requirements (JARs) als Vorgänger aus Zeit vor europäischer Harmonisierung (JAA als quasi-Vorgänger der EASA) zum Großteil übernommen
    • Z.B. CS-25 als Zulassungsvorschriftswerk für Großflugzeuge ("Large Aeroplanes")
  • United States Military Standards (MIL-STD)
  • DIN / ISO / EN Standards
  • Luftfahrt-Normen (LN)
  • Requirements and Technical Concepts for Aviation (RTCA)
  • SAE Aerospace Recommended Practice (ARP)

Diese Vorschriften beinhalten Anweisungen und Mindestanforderungen (zum Beispiel an Flugperformance und Strukturauslegung), die ein Flugzeug zu erfüllen hat, um den sicheren technischen Betrieb zu gewährleisten. Entsprechendes gilt auch für Geräte wie etwa Klimaanlagen für Luftfahrzeuge.

Beispiel: Certification Specifications for Large Aeroplanes (CS-25) der EASA

Book 1 - Airworthiness Code
  • Subpart A - General
  • Subpart B - Flight
  • Subpart C - Structure
  • Subpart D - Design and Construction
  • Subpart E - Powerplant
  • Subpart F - Equipment
  • Subpart G - Operating Limitations and Information
  • Subpart J - Gas Turbine Auxiliary Power Unit Installation

Book 2 - Acceptable Means of Compliance

Anerkannte Nachweisarten werden über MoC-Code unterschieden.

Zum Beispiel:
  • MC2: Calculation / Analysis. Reports for the evaluation of loads, strength, performance, flying qualities, or other characteristics.
  • MC3: Safety assessment. Documents describing safety analysis philosophy and methods, safety evaluation plans (software), system safety assessment, zonal safety assessment, and others.
  • MC6: Flight tests. Reports of flight tests written in the “Flight Test Program” and performed by a flight test crew.
  • MC7: Inspections. Conformity inspections to verify that materials, parts, processes, and fabrication procedures conform to the type design. Aircraft inspection to verify the compliance with the requirement, which cannot be determined adequately from evaluation of technical data only.


4. Sicherheit & Lufttüchtigkeit

Die überwältigende Mehrheit der Flugbewegungen führt aber natürlich letztlich zu einer safe landing.


Mit dem Thema Sicherheit und Lufttüchtigkeit folgt eine weitere Auseinandersetzung auch im Rahmen von Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme sowie insbesondere in Modul B1 - Regulative Grundlagen Luftfahrtzertifizierung.

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Von technischer Perspektive sind die Begriffe funktionale Sicherheit, Flugsicherheit (Aviation Safety), Zuverlässigkeit und Lufttüchtigkeit eng miteinander verknüpft. Davon zu differenzieren ist der Begriff der Luftsicherheit (Aviation Security). Zu den Unterschieden und Definitionen später mehr.

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Sicherheit und Lufttüchtigkeit gehen "uns alle" an. Sie sind als einer der Kernaspekte des Lufttransportsystems von hoher Relevanz für Kunden, für die Politik beziehungsweise hinsichtlich der regulatorischen Vorgaben, sowie weitere Luftfahrtstakeholder.


4.1. Sicherheitsbegriff

  • Luftsicherheit (Aviation Security): Äußere Gefahren durch Einwirkung Dritter
    • Missbrauch des Luftfahrzeugs als Waffe
    • Einwirkung auf Luftfahrzeug von außen - etwa mit Waffen (z.B. Boden-Luft-Raketen) oder gefährlichen Werkzeugen (z.B. starken Laserpointern, die die Piloten blenden)
    • Angriff auf Passagiere / Besatzung (z.B. Geiselnahme)
    • etc.
  • Flugsicherheit (Aviation Safety): Betriebliche & technische Gefahren
    • Triebwerksdefekt
    • Defekt am Fahrwerk
    • Defekt an der primären Flugsteuerung (z.B. Querruder)
    • Irrtum des Piloten oder Lotsen
    • etc.

Die Luftfahrt ist ein fragiles System. Störungen des Luftverkehrs durch Sicherheitsprobleme können dazu führen, dass
  • Fluggesellschaften durch starken Rückgang von Passagierzahlen in finanzielle Schwierigkeiten geraten (es gibt behördliche Vorgaben zur finanziellen Absicherung)
  • Behörden den Luftraum sperren / Flugzeuge "grounden"
  • Versicherer Policen (z.B. gegen Krieg, Terror, sonstige betriebliche Absicherungen) kündigen bzw. Versicherungsprämien teurer werden oder bestimmte Leistungen nicht mehr versichert werden

Absolute Sicherheit existiert nicht.
Hinsichtlich der funktionalen Sicherheit und Zuverlässigkeit gilt über die Flugsicherheit hinaus ganz grundsätzlich:
  • Jedes technische oder biologische System kann ausfallen
  • Jedes technische oder biologische System ist ein Kompromiss aus sich widersprechenden Forderungen in Bezug auf Sicherheit & Effizienz.

Luftsicherheit

Prominentestes Beispiel für die Frage der Luftsicherheit ist wohl "9/11". Die Entführung von vier Passagierflugzeugen mit dem Ziel, diese als Waffe gegen Bodenziele einzusetzen. Der massive, selbstmörderische Einsatz von Verkehrsflugzeugen als Waffe gegen Bodenziele war bis dahin ein nie dagewesener Aspekt der Luftsicherheit, auch wenn es zuvor schon Flugzeugentführungen gab (zum Beispiel Entführung der Lufthansa Maschine "Landshut" durch die Terroristen der sogenannten RAF). Während Terroristen wie die Anhänger der RAF mit Entführungen von Flugzeugen bis dahin oft politische Ziele wie Erpressungen beziehungsweise die Freilassung Krimineller erzielen wollten, war der selbstmörderische Aspekt der "fliegenden Bomben" am 11. September 2001 neu.

Seitdem eingeführte Sicherheitsmaßnahmen:
  • Verschärfte Passagierkontrollen
  • Verriegelung und Verstärkung der Cockpit-Tür
  • Einsatz von „Air Marshalls“
  • Verschärfte Kontrollen von Personal in sicherheitskritischen Bereichen
  • In den USA: Gründung des Department of Homeland Security, um Justizministerium, das sonst Strafverfolgung (etwa über FBI als Strafverfolgungsbehörde des Bundes) organisierte, bei der Terrorabwehr beizustehen

Flugsicherheit

In Abgrenzung von der Luftsicherheit (Aviation Security) als taktischem und sicherheitspolitischem Begriff ist die Flugsicherheit (Aviation Safety) ein technischer Begriff. Bei technischen Systemen muss der Ingenieur einen akzeptablen Kompromiss zwischen Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit finden, der als Lufttüchtigkeit (Airworthiness) bezeichnet wird.

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Definition von Lufttüchtigkeit:
„Der annehmbare Sicherheitsstandard eines Flugzeugs, entworfen und gebaut übereinstimmend mit den entsprechenden Anforderungen, betrieben in der vorgesehenen Umgebung und innerhalb seiner quantifizierten und vorbestimmten Grenzen, sowie gewartet in Einklang mit den von der verantwortlichen Behörde vorgesehenen Verfahren.“

Verkehrssicherheit
  • Beschreibt die Eigenschaft, dass ein Luftfahrzeug im Luftverkehr sicher betrieben werden kann, d.h. ohne Gefährdung anderer Teilnehmer in der Luft, am Boden oder auf dem Wasser
  • Verkehrssicherheit ist für Luftfahrzeuge (Flugzeuge, Hubschrauber, etc.) nachzuweisen

Luftfahrttauglichkeit
  • Beschreibt die Eigenschaft, dass ein Luftfahrtgerät (System oder Gerät) den sicheren Betrieb des Luftfahrzeugs im Luftverkehr gewährleistet.
  • Luftfahrtauglichkeit ist für Luftfahrtgeräte (z.B. Zelle, Antrieb, Basisausrüstung, etc.) nachzuweisen.

Luftfahrtverträglichkeit
  • Beschreibt die Eigenschaft, dass Zusatzausrüstung (z.B. Waffenanlagen, Missionsgerät, Versuchsausrüstung), die zum verkehrssicheren Betrieb nicht benötigt wird, diesen nicht beeinträchtigt.
  • Luftfahrtverträglichkeit ist für Zusatzausrüstung (z.B. Waffenanlagen, Versuchsausrüstung, etc.) nachzuweisen.


4.2. Risiko, Wahrscheinlichkeit, Zuverlässigkeit, Auswirkung

Die Philosophie der Sicherheit im Luftverkehr beruht auf Überlegungen zur Ausfallwahrscheinlichkeit beziehungsweise zum Risiko.

Risiko Flugreise?

Alle Menschen sterben früher oder später. Das Risiko zu sterben muss also auf einen Zeithorizont bezogen werden. Sinnvoll ist die Bemessung des Sterberisikos an der Wahrscheinlichkeit, binnen einer Stunde zu sterben, die Wahrscheinlichkeit des Todes pro Stunde. Dieser ist selbstverständlich vom Alter abhängig. Neugeborene und hochaltrige Menschen haben im Durchschnitt eine höhere Wahrscheinlichkeit des Todes pro Stunde.

Für Personen bis zu einem Lebensalter von etwa 52 Jahren liegt die Wahrscheinlichkeit des Todes pro Stunde bei unter 1*10^-6 (= < 0,0001%) also unter 1 : 1 Million. Für die Flugsicherheit wählt man grob gesagt den Ansatz, dass man die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines tödlichen Flugunfalls bei einem konkreten Flugzeug innerhalb der nächsten Stunde unterhalb von 1*10^-7 (= < 0,00001%) also unter 1 : 10 Millionen halten möchte. Das heißt, dass ein Mensch in diesem Flugzeug mitfliegen könnte, und statistisch gesehen nach einem gesamten Leben in diesem Flugzeug nach etwa 1141 Jahren mit dem ersten tödlichen Flugunfall zu rechnen hätte. Es könnten also ein Dutzend Personen ihr gesamtes Leben - Tag und Nacht, 365 Tage im Jahr, vom Säugling bis zum Greis - in einem Flugzeug verbringen und höchstens einer von ihnen wird voraussichtlich bei einem Flugunfall sein Leben lassen müssen. Auch wer also in seinem Leben 1000 Flugstunden reist, kommt nur mit einer Wahrscheinlichkeit von unter einem hundertstel Prozent (0,001%) durch einen Flugunfall ums Leben.

Seit dem Jahr 2002 gab es daher kein Jahr mehr, in dem mehr als 1000 Menschen weltweit in der kommerziellen Luftfahrt ums Leben gekommen sind - bei seit dem Jahr 2002 weltweit mehr als anderthalb Milliarden und seit dem Jahr 2014 weltweit über 3 Milliarden Passagieren und Crewmitgliedern im jeweiligen Jahr. In den 1970er Jahren lag die Zahl der jährlichen Todesfälle in der kommerziellen Luftfahrt noch etwa doppelt so hoch wie heute (in absoluten Zahlen wohlgemerkt). Seitdem hat sich das Passagieraufkommen mehr als versechsfacht. Die Luftfahrt ist in den letzten etwa vier Jahrzehnten also mehr als 12 mal so sicher geworden wie zuvor.

In der Luftfahrt lassen sich also hinsichtlich der zeitlichen Entwicklung ähnliche Beobachtungen treffen wie im Straßenverkehr, wo sich in den vergangenen Jahrzehnten die absolute Anzahl der Verkehrstoten trotz Bevölkerungswachstums in Deutschland mehr als halbiert hat und die Anzahl der Verkehrstoten gemessen an der Anzahl der Fahrzeugkilometer heutzutage (2020) sogar nur noch etwa ein Siebtel des Wertes aus dem Jahr 1980 beträgt.

Klassifizierung von Wahrscheinlichkeiten

Wahrscheinlichkeit und Zuverlässigkeit gehen hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit eines Versagens miteinander einher.

Es haben sich einschlägige Normen zu diesem Thema entwickelt:
  • Zuverlässigkeit nach FAR / Advisory Circular §1309: Wahrscheinlichkeit der Fehlerklasse
  • SAE/ARP4754, RTCA DO-178C: System Development Assurance / Qualität der Softwareentwicklung 

Der Eintritt eines Ereignisses pro Flugstunde oder Flugbewegung lässt sich daher in Wahrscheinlichkeitsklassen einteilen. Mit den Wahrscheinlichkeitsklassen sind Auswirkungen verknüpft. Je schwerwiegender eine mögliche Auswirkung eines Ereignisses ist, desto unwahrscheinlicher muss das Eintreten des Fehlers sein. Eine Auswirkung darf nie wahrscheinlicher eintreten als ihre jeweilige Wahrscheinlichkeitsklasse. Andernfalls wäre das Risiko als nicht akzeptabel zu werten.

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Anschaulicher wird dies wenn man die Effekte auf Luftfahrzeug, Besatzung oder Passagiere betrachtet und daraus zulässige Wahrscheinlichkeiten und Fehler klassifiziert.


4.3. Worauf sind Flugunfälle zurückzuführen?

Mit welchen Flugzeugen?

Zum einen lässt sich beobachten, dass die Anzahl der Flugzeugtotalverluste pro 1 Million Flugbewegungen stark vom Flugzeugmuster abhängt. Es gibt also in der kommerziellen Luftfahrt definitiv sichere und weniger sichere Flugzeuge. Die gute Nachricht ist: Für Sie als Flugpassagier ist es trotzdem fast egal, in welches Flugzeugmuster Sie einsteigen, denn: Alle größeren Flugzeugmuster mit einer Totalverlustrate von mehr als 1 : 460000 (= 0,000217%) sind vollständig ausgemustert oder weltweit kaum noch als Passagierflugzeug in Betrieb.

Und es wird noch besser: Die am weitesten verbreiteten Baureihen von Verkehrsflugzeugen weisen allesamt Totalverlustraten von höchstens 1 : 3 Millionen (= 0,0000333%) auf. Und dies sind lediglich die Zahlen für Totalverluste im Sinne von Totalschäden am Luftfahrzeug. Nicht bei allen Totalschäden am Luftfahrzeug kommen auch Passagiere ums Leben.

In welcher Flugphase?

Während bei einem Flug von anderthalb Stunden Flugdauer (zum Beispiel Hamburg - Norditalien, Hamburg - Edinburgh oder Hamburg - Oslo) etwa 57% der Flugdauer auf den Reiseflug (Cruise) entfällt, ereignen sich während des Reiseflugs nur etwa 11% der Flugunfälle mit Todesfolge und etwa 21% der Todesfälle an Bord.

Im Gegensatz dazu ereignen sich etwa 22% aller Flugunfälle mit Todesfolge während der Landung, die nur etwa 1% der Flugdauer ausmacht. Da bei Flugunfällen während der Landung anders als im Reiseflug oft viele Passagiere überleben, beträgt der Anteil der sich an Bord ereignenden Todesfälle, der auf die Landung entfällt, immerhin nur etwa 15%.

Absolute Maxima sind im Diagramm rot markiert, während relative Maxima (gemessen am Anteil an der Flugdauer), die nicht zugleich auch absolute Maxima sind, orange markiert sind.

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Auffällig ist die hohe Anzahl der sich insgesamt an Bord ereignenden Todesfälle während des Voranflugs (Initial Approach) mit etwa 18% bei etwa 13% der Flugunfälle mit Todesfolge und immerhin etwa 12% Anteil an der Flugdauer.

Man könnte also sagen, wenn der unwahrscheinliche Fall eintritt, dass man an Bord eines Flugzeugs stirbt, dann zwar wahrscheinlich während des Reisefluges, jedoch wenn man an Bord eines Flugzeugs ist, das in einen tödlichen Flugunfall verwickelt wird, dann geschieht dies wahrscheinlich während der Landung. Auch auf die kurzen Phasen von Start und erstem Steigsegment (Takeoff & Initial Climb) entfallen überproportional viele tödliche Flugunfälle und Todesfälle an Bord. Hinsichtlich der relativen Zahlen ist die Landung in jedem Fall der risikoreichste Flugabschnitt.

Auf welche Ursache (phänomenologisch)?

Hier sagt ein Bild mehr als tausend Worte.

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Der Mensch ist damit Fehlerquelle Nummer eins im Luftverkehr. Der hervorstechende Anteil der Flugunfälle, die primär auf die Besatzung zurückzuführen sind, ist jedoch auch vor dem Hintergrund zu sehen, dass Flugunfälle oft multikausal sind, da verschiedene Prozesse und Umstände zum Unfallgeschehen beitragen (so lässt sich etwa ein falscher Umgang mit dem ungewöhnlichen Verhalten eines Flugzeugs bei schlechtem Wetter auf mangelnde Erfahrung / Befähigung der Besatzung, das Flugzeug (beziehungsweise dessen Entwickler) oder das Wetter zurückführen).

In welcher Region?

Fast die Hälfte aller weltweiten Starts entfällt in den letzten Jahrzehnten auf Nordamerika. Ebenfalls ein verhältnismäßig großer Anteil der Starts findet in Europa oder in der Region Asien & Australien statt.

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Der Anteil der weltweiten Flugunfälle, der auf Nordamerika entfällt, ist nicht einmal halb so groß, wie der Anteil an den Starts. In absoluten Zahlen geschehen die meisten Flugunfälle in der Region Asien & Australien. Auffällig ist jedoch insbesondere der im Vergleich zum Anteil an den weltweiten Starts fast sechsmal so hohe Anteil an den Flugunfällen, der auf Afrika entfällt. Auch in Süd- & Mittelamerika ist der Anteil an den weltweiten Flugunfällen deutlich höher als der Anteil an den weltweiten Starts. Im Rahmen der erhobenen Daten ließe sich also sagen, dass die Luftfahrt in Nordamerika und Europa überdurchschnittlich sicher und in den übrigen erfassten Regionen unterdurchschnittlich sicher ist. Es lässt sich insgesamt eine Korrelation zwischen hohem durchschnittlichen pro Kopf Einkommen und wenigen Flugunfällen im Vergleich zum Anteil an den weltweiten Starts beziehungsweise niedrigem durchschnittlichen pro Kopf Einkommen und häufigeren Flugunfällen im Vergleich zum Anteil an den weltweiten Starts in Bezug auf die Regionen beobachten.


4.4. Typische Formen von Flugunfällen

Betrachtet man das Unfallgeschehen unabhängig von Fragen wie Flugzeugtyp, Flugphase und Region detaillierter in Bezug auf die Unfallursachen hinsichtlich der entscheidenden Phänomene, die zum Unfallgeschehen beitragen, so lassen sich einige typische Ereignisse / Prozesse erkennen, die typischerweise zu Flugunfällen (Accidents) oder zumindest zu erheblichen Zwischenfällen / Betriebsstörungen (Incidents) führen. Einige Vorkommnisse seien daher beispielhaft erwähnt.

Controlled Flight into Terrain (CFIT)

Viele Flugunfälle lassen sich unter den Begriff Controlled Flight into Terrain subsummieren

  • Etwa 50% aller tödlichen Flugunfälle fallen unter CFIT
  • CFIT bedeutet nicht zwingend das absichtliche Herbeiführen eines Flugunfalls, sondern:
    • Das Flugzeug ist bis zum Aufprall flugtechnisch unter Kontrolle, jedoch in der Regel navigatorisch nicht unter Kontrolle
    • Die CFIT-Situation ist nicht ausschließlich mit einem Versagen der Besatzung gleichzusetzen, oft beginnt sie mit missverständlicher Information „von außen“
  • Eine Analyse von CFIT-Unfällen ergab:
    • Bei etwa 11 von 12 Unfällen war die ATC (Air Traffic Control) involviert
    • Nur in etwa einem von 100 Fällen handelte der Pilot entgegen der Instruktionen

Durch technische Maßnahmen kann das Risiko verringert werden. So etwa durch entsprechende Radio-Altimeter oder Systeme, die als Ground Collision Avoidance System (GCAS) oder Terrain Collision Avoidance System (TCAS oder mit integrierter Verkehrswarnung (Traffic) auch T2CAS) bezeichnet werden. Abgesehen davon sind natürlich die Erfahrung der Besatzung, die Kenntnisse über das zu durchfliegende Gelände und die Kommunikation entscheidend.

Vogelschlag

Vogelschlag (Bird Strike) bezeichnet in der Luftfahrt den Zusammenprall eines Luftfahrzeugs mit einem Vogel oder mehreren Vögeln.

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Das Problem Vogelschlag ist von hoher Relevanz:
  • Starke Zunahme an Vogelschlagereignissen während der letzten Jahre
  • Weltweiter Schaden von mehreren hundert Millionen € pro Jahr
  • Wachstum der Vogelpopulationen in einigen Regionen aufgrund zunehmend gemäßigter Winter

Effekte und Risiken
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Das Phänomen Vogelschlag betrifft nicht ausschließlich die Luftfahrt, sondern auch Kraftfahrzeuge und Züge. Sicherheitsrelevant ist Vogelschlag dort jedoch zumeist nur, wenn ein Aufprall auf die Windschutzscheibe erfolgt, sodass die Sicht behindert oder dahinter befindliche Personen verletzt werden können. Letzteres ist durch Verbundglastechnik beziehungsweise Sicherheitsglas heutzutage nur selten der Fall. Zudem handelt es sich bei den bodennah fliegenden Vögeln, die dort von Relevanz sind, oft um kleinere Vögel, die bei moderaten Geschwindigkeiten (sowohl des Fahrzeugs als auch des Vogels und damit moderaten Relativgeschwindigkeiten) auf das Fahrzeug prallen, weshalb Personenschäden vergleichsweise selten sind.

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Vogelschlag ist an Luftfahrzeugen zumeist dann gefährlich, wenn der Cockpitbereich, die Triebwerke oder deren Schmier- / Kühlsysteme oder aber das Fahrwerk betroffen sind. Vereinzelt kommen auch Beschädigungen an Systemen innerhalb von Tragflügeln durch Vogelschlag vor. Neben dem Ort der Kollision am Luftfahrzeug und der strukturellen Stärke im Aufprallbereich spielen auch der Aufprallwinkel und die Aufprallenergie (Masse des Vogels und Relativgeschwindigkeit zwischen Vogel und Flugzeug) eine Rolle.

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Der wohl typischste Fall ist der des Vogelschlags am Triebwerk. Betroffen davon sind verschiedenste Luftfahrzeugmuster, die mit verschiedensten Vogelarten kollidieren. So etwa mit Tauben, Staren oder Gänsen. Nur selten handelt es sich um Greifvögel. Dass der F-16 ein Falke oder dem UH-60 ein Habicht zum Opfer wird, wäre also ein ausgesprochener Zufall einer Kollision von Luftfahrzeug und Namenspatron.

Vielmehr werden inzwischen vermehrt Falkner eingesetzt, die Falken, Habichte oder andere Greifvögel kontrolliert auf Flugplätzen "ausführen", um andere Wildvögel von den Flugbetriebsflächen fern zu halten.

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Oft ist ein Vogelschlag an einem Triebwerk durch beschädigte Triebwerkschaufeln gut zu erkennen (zumindest ab einer gewissen Größe des eingesaugten Vogels). Die offensichtlichen Schäden an Triebwerken sind jedoch aus technischer Sicht oft nicht die Hauptschäden. Die Zerstörung im Innern des "Engine Core" - insbesondere an den Verdichterschaufeln - stellen oft den Hauptschaden am Triebwerk dar und können zum Totalausfall des Triebwerks führen.

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Neu zuzulassende Triebwerke werden inzwischen darauf getestet, ob sie das Einsaugen eines Vogels bis zu einer gewissen Größe des Vogels überstehen. Die Vögel werden solchen Tests selbstverständlich im bereits totem Zustand zugeführt. Das Treibwerk muss dabei nach dem Vogelschlag nicht zwingend weiter Schub liefern können, jedoch dürfen keine Folgeschäden entstehen und das Triebwerk muss nach dem Vogelschlag kontrolliert abzuschalten sein.

Auch heute noch sollte das von Vogelschlag ausgehende Risiko jedoch trotz der Tests von Triebwerken auf deren Robustheit gegen Vogelschlag keineswegs unterschätzt werden. Ist nur ein Triebwerk vorhanden, so kann auch bei einem sicheren Abschalten des Triebwerks ohne Folgeschäden am Flugzeug aufgrund des fehlenden Schubs eine kritische Situation entstehen - insbesondere in einem frühen Abschnitt der Steigphase eines Flugzeugs. Die Gefahr von Triebwerksschäden gilt ähnlich auch für Helikopter und deren Triebwerke und Rotoren. Hier kommt insbesondere den Rotorblättern eine erhöhte Bedeutung zu.

Auch bei mehrmotorigen Flugzeugen kann es zum Verlust des gesamten Schubs kommen, wenn den unwahrscheinliche Fall eintritt, dass alle Triebwerke nahezu zeitgleich einen hinreichend schweren Vogelschlag erleiden, dass jedes einzelne Triebwerk abgeschaltet werden muss. So geschah dies etwa am 15.01.2009 (US Airways Flight 1549). Der Zwischenfall, bei dem Captain Sullenberger den Airbus A320 mit 155 Personen an Bord erfolgreich auf dem Hudson River in New York notwasserte ist umfangreich dokumentiert und nicht nur anhand der Live-Bilder nachvollziehbar, sondern auch basierend auf den tatsächlichen Ereignissen als Spielfilm verfilmt worden.

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Dokumentation & Gegenmaßnahmen
Die Erfassung von Vogelschlagereignissen ist ein wichtiger Ausgangspunkt, um zielgerichtete Gegenmaßnahmen treffen zu können.
  • National: Deutscher Ausschuss zur Verhütung von Vogelschlägen im Luftverkehr e.V. (DAVVL e.V.)
  • International: ICAO IBIS (International Bird Strike Information System), International Bird Strike
     Committee     (IBSC)
  • Problematisch: Keine vereinheitlichten & verpflichtenden Meldeverfahren von Vogelschlagereignissen

Als Gegenmaßnahmen kommen neben robusten Triebwerken (passive Sicherheit) auch aktive Sicherheitsmaßnahmen in Frage:
Problemfeld Flughafen
  • Etwa 70% aller Vogelschlagereignisse ereignen sich auf dem Flugplatzgelände während des An- / Abfluges unter 150 m GND (weniger als 150 m über dem Boden)
  • Biotopmanagement: Kontrollierte Bewirtschaftung des Flugplatzgeländes (hohes Gras, Trockenlegung, Vermeidung von Düngung etc.)
  • Bird Control: Aktive Vergrämung von Vögeln, z.B. durch pyroakustische Munition, Behausung von Füchsen, Vergrämungsabschüsse (wichtig: Keine Behinderung / Gefährdung des operationellen Flugbetriebs)


4.5. Weitere Aspekte der Flugsicherheit

Sicherheit muss organisiert und institutionalisiert werden.

Dazu benötigt man:
  • Eine unabhängige Aufsichtsbehörde (z.B. Luftfahrtbundesamt in Deutschland)
  • Qualitätsmanagement im luftfahrttechnischen Betrieb
  • Sicherheitsbewusstsein im Management

Eine erfolgreiche Umsetzung von Sicherheitsaspekten lässt sich über Analysen und Statistiken erfassen. Über ein „Incident Reporting System“  kann Wissen geschaffen und darauf aufbauend über die Unfallverhütung die Zahl der Unfälle verringert werden. In komplexen Systemen sind die Nahtstellen kritisch (zum Beispiel Mensch - Maschine; Pilot - Lotse / Controller).

Flugsicherheit am Boden

Flugsicherheit ist nicht nur eine Frage des Luftraums. Auch am Boden kann es krachen...
Teuer wurde zum Beispiel die Kollision eines Airbus A350-900 XWB mit einer geparkten Boeing 787-8 "Dreamliner" am 30.04.2020 auf dem Hamad International Airport. Zwar kam niemand ums Leben, aber zwei nahezu fabrikneue Flugzeuge wurden beschädigt, was mit signifikanten Reparaturkosten beziehungsweise hohem Wertverlust verbunden war. 

Ramp Check

Unangemeldete Vorfeldkontrolle eines Luftfahrzeugs auf seine technische und flugbetriebliche Sicherheit. Die Prüfinhalte dieser Inspektionen stammen aus dem JAA-SAFA-Verfahren (SAFA = Safety Assessment of Foreign Aircraft).

Beispiel:
Am 23.04.2005 kippte während des Anrollens ein Passagierflugzeug mit dem Rumpfheck auf den Boden. Der Start wurde abgebrochen.
Grund: Die Sitzanordnung der Passagiere stimmte nicht mit dem „Loadsheet“ überein.
Folge: LBA-Empfehlung Nr. 07/2005 - Das Luftfahrt-Bundesamt sollte eine verstärkte Überprüfung der Beladung bei Flugzeugen durchführen. Beim Ramp-Check wird nun besonders auf den Inspektionspunkt „Weight & Balance" geachtet.

Die Anzahl der Ramp Checks lag zu Beginn des Jahrtausends bei etwa 1000 pro Jahr.

Incident Reporting System

Da sich Unfälle selten aus heiterem Himmel ereignen und jedem Unfall (Accident) etwa 360 schwere Störungen (Incidents) gegenüberstehen, wäre ein Incident Reporting System die logische Konsequenz.

Ziel: Die Analyse von schweren Störungen soll zur Vermeidung von Unfällen führen

  • Ein Incident Reporting System muss vertraulich sein
  • Angaben müssen geschützt werden & dürfen nicht identifizierbar sein
  • Pilotenreports müssen ohne Sanktionen bleiben
  • Ein Incident Reporting System muss von einem „ehrlichen Mittler“ betreut werden
  • Konsequenzen müssen sorgfältig überlegt werden
  • Die Datensammlung & -analyse sollte unabhängig von der Regulierungsbehörde erfolgen
  • Die Fluggesellschaften sollten eine „Sicherheits-Kultur“ wollen
  • Das System muss flexibel bleiben & darf nicht in bürokratische Regulierung abgleiten.


5. Fluggerät (Einführung)

Dieses Kapitel bietet eine Einführung in das Thema Fluggerät.

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Dieses Kapitel gibt lediglich eine kurze Einführung in das Thema Fluggerät und ordnet das Fluggerät im Zusammenhang zum Lufttransportsystem ein. Eine detailliertere Auseinandersetzung mit Themen zum Fluggerät findet in speziellen dafür vorgesehenen Kapiteln (insbesondere Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme) oder Modulen statt.

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Das Fluggerät beziehungsweise das Flugzeug ist das zentrale Element des Lufttransportsystems. Deshalb wird diesem hier bereits eine umfassende Einführung gewidmet.


5.1. Systematik der Fluggeräte / Luftfahrzeuge

Kurze Wiederholung zu Nomenklatur und Systematik aus 2.0.1:

Die Begriffe Luftfahrzeug und Fluggerät (= Aircraft) sind hier weitestgehend synonym (gleichbedeutend) zu verstehen. Sie bezeichnen für gewöhnlich praktisch alle Geräte beziehungsweise technischen Konstruktionen, die zum Fliegen beziehungsweise zur Bewegung im Luftraum vorgesehen sind. Neben Flugzeugen (Airplane / Aeroplane oder fixed-wing aircraft) gibt es also noch andere Luftfahrzeuge oder Fluggeräte. Zwar sind alle Flugzeuge Luftfahrzeuge - aber nicht alle Luftfahrzeuge sind auch Flugzeuge (zum Beispiel sind Helikopter zwar Luftfahrzeuge aber keine Flugzeuge). Flugzeuge sind also - mit den Begriffen von Logik beziehungsweise Mengenlehre ausgedrückt - eine sogenannte (echte) Teilmenge der Luftfahrzeuge.

Ausgeklammert aus der Menge der Luftfahrzeuge werden dabei oft Raumfahrzeuge und Flugkörper, die zwar nach manch einer Definition zu den Fluggeräten gezählt werden können, jedoch technisch nicht als Luftfahrzeuge zu werten sind, da sie sich ohne Auftriebserzeugung im Raum bewegen können beziehungsweise keine Atmosphäre zum Fliegen brauchen.

So können beispielsweise die Raumfähren ("Space Shuttles") der NASA im Luftraum wie Flugzeuge fliegen, sich jedoch auch jenseits des Luftraums (also im Weltraum) ohne Auftriebserzeugung beziehungsweise ohne Vorhandensein einer Atmosphäre bewegen. Diese Fähigkeit war im Zeitalter der Space Shuttles ein großer Sprung für die bemannte Raumfahrt.


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Der Gesetzgeber hat sich in Deutschland dafür entschieden, im Luftverkehrsgesetz (LuftVG) festzuschreiben, dass alle Formen von Fluggeräten als Luftfahrzeuge gelten, wenn sie sich im Luftraum aufhalten. Das heißt, dass etwa ein Fluggerät, das technisch als Raumfahrzeug zu bezeichnen ist, trotzdem als Luftfahrzeug gilt, wenn es sich im Luftraum aufhält. Unterschieden wird jedoch nach der Dichte des Objektes beziehungsweise nach der Art der Auftriebserzeugung sowie des Antriebs. Da die Einteilung im deutschen wie im englischen Sprachraum weitestgehend identisch ist, sind die üblichen Begriffe teilweise zweisprachig aufgeführt.

Luftfahrzeuge (Aircraft) sind rechtlich eingeteilt in:
  • Luftfahrzeuge leichter als Luft - Aircraft lighter than Air (geringere Dichte als Luft - Aerostat) fliegen aufgrund des statischen Auftriebs (vergleichbar mit dem Schwimmen in Wasser)
    • Ohne Kraftantrieb (Unpowered Aircraft lighter than Air) - (z.B. Heißluftballon - Balloon)
    • Mit Kraftantrieb (Powered Aircraft lighter than Air) - (z.B. Luftschiff ("Zeppelin") - Airship)
  • Luftfahrzeuge schwerer als Luft - Aircraft heavier than Air (höhere Dichte als Luft - Aerodyne) fliegen aufgrund des dynamischen Auftriebs (dazu muss sich eine auftriebserzeugende Oberfläche durch die Luft bewegen wie beispielsweise der Tragflügel eines Flugzeugs) oder ohne statischen oder dynamischen Auftrieb (ballistisches Prinzip wie etwa bei Raketen)
    • Ohne Kraftantrieb (Unpowered Aircraft heavier than Air) - (z.B. Segelflugzeug - Glider)
    • Mit Kraftantrieb (Powered Aircraft heavier than Air) - (z.B. Drehflügler - Rotorcraft (= Helikopter, "Gyrocopter", etc.), Flugzeug mit Strahltriebwerk (= Jet), Propellerflugzeug, Rakete)

Ein Flugzeug ist ein Luftfahrzeug schwerer als Luft, das den Auftrieb, um zu fliegen durch Tragflügel erzeugt, die von Luft umströmt werden (eine Form der Erzeugung dynamischen Auftriebs). Das heißt, dass ein Helikopter oder ein Heißluftballon zwar ein Luftfahrzeug ist, aber nicht in der Gruppe der Flugzeuge fällt. Ein Helikopter erzeugt den Auftrieb zwar auch dynamisch, jedoch nicht an Tragflügeln, sondern an Rotorblättern. Ein Heißluftballon beruht wie auch die meisten schwimmenden Körper auf dem Prinzip des statischen Auftriebs. Daher sind Flugzeuge also eine echte Teilmenge der Luftfahrzeuge. Auf die technischen Details von Fluggeräten (und insbesondere Flugzeugen als weit verbreiteter Konstruktionsform von Luftfahrzeugen schwerer als Luft) und deren Systeme wird wie angekündigt in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme detailliert eingegangen. Wie Fluggeräte über die Zeit den Lufttransport geprägt haben und wie sie mit der Transportaufgabe in Verbindung stehen und welche Charakteristika hinsichtlich Masse, Struktur, etc. bestehen, sei hier jedoch kurz umrissen.

Der Grund, weshalb - für luftfahrttechnische Laien wie auch für viele Fachleute - das Flugzeug als typischer Repräsentant aus der Menge der Fluggeräte gelten darf, ist, dass sich Flugzeuge im Vergleich zu anderen Fluggeräten besonders gut dazu eignen, Personen oder Material über längere Strecken zu transportieren. Dies begründet sich aus dem im Vergleich zu anderen Fluggeräten günstigen Energiehaushalt bei Flugzeugen für den Transport über längere Strecken. Kaum jemand würde es ernsthaft für praktikabel halten, Menschen oder Material mit einer Rakete über einen Ozean zu transportieren... ...jedenfalls erscheint es beim heutigen Stand der Technik wirtschaftlich und energetisch wenig sinnvoll im Vergleich zum Lufttransport per Flugzeug. Dass das Flugzeug nach dem jeweiligen Stand der Technik jedoch nicht immer das Luftfahrzeug der Wahl für Langstreckenflüge war, wird im Exkurs zur Historie noch gezeigt.

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Moderne Verkehrsflugzeuge wie der Airbus A350 XWB sind darauf optimiert, lange Strecken mit hoher Geschwindigkeit zurückzulegen und dabei möglichst kosteneffizient zu sein. Die mitunter beeindruckenden technischen Eigenschaften moderner Verkehrsflugzeuge verkörpern diese Flugzeuge aber nicht einfach aus der Laune der entwickelnden Ingenieure heraus, die hätten zeigen wollen, was technisch möglich sei. Die technischen Eigenschaften ergeben sich oft aus den wirtschaftlichen Erwägungen zur Erfüllung der Transportsaufgabe des Flugzeugs. Dazu zählen beispielsweise Aspekte der Struktur, der Massen und der Aerodynamik.


5.2. Historische Entwicklung (Teil 1)

Zeitliche Überblick:
  • 1783: Erster Heißluftballon
  • 1889: Lilienthal ermöglicht fliegen schwerer als Luft nach dem Prinzip Vogelflug
  • 1901: Weißkopf fliegt vermutlich ersten Motorflieger
  • 1903: Wright Flyer
  • 1914 bis 1918: Erstmals Flugzeug als Kriegsgerät verwendet (1. Weltkrieg, Roter Baron)
  • ab 1919: Starke Zunahme ziviler Motorflugzeuge (z.B. Junkers F 13 als erstes ziviles Ganzmetallflugzeug)

Die historisch überlieferten Erfolge der Luftfahrt begannen mit Fluggeräten leichter als Luft. Am 19. September 1783 flog vor den Augen des französischen Königs in Versailles die Montgolfière - der Heißluftballon der Brüder Montgolfier - für 12 Minuten mit 3 Tieren an Bord (Ente, Schaf, Hahn). Dadurch, dass dieser Heißluftballon an Seilen geführt wurde, war ein Lufttransport im eigentlichen Sinne (also Transport an einen anderen Ort) noch nicht möglich.

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Wenig später arbeitete Sir George Cayley (1773 bis 1857) an den Grundprinzipien des Fliegens schwerer als Luft. Die vereinzelt bereits in früheren Jahrhunderten dazu unternommenen Arbeiten (zum Beispiel von Leonardo da Vinci) hatten keine praktische Anwendung nach sich gezogen. Cayley gelang es jedoch scheinbar als erstem, Aufbau und Funktionsweise eines Luftfahrzeugs schwerer als Luft (zunächst in Form einer Art Segelflugzeug) hinreichend genau zu beschreiben, um wenig später tatsächlich aufbauend auf seinen Arbeiten das Fliegen ermöglichen zu können.

Cayley überlegte sich ein Flugzeug mit den Kernpunkten
  • Dynamischer Auftrieb
  • Separater Antrieb (sonst nur Gleiter möglich)
  • Ausreichende Flugstabilität & Steuerbarkeit
  • Leichtbau (strukturelle Festigkeit & geringe Masse vereinen)
  • Idee von Auftrieb & Widerstand als Kraftkomponenten, die am Flugzeug angreifen
Otto Lilienthal (1848 bis 1896) wuchs im pommerschen Anklam auf und war von den Fähigkeiten begeistert, die die zahlreichen dort heimischen Vogelarten im Flug unter Beweis stellen konnten. Er entwickelte das Polardiagramm zur graphischen Darstellung der an einem Flügel angreifenden Kräfte von Auftrieb und Strömungswiderstand (beziehungsweise deren Beiwerte), das auch als Lilienthalpolare bekannt ist. Auf seinen biologischen Beobachtungen aufbauend verfasste er 1889 sein Buch "Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst".

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Gustav Weißkopf (1874 bis 1927) wuchs in Bayern auf und emigrierte in die USA. Im Land, das den Adler mit dem weißen Kopf im Wappen führt, nannte er sich künftig Gustave Whitehead. Ihm gelang mit seinem Fluggerät "Nr. 21" vermutlich am 14.08.1901 der erste Motorflug der Welt.

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Den Brüdern Wright gelang jedoch am 17.12.1903 der erste sicher dokumentierte Motorflug der Welt. Der Flug fand auf der ebenen Landzunge bei Kitty Hawk in North Carolina, USA statt. Bei Gegenwind legte der Wright Flyer in 12s Flugzeit eine Strecke von etwa 37m zurück (durchschnittliche Fluggeschwindigkeit von etwa 3,08 m/s = 11,1 km/h). Wobei dies die Geschwindigkeit über Grund abschätzt und daher keine aerodynamischen oder flugmechanischen Rückschlüsse zum Flugverhalten zulässt.

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Der nächste Entwicklungssprung in der Luftfahrt geschieht um den 1. Weltkrieg. Die Flugzeuge erreichen Reichweiten von mehr als 100 km, Geschwindigkeiten, die jene der damaligen Züge übertreffen und werden flugmechanisch besser beherrschbar und manövrierbar. Das stellt zum einen in Aussicht, dass das Flugzeug als Verkehrsmittel dem Zug überlegen sein könnte, zeigt aber auch das taktische Potential von Flugzeugen in bewaffneten Konflikten (wie etwa vom "Roten Baron" Manfred von Richthofen unter Beweis gestellt).

Nach dem 1. Weltkrieg nimmt die Zivilluftfahrt erheblich an Fahrt auf. Damit einher geht eine technische Entwicklung in der zu beobachten ist, dass die Flugzeuge sich immer mehr ihrer heutigen Formgebung annähern. Die Weiterentwicklung der Fluggeräte wird detailliert in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme behandelt.

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5.3. Fluggerät & Transportaufgabe

Für die Erfüllung der Transportaufgabe sind für ein Flugzeug besonders wichtig:
  • Reichweite
  • Geschwindigkeit
  • Passagieranzahl bzw. Nutzlast
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Denn nur wenn eine große Reichweite mit hoher Geschwindigkeit zurück gelegt werden kann, ist das Transportmittel attraktiv und leistungsfähig für den einzelnen,. Je mehr Passagiere (oder Nutzlast) mitgenommen werden können, desto größer wird die Transportleistung / Transportarbeit gesamtgesellschaftlich und desto größer ist der potentielle Umsatz der jeweiligen Luftverkehrsgesellschaft.

Passagieranzahl & Sitzplätze

Insbesondere bei der Passagieranzahl kann ein Konflikt bestehen. Um so viele Passagiere wie möglich zu transportieren, kann man sehr große Flugzeuge nutzen oder mit sehr vielen kleineren Flugzeugen fliegen. Viele Skalierungseffekte sprechen für die Nutzung von großen Flugzeugen, so etwa, dass pro Passagier mit weniger Besatzung gearbeitet werden kann, dass auch ein großes Flugzeug nur 1 Gate braucht, dass die Instandhaltungskosten für ein großes Flugzeug tendenziell geringer sein dürften als für viele kleine Flugzeuge (sowie andere Kosten wie Versicherungen etc.). Jedoch ergeben sich für große Flugzeuge auch Nachteile. So etwa, dass Stellplätze nur eine gewisse Größe haben können, dass große Flugzeuge in der Regel längere Start- und Landestrecken brauchen sowie weitere Effekte, die die Flugzeuggröße limitieren.

Was jedoch zugleich zu maximieren versucht wird, ist die Anzahl der Passagiere bei vorgegebenen (äußeren) Flugzeugabmessungen. Dies wird als optimale Kabinenausnutzung bezeichnet. Nimmt man etwa den Airbus A320, so stellt man fest, dass ein sogenanntes "high-density layout" mit mindestens 179 Sitzen bis zum Jahr 2000 in allen Auslieferungsjahren nur für weniger als 10% der Maschinen bestellt wurde, seit 2016 der Anteil des "high-density layout" jedoch bei über 50% liegt. Inzwischen werden solch weit verbreitete Flugzeugmuster wie der Airbus A320 jedoch in zunehmendem Maße mit flexiblen Bestuhlungseinrichtungen ausgeliefert, sodass sich die Sitzplatzanzahl mit geringem Aufwand relativ frei anpassen lässt. Jedoch stößt die Platzausnutzung sowohl in den weit verbreiteten "Single Aisle" (gesprochen wie Isle - Insel) Flugzeugen (also Flugzeugen mit 1 Mittelgang wie Airbus A320 und Boeing 737) als auch in den "Widebody" oder "Twin Aisle" Flugzeugen (also Flugzeugen mit breitem Rumpf und 2 Gängen wie Airbus A330 oder Boeing 777) an ihre Grenzen. Für "Single Aisle" Flugzeuge ist auch der nahezu deckungsgleich verwendete Begriff Schmalrumpfflugzeuge (Narrow Body) verbreitet.

Flugzeugklassen nach Rumpfgröße:
  • Schmalrumpfflugzeuge (Narrow Body) / Single Aisle - z.B. Airbus A320-Serie, Boeing 737
  • Großraumflugzeuge (Wide Body) / Twin Aisle - z.B. Airbus A330-Serie, Boeing 787 "Dreamliner"
  • Super-Großraumflugzeuge? (Macro Body) - z.B. Airbus A380, Boeing 747

Da Flugreisen inzwischen sehr viel günstiger sind als noch vor einigen Jahrzehnten (zumindest Kaufkraft-bereinigt nach relativen Sitzmeilenkosten), nimmt das Bewusstsein der Passagiere für Komfort und Zufriedenheit mit dem Service gegenüber dem Preis wieder an Bedeutung. Da eine platzeffiziente Bestuhlung in erster Linie eine Kostenfrage ist, besteht hier ein Konflikt zwischen dem Wettbewerbsinteresse der Luftverkehrsgesellschaft, den günstigsten Flugpreis am Markt anbieten zu können und des kostenbewussten Flugreisenden, den günstigsten Flugpreis am Markt zu erhalten einerseits sowie andererseits der Abwägung, bereits bei geringfügig "aufgelockerter" Bestuhlung einen signifikanten Komfortgewinn zu erzielen.

Unterschieden werden üblicherweise 3 Klassen in Passagierflugzeugen.

Diese sind in absteigender Reihenfolge von Komfort und Kosten:
  • First Class (FC)
  • Business Class (BC)
  • Economy Class (YC)

Mitunter werden sogar gesellschaftlich und politisch neue Regularien zu Sitzabstand (Seat Pitch) und -breite geführt. Denkbar wäre hier ein weiteres Wachstum dessen, was in der Luftverkehrswirtschaft teils als "Premium Economy", "Economy Plus" oder "YC+" bezeichnet wird, eine geringfügig (zum Beispiel hinsichtlich des Sitzabstandes und der Sitzpolsterung) aufgewertete Economy Klasse. Ein Sprung in der Sitzbreite entlang der Kabine wiederum müsste immer in Einklang mit der Gangbreite stehen. Er findet in der Regel nur zwischen hinreichend voneinander abgegrenzten Klassen statt und bedeutet oft den Verlust eines weiteren Sitzplatzes, um die Gangbreite zu erhalten. Dies ist daher weniger flexibel zu handhaben als etwa der Sitzabstand alleine.

Reichweite & Geschwindigkeit

Die Reichweite eines Flugzeugs lässt sich näherungsweise mit der Breguet'schen Reichweitenformel abschätzen. Die Reichweitenformel ist Gegenstand der Präsenzinhalte dieses Moduls. Sie ist benannt nach Louis Charles Breguet. Louis Charles war Enkel des bekannten Uhrmachers und Physikers Abraham Louis Breguet der in großem Maße die Uhrmacherkunst prägte und deren Tauglichkeit für Seefahrt und Luftfahrt deutlich verbesserte. Louis Charles hingegen widmete sich der Konstruktion von Flugzeugen und war ein Mitbegründer der Fluggesellschaft Air France. Seinen Flugzeugen gelangen noch vor dem 1. Weltkrieg Flüge über Reichweiten von mehr als 100km. Auf Breguets eigenen Betrieb zur Herstellung von Luftfahrzeugen geht das Unternehmen Société Anonyme des Ateliers d’Aviation Louis Breguet zurück. Das Unternehmen ist in Deutschland vor allem für die Seefernaufklärer der Bundeswehr Breguet Atlantic bekannt.

Flugzeuge mit Strahltriebwerk fliegen im Reiseflug oft mit Geschwindigkeiten um 900km/h und in großen Höhen von etwa 10km. Das entspricht etwa 85% der Schallgeschwindigkeit (die Schallgeschwindigkeit ist abhängig von atmosphärischen Größen und damit von der Flughöhe). Fliegen Flugzeuge im "schallnahen Bereich" - also unter der Schallgeschwindigkeit aber oberhalb von etwa 70% der Schallgeschwindigkeit, so lässt sich bereits von einem "transsonischen" Flug sprechen. Das heißt, dass Effekte aus dem Überschallflug (zum Beispiel Wellenwiderstand) beginnen, eine Rolle zu spielen. Außerdem muss beim transsonischen Fliegen für Flugzeuge mit Strahltriebwerk in der Reichweitenformel für die Fluggeschwindigkeit statt der Fluggeschwindigkeit das Produkt aus Machzahl und Schallgeschwindigkeit verwendet werden.

Eine Herleitung der Breguet'schen Reichweitenformel findet in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme statt.


5.4. Grundlagen der Flugphysik & Flugantriebe

Schichten der Atmosphäre

Entscheidend für den Betrieb von Luftfahrzeugen ist das sie umgebende Medium. Es beeinflusst in einem größeren Maße als etwa bei Kraftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, etc. das Verhalten des Vehikels.

Die Schichten der Erdatmosphäre weisen jeweils unterschiedliche Eigenschaften auf. Für den allgemeinen Flugbetrieb ist nur der Höhenbereich von 0 km bis 18 km von Interesse.


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Dies umfasst:
  • Troposphäre ca. 0 km bis ca. 11 km
  • Tropopause ca. 11 km bis ca. 15 km
  • Stratosphäre ca. 15 km bis ca. 50 km

Die Höhenbereiche der atmosphärischen Schichten variieren insbesondere je nach Breitengrad und Jahreszeit. Im Winter und insbesondere an den geographischen Polen ist die Troposphäre tendenziell dünner als nahe des Äquators. Mitunter ist eine Abgrenzung der Schichten schwierig, da die Übergänge fließend sind und insbesondere die Tropopause als Übergangsschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre aufzufassen ist.

Dabei fliegen zivile Unterschallflugzeuge praktisch ausschließlich in der Troposphäre und der unteren Tropopause (also Reiseflughöhe von etwa 10 km). Helikopter sind bis auf wenige Ausnahmen auf einen Höhenbereich von bis zu 6 km - also definitiv ausschließlich auf die Troposphäre - beschränkt. Die obere Tropopause und die Stratosphäre werden praktisch ausschließlich von der militärischen Luftfahrt und früher von zivilen Überschallflugzeugen genutzt (bis etwa 18 km). Erst in einer Höhe von etwa 200 km folgen Satelliten und andere Raumfahrzeuge, die die darunter liegenden Schichten nur kurzzeitig durchfliegen. Die "gedachte" Grenze (eine strenge physikalische Grenze befindet sich hier nicht) zwischen Luftraum und Weltraum liegt bei 100 km Höhe in der unteren Thermosphäre.

Innerhalb der Troposphäre nehmen Druck, Temperatur und Dichte der Luft mit zunehmender Höhe ab. Damit verändert sich auch die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe. Über dies ist die Troposphäre geprägt von einem hohen vertikalen Austausch der Luftmassen. Das thermodynamische Verhalten in der Troposphäre wird daher auch als adiabatisch geprägt bezeichnet. Das rührt daher, dass der Austausch von Wärme in der Troposphäre im Wesentlichen mit einem Luftstrom zusammenhängt und nicht primär strahlungsgetrieben ist. Auf die Troposphäre konzentriert sich praktisch das gesamte Wettergeschehen.

In der (dünnen) Tropopause findet ein Übergang von den Eigenschaften der Troposphäre zu denen der Stratosphäre statt.

Die Stratosphäre ist durch ein weitestgehend fehlendes Wettergeschehen (insbesondere kaum Wolkenbildung) und damit einhergehend eine sehr geringe Luftfeuchtigkeit geprägt. Innerhalb der Stratosphäre steigt die Temperatur mit steigender Höhe anders als in der der Troposphäre (und anders als weitestgehend auch in der Tropopause) wieder an.

Die (untere) Stratosphäre wird am DLR unter anderem vom HALO Forschungsflugzeug untersucht: https://de.wikipedia.org/wiki/High_Altitude_and_Long_Range_Research_Aircraft, https://www.dlr.de/content/de/missionen/halo.html

Standardatmosphäre

Dichte, Druck, Temperatur und somit auch die Schallgeschwindigkeit der Atmosphäre unterliegen tageszeitlichen, sowie lokalen und jährlichen Schwankungen. Damit sind sie selbst bei konstanter Höhe je nach Umgebungsbedingungen variabel. Die Definition einer Standardatmosphäre beabsichtigt die Schaffung einer international einheitlichen Bezugsgröße als Grundlage für flugmechanische Untersuchungen (und auch für die Flugführung).

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Die Eigenschaften dieser idealisierten Atmosphäre entsprechen den auf der Erde herrschenden Mittelwerten und dient daher nicht einer genauen Beschreibung der aktuellen, lokalen Atmosphäre.
Die Standardatmosphäre geht innerhalb einer Troposphäre, die bis auf eine Höhe von 11 km reicht, davon aus, dass die Lufttemperatur auf Meereshöhe 288,15 K (= 15°C) beträgt und je Kilometer Höhe um 6,5 K abnimmt. Die Kelvin-Skala skaliert linear zur Celsius-Skala, lediglich der Nullpunkt ist verschoben (absoluter Nullpunkt). In 11 km Höhe werden somit 216,65 K (= -56,5°C) erreicht. In der Tropopause wird dann eine unabhängig von der Höhe konstante Temperatur von 216,65 K (= -56,5°C) angenommen. Die dann beginnende Stratosphäre wurde im Diagramm nicht berücksichtigt. Je nach Höhe des Übergangs von Tropopause zu Stratosphäre steigt die Temperatur ab da wieder an.

Auf diesem Umstand beruht auch die Höhenabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit.

Auch der Luftdruck und die Luftdichte nehmen mit steigender Höhe ab. Die Details dieser Sachverhalte werden in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme genauer beleuchtet.

Flugantriebe

Flugantriebe beruhen auf dem Prinzip, dass hinter dem Triebwerk ein Strom beziehungsweise ein Medium mit erhöhter Geschwindigkeit und / oder erhöhtem Druck vorliegt.

Die typischen Ausführungsformen von Flugantrieben für zivile Transportflugzeuge sind Propeller (konventioneller Propellerantrieb oder "Turboprop") und Mantelstromtriebwerke (Turbofan). Bevor Mantelstromtriebwerke bei zivilen Transportflugzeugen verbreitet waren, kamen oft Turbojets (Einstrom-Strahltriebwerke) zum Einsatz.

Rufen wir uns kurz aus der Einführung des Systembegriffs (Unterkapitel 2. Luftverkehr) das Mantelstromtriebwerk in Erinnerung:

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Diese Darstellung erlaubt jedoch noch keine Rückschlüsse auf die Funktionsweise beziehungsweise die genaue Durchströmung des Triebwerks.

Dies wird anschaulicher mit einem Modell der "Ebenen" des Triebwerks.

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Deutlich zu erkennen ist die Aufteilung des Luftstroms durch das Triebwerk in einen Strom durch den "Engine Core" (Kernstrom) und einen Mantelstrom ausschließlich durch den Fan. Anders als bei einem Turbojet (Einstrom-Strahltriebwerk), bei dem der gesamte Luftstrom durch Verdichter, Brennkammer und Turbine geführt wird, gibt es beim Mantelstromtriebwerk also einen sogenannten Mantelstrom oder auch Nebenstrom. Wie sich die beiden Luftströme aufteilen, beschreibt das Nebenstromverhältnis (Bypass Ratio - BPR) über den Quotienten aus dem Massenstrom von Mantelstrom zu Kernstrom (also durch die Brennkammer). Beim Einstrom-Strahltriebwerk ist der BPR also 0, der maximal mögliche Wert geht gegen unendlich.

Weitere Themen zu Flugantrieben und der Entwicklung des Nebenstromverhältnisses und anderer Parameter werden in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme genauer beleuchtet. 


5.5. Struktur & Massen

Die Strukturierung der Flugzeugsysteme erfolgt nach dem Standard der Air Transport Association (ATA-Kapitel).

Streng genommen umfasst dies nicht nur die Flugzeugsysteme im engeren Sinne sondern:
  • ATA 00 - ATA 18: Aircraft General
  • ATA 20 - ATA 50: Aircraft Systems
    • ATA 20: STANDARD PRACTICES- AIRFRAME 
    • ATA 21: AIR CONDITIONING (Klimaanlage)
    • ATA 22: AUTO FLIGHT (Automatische Flugsteuerung)
    • ATA 23: COMMUNICATION (Kommunikation)
    • etc.
  • ATA 51 - ATA 57: Structure
  • ATA 60 - ATA 67: Propeller/Rotor
  • ATA 71 - ATA 85: Power Plant
  • etc.

Die Masseneinteilung auf Gesamtebene des Flugzeugs ist nach DIN 9020 definiert. Die Massen lassen sich auf Gesamtflugzeugebene nach dem Beladungs- beziehungsweise Betriebszustand unterteilen.

In Anlehnung an die Norm ergibt sich folgende Darstellung:

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Es gelten folgende Begriffe:
  • MME: Herstellerleermasse (Manufacturer‘s Empty Mass)
Ergibt sich aus Struktur, Antrieb, festinstallierter Ausrüstung & Ausstattung
  • OME: Betriebsleermasse (Operational Empty Mass)
MME zuzüglich Sonder- & Einsatzausrüstung & Dienstbesatzung
  • BF: Missionskraftstoffmasse (Block Fuel)
Kraftstoffmasse für Missionsreichweite inkl. Reserven für Ausweichflughafen beziehungsweise Warteschleife (200nmi to alternate, 30min Loiter)
  • PL: Nutzlastmasse (Payload)
Bestehend aus Passagiermasse inkl. Gepäck & ggf. zusätzlicher Fracht
  • ZFM: Kraftstoffnullmasse (Zero Fuel Mass)
OME zuzüglich Nutzlast
  • TOM: Abflugmasse (Take-Off Mass)
Selbsterklärend
  • RM: Rollmasse (Ramp Mass)
Abflugmasse zuzüglich Kraftstoff für Taxi
  • LM: Landemasse (Landing Mass)
Abflugmasse abzüglich verbrauchte Kraftstoffmasse

Ein vorangestellter Buchstabe M kann darauf hinweisen, dass es sich um den Maximalwert einer Masse handelt. So zum Beispiel beim MTOM für maximale Abflugmasse (Maximum Take-Off Mass).


5.6. Flugenvelope

Die Flughöhe und Fluggeschwindigkeit, mit denen ein Flugzeug fliegen kann, sind offensichtlich begrenzt. So braucht ein Flugzeug eine Mindestgeschwindigkeit zum Fliegen (die also beim Starten und Landen überschritten werden muss). Diese minimale Fluggeschwindigkeit wird auch als aerodynamische Grenze bezeichnet. Andernfalls erfolgt ein Strömungsabriss (Stall) und das Flugzeug verliert unkontrolliert an Flughöhe und muss danach "abgefangen" werden, um wieder unter Kontrolle zu sein. Die Strömungsabrissgeschwindigkeit (Stall Speed) ist im Höhen- / Geschwindigkeitsdiagramm (Flugenvelope) als Grenze nach links zu erkennen. Dies verdeutlicht auch, warum im Langsamflug bei Verkehrsflugzeugen oft Klappen (Flaps) als sogenannte Hochauftriebshilfen eingesetzt werden. Sie ermöglichen ein vergleichsweise langsames Starten und Landen und damit vergleichsweise kurze Start- und Landebahnen (und eine moderate Belastung der Bremsen). Die Fluggeschwindigkeit ist im Diagramm als wahre Fluggeschwindigkeit (True Air Speed - TAS) in Knoten aufgetragen.

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Auch eine bestimmte Maximalgeschwindigkeit und eine maximale Flughöhe können / dürfen nicht überschritten werden. Dabei ist die maximale Geschwindigkeit (also die Grenze nach rechts im Diagramm) nicht unbedingt durch die Triebwerksleistung, sondern in der Regel vielmehr durch Aerodynamik und Struktur bedingt, da der Staudruck sonst einen zulässigen Maximalwert übersteigen würde (Staudruckgrenze). Bei ausgefahrenen Klappen (Flaps Extended) wird aufgrund der exponierten Flächen der kritische Staudruck schneller erreicht, weshalb für ausgefahrene Klappen Maximalgeschwindigkeiten bestehen. Auch das "Clean" fliegende Flugzeug darf jedoch einen gewissen Staudruck und eine gewisse Machzahl aus aerodynamischen und strukturmechanischen Überlegungen nicht überschreiten. Bei der maximalen Machzahl spielt auch die Erwärmung der umströmten Oberflächen bei transsonischer / supersonischer Strömung eine Rolle.

Die Gipfelhöhe (hier in Fuß - ft) ist technisch gesehen nur durch die aerodynamischen Fähigkeiten wie etwa die Tragflügelgröße, Flächenbelastung, etc. und die ausreichende Schuberzeugung in großen Höhen begrenzt. So nimmt bei vielen Antriebstypen der Schub mit steigender Flughöhe aufgrund der geringeren Luftdichte ab. Die Notwendigkeit, einen gewissen Überdruck im Rumpf zu erhalten (damit Passagiere und Besatzung trotz dünner Luft in großen Höhen problemlos atmen können) und der sich daraus ergebende Kompromiss aus Strukturbelastung des Rumpfes (zur Überdruckhaltung) und Luftdruck in der Kabine limitieren dies jedoch in der Praxis auf einen geringeren als den sonst technisch möglichen Wert.



6. Hersteller

Es gibt 2 große Flugzeughersteller, die fast jedem, der schon einmal geflogen ist, bekannt sind. Diese beiden Konkurrenten aus Europa und den USA sind aber nicht einziger Betrachtungsgegenstand dieses Kapitels. Neben der Organisation der Hersteller geht es auch um den Ablauf eines Flugzeugprogramms, Marktvorhersagen, die Zulieferindustrie, etc.

Ob Airbus, Boeing, Embraer, Bombardier, etc., viele Abläufe werden von den Entwicklungen des Marktes oder von den international weitestgehend übereinstimmenden gesetzlichen Vorgaben bestimmt.

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Die Hersteller zählen zu den Kernelementen im Atommodell des Lufttransportsystems.

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Um Luftfahrzeuge zu entwickeln oder herstellen zu dürfen, bedarf es einer Genehmigung nach Part 21. In Europa regelt EASA Part 21J die Luftfahrttechnischen Entwicklungsbetriebe und EASA Part 21G die Herstellungsbetriebe. Das LBA überwacht diese Betriebe in Deutschland. Oft finden Entwicklung und Herstellung im gleichen Unternehmen statt. Dieses Unterkapitel beschäftigt sich primär damit, wie die Entwicklung und Herstellung von Luftfahrzeugen organisiert werden kann. Die eingesetzten Technologien werden vielmehr in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme und die einzuhaltenden Vorschriften insbesondere in Modul B1 - Regulative Grundlagen Luftfahrtzertifizierung betrachtet.  


6.1. Marktvorhersagen & Bedarfsanalysen

Hinsichtlich Marktentwicklungen ist zu unterscheiden in:
  • Trends: Gesamtentwicklung (beispielsweise einer Branche) bzw. globale Marschrichtung
  • Zyklus: Auf- & Abschwingen, verbunden mit Konjunktur

(Langzeit-) Trends können sich beziehen auf:
  • Investment-Analyse
  • Bewertung neuer Produkte
  • Geschäfts- & Marktziele
  • Gesetzgebung
  • Industrielle Struktur

(Kurzzeit-) Zyklen beziehen sich eher auf:
  • Produktionsraten
  • Finanzplanung
  • Subventionen
  • „Was wäre wenn…“-Test

Das heißt, dass Trends eine gewisse gestalterische Planung und (auch politische und gesellschaftliche) Einsicht erfordern. Zyklendenken lässt sich stärker kaufmännisch und technsich-analytisch aufbauen.

Verschiedene Marktanalysen stellen fest, dass der weltweite Luftverkehr (in Personenkilometer pro Jahr) in den vergangenen Jahrzehnten ein durchschnittliches jährliches Wachstum von etwa 4% bis 5% aufgewiesen hat, was (vgl. Zinseszins-Effekt) etwa eine Verdoppelung des Luftverkehrsaufkommens alle 15 Jahre bedeutet.

Annahmen zu globalen wirtschaftlichen Eckdaten (realistische Beispiele um 2018):
  • Wirtschaftswachstum: Ca. 2,0% - 3,0% real per annum (p.a.)
  • Inflationsrate: Ca. 4,0% p.a.
  • Zinsen: Ca. 5,0 - 7,0% p.a.
  • Preisverlauf (Tickets): Ca. -0,7% p.a.
  • Treibstoffpreisentwicklung: Ca. 1,5% real p.a.
  • RPK-Entwicklung: Ca. 4,4 - 4,7% p.a.

Zusätzliche Annahmen:
  • Wachstum der Weltbevölkerung: 1,0% p.a.
  • Internationaler Handel: Stimuliert den Langstreckenverkehr
  • Politische Faktoren: Langsame Liberalisierung der Märkte
  • Konkurrierende Transportsysteme: Telekommunikation reduziert den „Geschäftsverkehr“
  • ICE bzw. TGV übernehmen größere Anteile des Kurzstreckenverkehrs

Es gibt jedoch keine allgemein gültigen Methoden zur Marktvorhersage.

Bewährt hat sich eine Kombination von unterschiedlichen Verfahren wie
  • „Top Down“ Ansatz
&
  • „Bottom Up" Ansatz

Zusätzlich müssen Methoden entwickelt werden, um neue Einflussparameter wie
  • Umwelt & Umweltabgaben
  • Kapazitätsengpässe an Flughäfen und in vielbeflogenen Zonen
  • Treibstoffpreisentwicklung
  • Alternative Transport- & Kommunikationsmittel
  • Demographie
zu berücksichtigen.

Top Down Ansatz

Ausgehend von der Entwicklung der vergangenen 10 bis 20 Jahre wird eine kontinuierliche Fortsetzung des langfristigen Trends vorgenommen.

Dabei werden als wesentliche Parameter nur
  • Bruttoinlandsprodukt
  • Erträge der Fluggesellschaften
aufgeteilt in geographische Sektoren (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Nahost, Südamerika, etc.) benutzt und die Hauptverkehrsströme zwischen diesen Regionen analysiert.

Zudem sind einige Annahmen zu wirtschaftlichen Eckdaten zu treffen.

Als Ergebnis erhält man eine gemittelte, langfristige Verkehrsbedarfsvorhersage (meist 20 Jahre).

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Bottom Up Ansatz

  • Dient im Wesentlichen zum internen Gebrauch
  • Geht von der Analyse einzelner Fluggesellschaften aus, analysiert die Flottenstruktur und setzt so das Gesamtbild zusammen
  • Erfordert eine ständige Aktualisierung und Anpassung der Daten & ist sehr arbeitsintensiv
  • Wird hauptsächlich für Produktionsplanung, Bewertung & Positionierung neuer Produkte eingesetzt
  • Hat nur einen begrenzten Aussagewert für Flugzeuge mit weniger als 100 Sitzen bzw. Flugzeuge mit mehr als 350 Sitzen

Nachfrageprognose

  • Wann werden neue Flugzeuge benötigt? --> Frage von Demand / Sitzplatzbedarf
  • Wie groß müssen die Flugzeuge sein? --> Frage von Sitzplatzbedarf und Transportfrequenz
  • Wie viele neue Flugzeuge werden benötigt? --> Frage von Transportfrequenz und Nachfrage

Ausgehend von einem Jahr n können sich offener Bedarf, Rückstand und Flotte in Service dann im Jahr n+i verschieden entwickeln.
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Eine Fehlplanung kann also schnell zu einem signifikanten offenen Bedarf führen. Flugzeuge zu betreiben ist teuer, aber durch offenen Bedarf Umsätze nicht generieren zu können, ist ebenfalls teuer.

Entwicklung des Flottenmixes einer Airline

Die Einführung neuer Flugzeugmuster in eine Flotte kann - muss aber nicht zwingend - zu einem Sprung im Flugzeugbestand in der Flotte führen. Durch teilweise sprunghafte und teilweise sukzessive Verdrängung alter Muster aus dem Flottenbestand, kann sich der Wechsel im Flottenmix teilweise auch erst nach mehreren Jahren deutlich bemerkbar machen.

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Daraus ist die Lehre zu ziehen, dass Flugzeugflotten grundsätzlich langfristig zu planen sind und dass bei der Einführung neuer Flugzeugmuster in die Flotte eine Berücksichtigung sowohl des Aufwuchses der Gesamtflotte wie auch der Ausmusterung bestehender Flugzeugmuster stattfinden sollte.

Szenariotechnik

Was ist ein Szenario?
Ein Szenario wird gebildet aus einer Vielzahl von Elementen aus den Bereichen
  • Politik
  • Wirtschaft
  • Recht
  • Sozialstruktur
  • Umwelt
  • Technologie & Entwicklung
  • Infrastruktur
  • Luftverkehrsbedingungen
  • etc.
die eine Beziehung zu und Einfluss auf das Marktgeschehen, das Entwicklungspotential und auf Risiken des Luftverkehrs haben. Das Verfahren wird hauptsächlich für Produktionsplanung, Bewertung und Positionierung neuer Produkte eingesetzt.

Szenarien sind logisch strukturierte „Geschichten“ und „Zukunftsbilder“ einer möglichen Zukunft, die exakt so jedoch kaum eintreten wird.

Ein Szenario soll helfen, die Veränderung von wesentlichen Parametern (Treibstoffpreis, verschärfte Umweltvorschriften, etc.) und ihre Auswirkungen für das aufgestellte Szenario „Luftverkehr“ darzustellen, um die Robustheit neuer Produkte abzuschätzen.

  1. Problemanalyse
  2. Umfeldanalyse
  3. Alternative Annahmen
  4. Zukunftsbilder entwerfen
  5. Auswirkungsanalyse

Technologiebewertung

Motivation: Ambitionierte Zielvorgaben
  • Kyoto-Protokoll, (Bali)
  • Vision 2020 - Advisory Council for Aeronautic Research
  • Vision 2050 - High Level Group on Aviation Research 
  • Exemplarische Inhalte der Zielvorgaben:
    • -65% effektiver Lärm
    • -90% NOx-Emissionen
    • -75% CO2-Emissionen
    • CO2-neutrales Wachstum ab 2020
    • 15Min vor Kurzstreckenflug / 30Min vor Langstreckenflug im Terminal
    • 99% aller Flüge innerhalb 15Min-Band
    • Lufttransportsystem fähig 3-fache Anzahl an Flugbewegungen aufzunehmen

Resultierende Fragestellungen (bzgl. System)
  • Welche Grundannahmen werden getroffen (Szenario / Zeithorizont)?
  • Was sind die relevanten Bewertungsparameter?
  • Wie sind die Parameter zu bemessen (Metrik)?
    • Technisch - kg, kW, etc.
    • Monetär - $, €, Break Even, etc. [DOC vs. NPV] 
    • Ökologisch - Strahlungsantrieb, etc.
    • Qualitativ 
  • Wie sind die Parameter gegeneinander zu werten (Gewichtung)?
  • Welches sind dominante Parameter (Sensitivität)? [Bsp. Req.Spec]
  • Wie groß ist der Unsicherheitsfaktor (Confidence Level)?
  • Sichtweise welches Systempartners soll angewandt werden?

Technologiebewertung als Qualifizierungsprozess
  1. Technische Technologiebewertung
    1. Machbarkeit / Funktionalität
    2. Potential
  2. Ökologische Technologiebewertung (Umweltbelastung)
  3. Monetäre Technologiebewertung (Net Present Value - NPV / Internal Rate of Return - IRR)

Differenzierung Flugzeugproduktpalette

Eine Flugzeugproduktpalette lässt sich im Wesentlichen in 2 Dimensionen bewerten:
  • Reichweite
  • Sitzplatzanzahl

Oft (aber nicht immer) gehen bei Flugzeugen mit mehr als 100 Sitzplätzen mehr Sitzplätze und mehr Reichweite miteinander einher.

Listenpreise

Die Listenpreise vieler aktueller Verkehrsflugzeuge mit mehr als 100 Sitzplätzen bewegen sich im Bereich von etwa 75 - 100 Millionen $ (Schmalrumpfflugzeuge mit nur etwas über 100 Sitzplätze) bis etwa 400-450 Millionen $ (Wide Body & Macro Body). Die tatsächlich vom Eigentümer an den Hersteller gezahlten Preise können durch Rabatte oft deutlich darunter liegen.


6.2. Organisation der Hersteller

Insbesondere in den USA gab es lange Zeit zahlreiche einzelne Luftfahrzeughersteller. Die meisten waren auf Flugzeuge spezialisiert, jedoch gab es auch Hubschrauber-Spezialisten (zum Beispiel Sikorsky). Einige spezialisierten sich auf die Herstellung ziviler und andere auf die Herstellung militärischer Luftfahrzeuge. Auch Hersteller, die beide Kundengruppen gleichermaßen vorsorgten, waren am Markt zu finden.

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Über die letzten Jahrzehnte haben sich zahlreiche dieser Hersteller zusammengeschlossen oder größere Unternehmen haben kleine "geschluckt". Andere Hersteller konnten nicht mit dem Wandel in der Luftfahrt mithalten und sind vom Markt verschwunden. In den USA ist Boeing als großer "Platzhirsch" hervorgegangen. Das Unternehmen stellt neben den zivilen Verkehrsflugzeugen auch Flugzeuge für den Regierungsflugbetrieb und militärische Tankflugzeuge her, die auf den zivilen Modellen aufbauen sowie rein militärische Luftfahrzeuge. Lockheed Martin, Northrop Grumman und Raytheon sind heute hauptsächlich für militärische Fluggeräte und für einzelne Flugzeugsysteme oder bodengebundene Unterstützungssysteme bekannt. Darüber hinaus haben die Unternehmen teilweise weitere Geschäftsbereiche außerhalb der Luftfahrt (zum Beispiel in der Seefahrt). United Technologies (UTC) ist mit seinen Marken vor allem für Flugzeugsysteme und Komponenten - also gewissermaßen im Zuliefersektor - bekannt und hat sich jüngst (2020) mit Raytheon zu Ratheon Technologies zusammengeschlossen. Textron gilt als Mischkonzern dessen Geschäftsbereiche Flugzeuge und Hubschrauber (ehemals Bell) etwas mehr als die Hälfte des Konzernumsatzes ausmachen.

Auch in Europa lässt sich eine Tendenz zur Zusammenfassung von Unternehmen mittlerer Größe zu großen Konzernen im Luftfahrtumfeld beobachten. Dass dieser Trend sowohl in den USA als auch in Europa zu beobachten ist, ist nicht zuletzt auch auf die Komplexität des Lufttransportsystems und den hohen Regulierungsgrad in der Luftfahrt zurückzuführen, der mitunter große Organisationen erforderlich macht. All diese Darstellungen sind nicht als allumfassend zu erachten, das sie insbesondere Hersteller kleinerer Flugzeuge, militärische Flugzeughersteller und zahlreiche Zulieferunternehmen außen vor lassen. In Europa ist Airbus der führende Flugzeughersteller und stellt über die ehemalige Eurocopter Group (heute Airbus Helicopters) auch Helikopter her. Überdies hält Airbus 50% der Anteile am Regionalflugzeug-Hersteller ATR. Dassault, BAE und Saab haben nur einen geringen Marktanteil in der zivilen Luftfahrt (zum Beispiel über das Regional-Flugzeugmuster Saab 2000) und generieren nennenswerte Umsätze und Marktanteile in anderen Branchen (insbesondere Dassault), als Zulieferer oder in der militärischen Luftfahrt (zum Beispiel Saab Gripen).

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Die Grafiken konzentrieren sich auf größere Hersteller (nach Umsatz) beziehungsweise die Hersteller größerer Luftfahrzeuge. Sie sind daher nicht als vollständig zu betrachten, da insbesondere Hersteller kleinerer Luftfahrzeuge (wie z.B. Gleiter) außenvor gelassen wurden.

Ob ein weiterer Zusammenschluss dieser Hersteller (ggf. noch erweitert um ATR beziehungsweise Leonardo) zu einem europäischen Super-Luftfahrtkonsortium erfolgt, ist fraglich. Einerseits würde dies das vermeintliche "Duopol", das bereits durch Airbus und Boeing bestünde, zumindest in den Köpfen weiter verfestigen, andererseits könnte insbesondere der europäische Herstellermarkt unter Druck aus Asien (insbesondere VR China) geraten, wo durch ausgedehnte unternehmerische Tätigkeit des Staates Schlüsseltechnologien erobert und so Marktmacht erlangt werden soll, was wiederum dem Gedanken des fairen Wettbewerbs entgegenläuft.

Die USA haben den größten Anteil am weltweiten Umsatz und an den Beschäftigten in der Luft- und Raumfahrtindustrie. 5 Regionen dominieren dabei diese Industrie aufgrund der dort ansässigen Hersteller und Zulieferer.

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In Europa alleine betrug der Umsatz der Luftfahrtindustrie (ohne Raumfahrt) im Jahr 2015 etwa 140 Milliarden €.
  • Anzahl der Beschäftigten (im Jahr 2015): > 500.000
  • Gestiegene Produktivität (1980 - 2010: Ø 3% p.a.)
  • Frankreich, Deutschland & Großbritannien haben dabei den größten Anteil am europäischen Luft- & Raumfahrt-Markt

Während sich die Anzahl der Flugzeugauslieferungen in den Jahren vor der COVID-19-Pandemie relativ stabil gesteigert hat (von etwa 800 Flugzeugen im Jahr 2008 auf etwa 1500 im Jahr 2017 - also fast eine Verdoppelung), schwankte die Anzahl der Bestellungen im jeweiligen Jahr stark um diesen grundsätzlichen Trend herum (etwa zwischen 480 und 2800 Einheiten). Die Anzahl der Bestellungen ist damit ausgesprochen volatil. Seit 2008 lag die Anzahl der Bestellungen im jeweiligen Jahr jedoch zumeist oberhalb der Anzahl der Auslieferungen, sodass von einem sogenannten "Backlog" gesprochen werden konnte. Aufgrund der COVID-19-Pandemie sind für die 2020er Jahre natürlich viele Bestellungen mit einem großen Unsicherheitsfaktor behaftet.

Der Flugzeugmarkt besteht ganz überwiegend aus sogenannten Kurzstreckenflugzeugen (Single Aisle). Die Hersteller Airbus und Boeing sind vital von der Produktion von Kurzstreckenflugzeugen abhängig. Allerdings wird je Flugzeug natürlich bei einem Langstreckenflugzeug mehr verdient. Kurzstreckenflugzeuge liefern dagegen einen sehr gleichmäßigen Geldeingang (Cashflow).

Im Jahr 2017 wurden beispielsweise bei Boeing mehr Einheiten der Baureihe 737 bestellt, als ausgeliefert werden konnten. Bei den größeren Flugzeugmustern hingegen überstieg die Anzahl der Auslieferungen teilweise die der Bestellungen. Für die 747 gingen sogar keine neuen Bestellungen, jedoch 2 Stornierungen im Jahr 2017 ein, ausgeliefert wurden von der "Jumbo"-Baureihe in dem Jahr noch 14 Exemplare.

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Ähnlich gestaltet sich auch das Bild bei Airbus. Bei der A320-Familie überstiegen die Bestellungen im Jahr 2017 die Auslieferungen deutlich, während bei größeren Flugzeugmustern mehr ausgeliefert als bestellt wurde. Auch für das Airbus-Flaggschiff A380 gingen Stornierungen statt Bestellungen ein, jedoch wurden immerhin 15 Exemplare des größten Passagierflugzeugs der Welt in 2017 ausgeliefert.

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Airbus und Boeing decken den Langstreckenflugzeugmarkt praktisch komplett ab. Die beiden Hersteller beherrschen damit auch den Bereich um 200 Sitzplätze (und natürlich darüber). Es besteht außerdem ein erhebliches Variantenangebot im Bereich 80 bis 180 Sitze. Hier kommen auch Konkurrenten wie Embraer beziehungsweise Bombardier ins Spiel (bei Bombardier ausgedehnte Kooperation mit Airbus bei der CSeries beziehungsweise A220). Bei Passagierflugzeugen besteht eine ähnliche Tendenz wie bei PKW: Neue Muster werden oft etwas größer als die Vorgänger („Golf-Effekt"). Dies gilt insbesondere für Muster mit mittlerer Sitplatzkapazität und Reichweite (auch hier wieder Bereich 80 bis etwas über 200 Sitzplätze besonders betroffen), aber teilweise auch Bereich von Wide Body / Macro Body beziehungsweise Langstrecke betroffen.

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In Flugzeugprogrammen wird vom Flugzeughersteller zwischen Zulieferern verschiedener Ebenen unterschieden. Direkte Zulieferer (Tier 1) werden oft als Partner mit Beteiligung an Gewinn und Risiko beteiligt. Partner im Bereich Tier 2 liefern mehr oder weniger direkt an den Flugzeughersteller oder einen Tier 1 Partner, sind aber normalerweise nicht an Gewinn und Risiko beteiligt. Tier 3 Zulieferer in der Zulieferkette beliefern Tier 2 Zulieferer etc.

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Für gewisse Luftfahrzeugprogramme - wie zum Beispiel militärische Luftfahrzeugmuster - wird für das jeweilige Programm eine Programmfirma von mehreren Projektpartnern gegründet (zum Beispiel NHIndustries für NH90, Eurofighter Jagdflugzeug GmbH für Eurofighter Typhoon und zuvor schon Panavia Aircraft GmbH für den Tornado). Im Extremfall umfasst dies die Gründung „virtueller“ Projektmanagementfirmen zur Durchführung komplexer Entwicklungsprogramme mit mehreren Partnerfirmen auf Systemintegratorebene und Suppliermanagement.

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Was macht dann die Programmfirma?
Festlegung
  • Einer standardisierten gemeinsamen Sprache
  • Eines gemeinsamen Maßsystems
  • Der anwendbaren Normen, einschließlich der Äquivalenz von Normen
  • Der anzuwendenden Berechnungsverfahren
  • Der Nachweisführung für die Musterzulassung
  • Der Standards für Datenschnittstellen
  • Der Verfahren für Qualitätssicherung & Lieferantenauswahl
  • Eines Verfahrens für die Definition & Einführung von Änderungen
  • Gemeinsamer Engineering-Tools (CAD, FEM, etc.)

Spielregeln…
  • Für Beschluss-Kompetenz: Was kann ein Partner alleine beschließen, was muss gemeinsam beschlossen werden?
  • Für die Erarbeitung von gemeinsamen Beschlüssen in Gremien
  • Für die Verantwortlichkeit an Trennstellen zwischen Partnern

Ob Programmfirma oder klassischer Hersteller, elementar wichtig ist Arbeitsteilung hinsichtlich
  • Entwicklungsanteilen (Spitzentechnologiefelder & geringe Wertschöpfungstiefe sind strategische Firmeninteressen)
  • Produktionsanteilen (viele qualifizierte Arbeitsplätze im gewerblichen- & Ingenieurbereich sind strategische politische Interessen (hohe Einkommen, geringe Arbeitslosigkeit, Steueraufkommen, etc.)
  • Mix aus beidem definiert Arbeitsteilung (Workshare)

Politische Interessen dominieren oft europäische Flugzeugprogramme auf oberster Ebene stärker als ingenieurtechnische und betriebswirtschaftliche Kriterien.

Über eine Work-Breakdown Structure lässt sich die Arbeitsteilung in komplexen Flugzeugprogrammen beschreiben.

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Nimmt man Airbus als Beispiel, so lassen sich Arbeitsteilung und europäische Kooperation zwischen verschiedenen beteiligten Standorten beschreiben.

Produktions- und Entwicklungsstandorte von Airbus sind über ganz Europa verteilt.
  • Airbus unterhält zwei Standorte mit Endmontagelinien (Hamburg, Toulouse)
  • Transport der Rumpfsektionen, Cockpit, Flügel, Seitenleitwerk usw. per Flugzeug, Schiff und / oder LKW zu den jeweiligen Endmontagelinien

Folgen einer verteilten Produktion:
  • Zusätzliche Logistikkosten
  • Erhöhter Koordinationsaufwand
  • Gründe für die verteilte Produktion sind die Historie von Airbus und die bis heute bestehende Multnationalität (und die damit verbundenen nationalstaatlichen Einflussnahmen)

Dabei muss es in Konkurrenz zu Wettbewerbern, die weitestgehend auf einen Produktionsstandort konzentriert sind, gelingen, aus der verteilten Struktur und der Kooperation mehr Nutzen zu ziehen, als daraus Kosten erwachsen (insbesondere müssen die Logistikkosten gering gehalten werden). Da auch bei anderen Herstellern (wie zum Beispiel Boeing) zwar die Montage nicht so stark verteilt ist, aber trotzdem zahlreiche logistische Prozesse in der Zulieferung bestehen, gilt auch das stark verteilte europäische Modell als konkurrenzfähig. Die stark verteilte Produktion in Europa erstreckt sich neben den zahlreichen zivielen Verkehrsflugzeug-Baureihen auch auf militärische Luftfahrtprojekte wie den Airbus A400M.


6.3. Ablauf eines Flugzeugprogramms

Ein Verkehrsflugzeugprogramm lässt sich in einer Art grafischem Lebenslauf darstellen. Dabei lässt sich die Einteilung in Phasen aus der Perspektive von Forschung, Entwicklung, Fertigung und dem Kundendienst unterscheiden.

Konzentriert man sich auf die Phasen in der Flugzeugentwicklung aus Entwicklersicht, so lassen sich von der Produktidee bis zur Auslieferung des 1. Serienflugzeugs im Wesentlichen 4 Phasen unterscheiden.

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Die einzelnen Phasen lassen sich noch genauer aufschlüsseln und deren Abschlüsse sind (wie bei einem zielgerichteten Management komplexer Projekte üblich) mit Meilensteinen gekennzeichnet.

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Am Ende der Definitionsphase steht ein Meilenstein, der üblicherweise als "Go Ahead" bezeichnet wird. Interessant ist auch die Positionierung von Weiterentwicklung sowie Modifikationen beziehungsweise Umrüstungen in einem Flugzeugprogramm.

Das Zusammenspiel zwischen Markt, Technik und "Business" für einen erfolgreichen Start in die dann folgende Designphase lässt sich in einem "Magischen Dreieck" darstellen. Dabei bezeichnet "Business" weitestgehend Fragen von wirtschaftlicher Natur mit Fokus auf die Projektpartner. 

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Ein Flugzeugprogramm kommt nicht ohne ein umfangreiches Testprogramm aus. Die einzelnen Tests beziehungsweise Teilprogramme erstrecken sich dabei auf unterschiedliche Phasen des Gesamttestprogramms.

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Dazu zählen zum Beispiel ein "Wing Break Test" für die Tragflügelstruktur, aber auch die Flugerprobung inklusive einer Festlegung der zuzulassenden Maximalmassen - etwa für die maximale Abflugmasse, maximale Landemasse, etc.

Ermüdungstests sind nicht nur für Sicherheit sondern auch für Garantien wichtig.

Ein Testprogramm muss die später zu erwartenden Einsatzbedingungen berücksichtigen:
  • Flugzeugmassen
  • Geschindigkeiten
  • Höhen
  • etc.

Ground-Air-Ground Cycle wird simuliert, um alle wichtigen Boden- und Luftlasten zu simulieren.

Unterschieden werden gemeinhin 4 Kategorien von Tests:
  • Flug- & Bodenlasten
  • Lärmlasten (Triebwerk, Grenzschichtlärm)
  • Fail-Safe
  • Funcional test

Manchmal das größte Problem: Auch das Test-Equipment (also die Prüfausrüstung und nicht der Prüfling) muss dem Test standhalten.




6.4. Kosten

Die Cashflow-Analyse dient dem Flugzeughersteller dazu, ein geplantes Projekt auf seine Wirtschaftlichkeit hin zu untersuchen.

Es handelt sich dabei um eine reine Liquiditätsbetrachtung, in der die Geldströme (Einnahmen und Ausgaben) über der Zeit dargestellt werden.

Als Ergebnis erhält man eine Übersicht über die zum jeweiligen Betrachtungszeitpunkt entstehenden Überschüsse beziehungsweise Unterdeckungen, inklusive deren Verzinsung. Jenen Punkt (dargestellt nach Zeit und Anzahl der Flugzeuge), an dem die Investitionen durch die Erlöse ausgeglichen werden, bezeichnet man als Break Even.

Die wichtigsten Elemente einer Cashflow-Analyse sind:
  • Einnahmen: Anzahlungen durch Kunden, Umsatzerlöse, Subventionen, etc.
  • Ausgaben: NRC (Non Recurring Cost = „Entwicklungskosten“), RC (Recurring Cost = „Produktionskosten“), Lohn, Material, Vertrieb, Verwaltung, Zinsen, etc.
  • Zeitrahmen: Entwicklungszeit, Programmdauer
  • Stückzahl: Produktionsrate über der Zeit (Kadenz)

Über den Lebenszyklus eines Flugzeugs (oder auch Flugzeugprogramms) entstehen für die Luftfahrtstakeholder verschiedene Kosten. Sie entstehen sowohl beim Entwickler beziehungsweise Hersteller als auch beim Betrieb und ggf. bei der Ausmusterung oder Entsorgung des Flugzeugs.

Aus Hersteller- beziehungsweise Entwicklerperspektive lassen sich die Kosten beispielsweise aufteilen in Entwicklungskosten und Produktionskosten. Die Entwicklungskosten lassen sich als NRC (Non Recurring Costs) auf die Anzahl der Produktionseinheiten (zum Beispiel 200 Flugzeuge) umlegen (quasi als Fixkosten). Die Produktion von beispielsweise Zelle, Triebwerk und Ausrüstung ist mit Recurring Costs - RC (also quasi variablen Kosten) verbunden. Die Preisbildung für das Produkt Flugzeug muss für den Vertrieb des Herstellers beides berücksichtigen. Je nach Stückzahl eines Flugzeugprogramms können dabei die einzelnen Posten in der Zusammensetzung der Kosten sehr unterschiedliche Größenverhältnisse haben.

Für den Betreiber wird zwischen DOC (Direct Operating Costs) und IOC (Indirect Operating Costs) unterschieden. Dabei lassen sich die DOC im Wesentlichen einem konkreten Flugzeug zuschreiben (zum Beispiel Versicherungen, Wartung, Treibstoff, Gebühren, Abschreibung & Zinsen für Fluggerät & Ersatzteile, etc.) und die IOC sind gewissermaßen Nebenkosten, die nicht unmittelbar durch den Betrieb eines konkreten Flugzeugs entstehen (Schulungen, Kosten für Gebäude, Ticketverkauf, etc.). Klammert man aus den DOC das Thema Abschreibung & Zinsen für Fluggerät & Ersatzteile aus, so lassen sich die verbleibenden DOC als COC (Cash Operating Costs) bezeichnen. Zu der Perspektive des Betreibers jedoch mehr in Unterkapitel 7. Flugzeugbetreiber.

Nach der Ausmusterung aus dem aktiven Flugbetrieb hat das Flugzeug in der Regel noch einen signifikanten Restwert. Es wird in der Regel dann nicht direkt der Verschrottung zugeführt, sondern es werden Geräte, Aggregate oder ganze Systeme demontiert, die überholt und wiederverwendet werden können.

Die COC sind für den wirtschaftlichen Flugbetrieb von großer Bedeutung und spielen daher bei der "Kaufentscheidung" einer Luftverkehrsgesellschaft eine große Rolle.
Tendenziell gilt: Mit zunehmender Reichweite nimmt der Anteil der Treibstoffkosten an den COC zu und der Anteil der Wartung ab. Daraus lässt sich für den Hersteller ableiten, dass sich ein wartungsfreundliches Kurzstreckenflugzeug und ein Treibstoff-effizientes Langstreckenflugzeug im Martvergleich besonders gut verkaufen lassen, da die Kostensensitivität hier jeweils besonders hoch ist.

Kommunalität

Kommunalität spielt für den Flugzeughersteller und auch die Zulieferer eine große Rolle, wenn es darum geht, Kosten zu sparen, da insbesondere Entwicklungskosten gespart werden können. Anschaulich wird dies etwa in der Automobilindustrie, wo die Anzahl der Modelle und Modellvarianten weiter steigt, jedoch immer mehr Modelle von Herstellern oder Hersteller-Konsortien auf einer Plattform beziehungsweise einem Baukastenprinzip beziehungsweise modellübergreifend gemeinsamen Antriebs- und / oder Bodengruppen aufbauen (Anschauliches Beispiel: Modularer Längsbaukasten (MLB) vom VW-Konzern).

Gleiches gilt auch seit Jahrzehnten in der Luftfahrt, denn:
Kommunalität senkt nicht nur die Kosten in der Herstellung, sondern spielt auch eine sehr wichtige Rolle bei der Entscheidung einer Fluggesellschaft für ein neues Flugzeugmodell.

Eine Übersicht über die Produkthierarchie beziehungsweise den Produktstammbaum einiger Flugzeugfamilien und deren Ausführungen am Beispiel des Herstellers Airbus konnten Sie bereits oben sehen.

Kommunalität betrifft unterschiedliche Flugzeugkomponenten:
  • Triebwerke
  • Cockpit - „Cross Crew Qualification“
  • Zellenbausteine (Struktur)
  • Verschiedene Subsysteme

Kommunalität zahlt sich umso mehr aus, je größer die Flotte ist.

Kommunalität ist also keine direkte Größe bei den DOC. Vorteile der Kommunalität können nur für jede Fluggesellschaft individuell ermittelt werden.

Im Stile einer analytischen Formel lässt sich die funktionale Abhängigkeit, wie sehr sich die Kommunalität K lohnt, formulieren als Funktion von Flottentyp, Flottengröße, etc.:
K = f(Flottentyp, Flottengröße, etc.)

Doch wo spart der Betreiber durch Kommunalität genau?

Primäre Einsparpotentiale
  • Verringerung der Piloten-Trainingszeiten & -kosten
  • Verringerung der Simulatorzahlen & -zeiten
  • Verbesserte Produktivität der Piloten (flexibel einsetzbar, CCQ)
  • Verringerung der Ersatzteilhaltung für Triebwerk, Zelle & (Sub-) Systeme
  • Verringerung der Wartungskosten

Sekundäre Einsparpotentiale
  • Verringerung der Administrationskosten für den Piloteneinsatz
  • Verringerung des Trainingsaufwands für das Wartungspersonal
  • Verringerung des Trainingsaufwands für das Kabinenpersonal

Wo realisieren die Hersteller Kommunalität konstruktiv?

Zwischen den verwandten Baureihen eines Herstellers (zum Beispiel zwischen allen Wide Body beziehungsweise Twin Aisle Flugzeugen eines Herstellers innerhalb einer Flugzeuggeneration oder sogar darüber hinaus) bestehen zum Beispiel Kommunalitäten hinsichtlich:
  • Cockpit
  • Rumpf (ggf. gekürzt oder verlängert im Vergleich zum Basismodell)
  • Tragflügel (ggf. bis auf verschiedene Triebwerksinstallation)
  • Fahrwerk
  • Systeme (ggf. bis auf Triebwerkssteuerung)
  • Leitwerk

Kommunalität durch Technologietransfer spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn in einer anderen Flugzeugkategorie bei einer Neuentwicklung oder Überarbeitung (zum Beispiel von einem Kurzstreckenflugzeug) Technologien eingesetzt werden, die sich auch auf ein Langstreckenflugzeug übertragen lassen.
  • Systemtechnologie
  • Flugführungs- & Steuerungsintegration
  • Cockpitlayout
  • Triebwerke & Triebwerksintegration
  • Faserverbundwerkstoffe
  • Software allgemein
  • etc.

Auch abseits solch neuer Technologien lassen sich bestehende Entwicklungen auch zwischen verschiedenen Baureihen, die eigentlich unterschiedlich ausgelegt sind, übertragen. So etwa wenig flexible aber über einen breites Marktsegment verteilbare einheitliche Rumpfquerschnitte, die auch für eine neue Baureihe von einer bestehenden Baureihe übernommen werden können (machen verschiedene Hersteller seit Jahrzehnten). So findet man identische oder nahezu identische Rumpfquerschnitte bei verschiedensten Baureihen von Flugzeugen.

Kommunalität hinsichtlich Rumpf und Kabine verringert den Flugbegleitern (der Cabin Crew) den Arbeitsaufwand. Kommunalität im Cockpit erleichtert den Piloten (der Flight Crew) das Umlernen auf ein neues Flugzeugmuster.

Künftige Entwicklungen werden immer mehr inkrementelle Anpassentwicklungen anstatt kompletter Neuentwicklungen sein.


7. Flugzeugbetreiber (Einführung)

Der direkte Kunde des Flugzeugherstellers ist der Flugzeugbetreiber. Der Fluggast ist als direkter Kunde des Flugzeugbetreibers nur indirekter Kunde des Flugzeugherstellers.

Da der Flugzeugbetreiber (Fluggesellschaft / Luftverkehrsgesellschaft / Airline) möglichst viel Einnahmen mit dessen Kunden (den Fluggästen) generieren möchte, muss der Flugzeughersteller das Flugzeug natürlich so herstellen, dass es die Bedürfnisse von Flugzeugbetreiber (insbesondere wirtschaftlicher Betrieb, aber auch Kundenzufriedenheit) und Fluggast ("gute" Flugreise - zum Beispiel schnell, zuverlässig, bequem) zufriedenstellend erfüllt.

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Der Flugzeugbetreiber zählt daher zu den Kernelementen im Atommodell des Lufttransportsystems.

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Dieses Unterkapitel bietet eine Einführung in den Themenkomplex des Flugzeugbetreibers. In Kapitel 4. Flugbetrieb (Flugführung & Air Traffic Management) wird weiter auf betriebliche Aspekte eingegangen, die hier nur oberflächlich angesprochen werden.

Produkt Flugreise

Neben der Beförderung einer Person zwischen zwei Orten umfasst das Produkt Flugreise eine Reihe weiterer Elemente, die alle Einfluss auf die Effizienz und insbesondere die Wirtschaftlichkeit haben:
  • Sicherheit
  • Flugplan
    • Beflogenes Streckennetz
    • Bedienungsfrequenz (pro Tag & Woche)
    • Abflug- / Ankunftszeiten
    • Flugdauer
  • Flexibilität
    • Reservierung
    • Sitzverfügbarkeit
    • Kostenlose Umbuchung
  • Service
    • Vor dem Flug: Zubringerdienste mit Omnibus, Abholservice vom Hotel, Lounges, Online-Check-In, spezielle Abfertigungsschalter
    • Während des Fluges: Sitzkomfort, Verpflegungsservice (Lunchbox bis zum 5-Gänge-Menü mit Auswahl des Hauptgerichts), Getränkeservice, Unterhaltungsangebot, Flugbegleitung (mehrsprachig, freundlich, etc.), „Give-Aways“
    • Nach dem Flug: Transfer zur Stadtmitte (Paris, New York, etc.), Lounges (inkl. Duschkabinen nach Langstreckenflügen etc.)
Die Berechenbarkeit einer Flugreise ist wichtig.
  • Regelmäßigkeit (auch bei schlechtem Wetter) & Pünktlichkeit (nicht mehr als 15 Minuten Verspätung bei Abflug)
  • Hauptursache für Verspätungen:
    • Reaktion auf vorherige Verspätungen 
    • Turn-Around Time Verzögerungen
Die durchschnittliche Verspätung der Abflugzeit ist dabei vom Jahr 2013 (etwa 9Min) zum Jahr 2017 (12Min bis 13Min) angestiegen (sukzessive über jedes der 5 Jahre im Betrachtungszeitraum). Erfasst und analysiert werden solche Verspätungen bei Eurocontrol vom CODA (Central Office for Delay Analysis). Nur ein geringer Anteil der Verspätungen ist auf den Bereich ATFCM (Air Traffic Flow and Capacity Management) zurückzuführen, sondern vielmehr auf Ereignisse am Boden.


7.1. Markt

Der Gewinn vor Zinsen und Steuern (EBIT - Earnings Before Interest and Taxes) schwankte vom Beginn des Jahrtausends bis zum Beginn der COVID-19-Pandemie jährlich zwischen etwa -4% (Verlust) und +9% (Gewinn) gemessen am Umsatz der Fluggesellschaften. Der Nettogewinn nach Steuern liegt in dem Zeitraum bei ähnlichen -7% bis +9% des Umsatzes.

Je nach Region, in der eine Fluggesellschaft schwerpunktmäßig tätig ist, ergeben sich pro Passagier ganz unterschiedlich hohe Gewinne. So lagen die Nettogewinne nach Steuern in den Jahren 2016 und 2017 in Nordamerika bei etwa 18$ pro Passagier, in Europa etwa beim weltweiten Durchschnitt von rund 9$ pro Passagier und in Afrika wurde tendenziell pro Passagier 1$ Verlust gemacht. Der Auslastungsfaktor (erzielte Passagierkilometer geteilt durch verfügbare Sitzkilometer) lag 2016 bis 2018 bei etwa 82%.

Die Luftverkehrsgesellschaften mit dem größten Marktanteil sollte man nach Passagiertransport und Frachttransport getrennt betrachten. Im Passagiertransport lässt sich der Marktanteil oder das Transportvolumen / die Transportarbeit nach Passagierkilometern (RPK) bemessen. Im Frachttransport können analog Frachttonnenkilometer (FTK - Freight Tonn Kilometers) ermittelt werden. Der Auslastungsfaktor in der Luftfracht (beförderte dividiert durch verfügbare Fachttonnenkilometer) lag 2016 bis 2018 mit etwa 49% deutlich unter dem Auslastungsfaktor im Passagierverkehr.

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Blickt man auf die Anzahl der Passagiere nach Fluggesellschaft in 2019, so ergibt sich ein ähnliches Bild, wie für die RPK in den Jahren 2016 ff. Allerdings sind im Vergleich nun die Low-Cost-Airlines, die tendenziell mehr kürzere Flugverbindungen anbieten, etwas weiter "oben" in der Statistik vertreten.

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Deregulierung

Deregulierung bedeutet
  • Freistellung des kommerziellen Luftverkehrs von allen, einst zum Schutz dieses jungen Gewerbes geschaffenen staatlichen Anordnungen & Reglementierungen & Entlassung der Luftverkehrsindustrie in den Wettbewerb des freien Marktes
  • In den USA durch den am 1. November 1978 in Kraft getretenen „Airline Deregulation Act“ eingeleitet
  • Damit wurde die seit 1938 existierende oberste Luftfahrt-Aufsichtsbehörde CAB mit Ablauf des Jahres 1984 ersatzlos abgeschafft

Die Deregulierung und der damit einhergehende weitestgehend freie Wettbewerb hat dazu geführt, dass einstige Fluggesellschaften aus dem Zeitalter eines noch hochgradig regulierten Luftverkehrsmarktes sich zu größeren Fluggesellschaften zusammengeschlossen haben beziehungsweise größere oder wettbewerbsfähigere Unterhemen einige Mittbewerber übernommen haben. In den USA (als einem weitestgehend deregulierten / liberalen und sehr großen Luftverkehrsmarkt im Binnen- und Außenluftverkehr) sind dadurch einige große Fluggesellschaften hervorgegangen, die heute zu den größten der Welt zählen (vgl. Statistik der RPK / Jahr oben).

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Neben den 3 großen Gesellschaften American Airlines, Delta Air Lines und United Airlines gibt es in den USA noch einige weitere Fluggesellschaften, die als "Major Airline Carrier" (Umsatz > 1 Milliarde $ pro Jahr) bezeichnet werden (Alaska Airlines, jetBlue, Southwest Airlines, etc.).

Regeln für einen liberalen europäischen Luftverkehr

Liberalität bedeutet nicht die Abwesenheit von Regeln, sondern lediglich die größtmögliche Allgemeingültigkeit und hohe Abstraktionsebene von Regeln, sowie den Umstand, dass der Staat lediglich die Regeln aufstellt und nicht selbst als Anbieter am Markt aktiv agiert.

Liberalität und Verbindlichkeit beziehungsweise fairer Wettbewerb im Europäischen Luftverkehrsmarkt sollten dabei umfassen:
  • Wettbewerbsregeln für den europäischen Luftverkehr müssen Einbindung in weltweites Netz berücksichtigen: 75% der europäischen RTK (Revenue Tonne Kilometers) grenzüberschreitend
  • Flugpläne der Fluggesellschaften sind auch in Zukunft zu koordinieren. Nur so kann begrenzte Flughafenkapazität „optimal und gerecht“ auf alle Wettbewerber verteilt werden.
  • Koordination der Tarife auch in Zukunft in gewissem Umfang sicherstellen. Damit ist eine gegenseitige Anerkennung von Beförderungsdokumenten und ein Wechsel der LVG möglich.
  • Marktzugang und Kapazitätsregelungen müssen sehr flexibel behandelt werden. Kleinere Marktteilnehmer müssen vor Verdrängungswettbewerb geschützt werden und der Marktzugang muss offen bleiben.
  • Subventionen müssen aus Gründen der Wettbewerbsverzerrung untersagt bleiben. Eine effektive Kontrolle eines solchen Verbots ist notwendig (schwierig bei (teil-) staatlichen Fluggesellschaften).
  • Es darf keine marktbeherrschenden Konzentrationen geben. Buchungssysteme müssen für jedermann offen bleiben.

Es zeigt sich, dass insbesondere aufgrund nationaler Interessen und der hohen Komplexität des Luftverkehrs mit den einhergehenden Risiken immer eine gewisse Tendenz der staatlichen Lenkung und der regulierenden Eingriffe in den Markt besteht. Deregulierung und Liberalisierung sind daher in der Praxis immer nur als relative und nicht als absolute Zustände vorzufinden.


7.2. Flugverbindungsnetzwerke & Typen von Airlines

Hub & Spoke vs. Point to Point

Hub & Spoke bezeichnet ein Netzwerk von Flugverbindungen, in dem kleinere Flughäfen auf Speichen (Spokes) an große Drehkreuze (Hub = Nabe) angebunden sind. Traditionell wird das Hub & Spoke Konzept eher mit klassischen (Legacy / Flag-Carrier) Airlines, zum Beispiel Lufthansa, American Airlines, etc. verbunden.

Point to Point bezeichnet ein Netzwerk, in dem Flughäfen weitestgehend direkt miteinander verbunden werden (Direktflugverbindungen). Üblicherweise wird das Point to Point Konzept eher mit Low-Cost-Airlines verbunden, zum Beispiel Ryanair, Southwest Airlines, etc.

Insbesondere in den USA gibt es aber auch klassische Airlines, die viele Direktflugverbindungen anbieten oder mit einer großen Anzahl an Hubs arbeiten (zum Beispiel Alaska Airlines) und die 3 großen American Airlines, Delta Air Lines und United Airlines, bei denen sich ebenfalls eine Vielzahl an Hubs (> 6) identifizieren lässt. Zugleich arbeitet jetBlue, die als Low-Cost-Airline gelten kann, mit einem Netzwerk, das zwar aus zahlreichen Direktverbindungen besteht, sich aber über Schwerpunktsetzung auch an Elemente aus Hub & Spoke anlehnt. Im US-Markt ist die Zuordnung Hub & Spoke = klassische Airline beziehungsweise Point to Point = Low-Cost-Airline deutlich weniger einschlägig als in Europa (sowie Asien und Afrika), wo dies in den letzten Jahren weitestgehend gut unterscheidbar war, da sich bei den klassischen Fluggesellschaften aufgrund einer verhältnismäßig geringen Anzahl der Inlandsverbindungen hier in der Regel nur 1 bis 2 Hubs identifizieren lassen.

Marktanteile
Die weltweiten RPK teilen sich etwa zu 75% auf klassische Fluggesellschaften und zu etwa 25% auf Low-Cost-Airlines auf, wenn man nur nach diesen beiden Typen unterscheidet.

Nimmt man in Europa die Lufthansa als Beispiel, so stellt man fest, dass fast alle Flugbewegungen (national, europäisch oder interkontinental) an den beiden Hubs Frankfurt oder München beginnen oder enden. Der Anteil der interkontinentalen Flugbewegungen an den Flugbewegungen der Lufthansa ist dabei relativ hoch. Grundsätzlich gilt: Das Kerngeschäft der Flag Carrier ist typischerweise der Interkontinentalverkehr. Aufgabe der kontinentalen und regionalen Flugverbindungen bei einem Flag Carrier ist es oft auch, die Interkontinentalverbindungen der Airline mit Passagieren zu versorgen.

Als alternatives europäisches Beispiel kann easyJet herangezogen werden. Die Fluggesellschaft bietet zahlreiche Direktverbindungen an. Zwar sind auch hierbei einzelne Schwerpunkte, jedoch keine eindeutige Konzentration von Flugbewegungen über Hubs zu erkennen.
Der Anteil der interkontinentalen Verbindungen ist überdies gering und konzentriert sich weitestgehend auf die Bereiche:
  • Kontinentaleuropa - Kanaren / Nordwest-Afrika
  • Europa - Naher Osten


7.3. Bodendienste

Organisation einer Station

Flugzeuge verdienen ihr Geld im Flug, am Boden kosten sie nur Geld. Daher ist eine zeitminimale Fluggast-, Gepäck- und Flugzeugabfertigung am Boden wichtig. Eine passagierfreundliche Bodenabfertigung ist ein wichtiges Markenzeichen einer Fluggesellschaft. Die Bodendienste beziehungsweise die Station ist die Schnittstelle der Fluggesellschaft zum Flughafen.

Vor Beginn des Flugbetriebs sind für neu anzufliegende Orte die abfertigungstechnischen Voraussetzungen zu schaffen. Anschließend bleibt zu klären, ob Eigen- oder Fremdabfertigung auf dem Flughafen wirtschaftlich sinnvoller ist.

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Die IATA empfiehlt allen Staaten, die freie Wahl des Abfertigungskonzepts zu ermöglichen. Dennoch verpflichtet die Gesetzgebung in manchen Ländern und an manchen Flughäfen alle "fremden" (also ausländischen) Fluggesellschaften, die örtlichen Dienste zu nutzen.

Bei der Eigenabfertigung durch die Fluggesellschaft sind folgende Umstände und Betriebsabläufe zu klären:
  • Welche Abfertigungsgeräte sind auf dem betreffenden Flughafen vorhanden, in welchem Zustand befinden sie sich, wie viele werden benötigt?
  • Existieren eigene Funksprech- & Nachrichtenverbindungen, kann ein Anschluss an die Home Data Base geschaltet werden?
  • Möglichkeit der Hotelunterbringung von Fluggästen & Crew? Gibt es u. U. eigene Lounges?
  • Regelung der behördlichen Abfertigung (Zoll-, Passkontrolle, etc.)
  • Höhe der Kraftstoffpreise & Gebühren für Fluginformationsdienste
  • Qualität der örtlichen Bordverpflegung & Hygiene
  • Kann Personal der Fluggesellschaft vor Ort eingesetzt werden

Eine detailliertere Auseinandersetzung mit Fluggesellschaften als Flugzeugbetreibern, sowie dem technischen Bereich im Luftbetrieb findet in Kapitel 4. Flugbetrieb (Flugführung & Air Traffic Management) statt. Eine Einführung zum Flughafen erfolgt im folgenden Unterkapitel  8. Flughafen (Einführung).


8. Flughafen (Einführung)

Der Flughafen ist die infrastrukturelle Anbindung des Luftverkehrs an "den Rest der Welt".

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Der Flughafen zählt daher zu den Kernelementen im Atommodell des Lufttransportsystems.

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Aufgrund der Relevanz und der bestehenden Wechselwirkungen zwischen Flughafen und Flugsicherung / Flugsicherungskoordination, sind vertiefende Inhalte zum Flughafen auch in Kapitel 4. Flugbetrieb (Flugführung & Air Traffic Management) zu finden.



8.1. Überblick, Historie, Konzepte zum System Flughafen

Der Flughafen ist ein komplexes System mit einer Reihe wichtiger Anlagen und Einrichtungen, die weit mehr als eine reine Flugbetriebsfläche darstellen. Das System Flughafen ist ein Schnittstellensystem zwischen dem bodengebundenen Verkehr und dem Luftverkehr. Es lässt sich daher auch in eine Landseite und eine Luftseite einteilen. Der geometrische beziehungsweise bauliche Aufbau von Flughäfen ist oft durch die Umgebung und die Geschichte geprägt. Daher sind relativ neue und rural (ländlich) gelegene Großflughäfen, die von vornherein als solche geplant wurden, anders aufgebaut als historisch gewachsene Flughäfen im urbanen (also städtisch geprägten) Umfeld. Auch in Deutschland haben die wachsenden Städte im Laufe des 20. und frühen 21. Jahrhunderts ihre Auswirkungen auf die Flughäfen gehabt.

Historie Berlin Tempelhof (THF / EDDI)

Dieser einstige Flughafen, der heute fast in der Mitte Berlins liegt, gilt als einer der ersten Verkehrsflughäfen Deutschlands (Betriebsbeginn 1923, Betriebsende 2008). Die Betonung liegt auch deshalb auf Verkehrsflughafen, da bereits zuvor militärische Luftfahrt - so etwa seit dem 1. Weltkrieg auf dem Lechfeld bei Augsburg - stattfand und auch in Hamburg bereits seit 1911 zivile Luftfahrt stattfand. Großer Vorteil von Tempelhof war lange die Lage als Stadtflughafen mit Anbindung über Straße und S-Bahn. Legendär wurden die Einsätze der "Rosinenbomber" zur Versorgung Westberlins über die "Berliner Luftbrücke" durch die US Air Force. Die sowjetische Blockade Westberlins führte alsdann jedoch auch zum Bau des Flughafens Berlin Tegel (TXL / EDDT), um eine leistungsfähige Anbindung Berlins herzustellen. Denn damals (wie auch später in den letzten Jahren des Betriebs Tempelhofs nach der deutschen Wiedervereinigung) galt: Nur Flugzeuge mit maximal etwa 40t Abflugmasse konnten aufgrund der kurzen Start- und Landebahnen (2094m beziehungsweise 1840m) in Tempelhof starten, zum Beispiel ATR 42, Canadair-, Saab-, Embraer-Modelle.

Überblick Flughafen Hamburg (HAM / EDDH)


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Der Flughafen "Hamburg Airport Helmut Schmidt" in Hamburg-Fuhlsbüttel ist nach heutigen Maßstäben ein verhältnismäßig zentrumsnaher Flughafen. Er ist ebenfalls über Straße (und inzwischen S-Bahn) angebunden. Die Startbahnlängen von 3250m (Bahn 05/23) beziehungsweise 3666m (Bahn 15/33) erlauben jedoch anders als einst in Tempelhof oder noch heute in London City (LCY / EGLC) auch Starts eines Airbus A380 mit 590t Abflugmasse. Im Vergleich zu anderen internationalen und größeren regionalen Flughäfen ist der Flughafen Hamburg in einem Punkt eher ungewöhnlich, der eher bei historisch gewachsenen als modernen Flughäfen vorzufinden ist: Er verfügt über gekreuzte Start- und Landebahnen. Gekreuzte Start- und Landebahnen stellen eine große Herausforderung an die Flugführung dar und ziehen (im Vergleich zu 2 parallelen Bahnen) Kapazitätsbeschränkungen nach sich.

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Das in den vergangenen Jahren weltweit größte Luftverkehrs-Drehkreuz ist Atlanta im Südosten der USA. Der Flughafen verfügt über 5 zueinander parallele Landebahnen mit Längen von 2743m bis 3776m. Dies ermöglicht eine enorm hohe Anzahl an Flugbewegungen je Zeiteinheit, wenn die 5 Bahnen unabhängig voneinander (und damit nicht nur geometrisch sondern auch zeitlich parallel) betrieben werden können.

Bahnausrichtung

Wesentlicher Nachteil eines Layouts mit parallelen Bahnen wie in Atlanta gegenüber einem Layout mit gekreuzten Landebahnen wie in Hamburg ist, dass das Landen und Starten nicht immer gegen den Wind sondern unter Umständen auch mit deutlichem Seitenwind notwendig ist. Die Gewichtigkeit dieses Arguments hängt davon ab, wie oft und mit welcher Windstärke die Winde vor Ort signifikant von den Hauptwindrichtungen, an denen sich die Bahnausrichtung orientiert, abweichen. Wo die Hauptwindrichtungen "ungünstig" liegen beziehungsweise die Windrichtung häufig und mit signifikanter Windstärke und Richtung variiert, aber eine hohe Kapazität erforderlich ist, ist gegebenen Falles auf ein Layout wie am Flughafen Tokio-Haneda (HND / RJTT) zurückzugreifen.

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Hier konnte durch die Lage in der Edo-Bucht über Landerschließung in der Bucht dieses raumgreifende Layout als Kompromiss zwischen Kapazitätsmaximierung und Windeinfluss gewählt werden. Ähnliches gilt beim Flughafen Chicago O'Hare (ORD / KORD), wo durch die Lage im Inland jedoch eine deutlich gedrungenere Geometrie mit den gekreuzten Bahnen resultierte.

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In Chicago wurden sogar bestehende Bahnen geschlossen, dafür gingen zuletzt neue Bahnen in die Planung.

Unabhängig von Fragen wie der Bahnausrichtung lässt sich das System Flughafen in Luftseite und Landseite unterteilen. Die Bahnen zählen dabei (natürlich) zur Luftseite, da sie die Anbindung des Flughafens an den Luftraum darstellen. Im Luftverkehr werden im System Flughafen verschiedene Elemente durchlaufen, die sowohl bei der Landung und den nachlaufenden Prozessen sowie beim Start und den diesem vorlaufenden Prozessen eine Rolle spielen.

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Das Terminal ist dabei im Prinzip die Schnittstelle zwischen dem Beginn der Luftseite auf dem Vorfeld (Apron) und der landseitigen Anbindung mit Parkplätzen, Straßen, Gleisanlagen, etc.

Zu den wesentlichen Flughafenanlagen und -diensten zählen:
  • Start- / Landebahnen (Runways)
  • Rollwege (Taxiways)
  • Tower für Flugführung / Flugsicherung
  • Navigationshilfen
  • Beleuchtung
  • Kraftstoffdepots
  • Passagierterminals & Vorfeld (Apron)
  • Frachtterminals & Vorfeld (Apron)
  • Terminal & Vorfeld für General Aviation (Privatfliegerei)
  • Catering-Service
  • Wartungshallen (Hangars)
  • Langzeit- & Kurzzeitparkplätze
  • Straßenanbindung
  • Anbindung an Bahn bzw. ÖPNV
  • Flughafenwartung & Winterdienst
  • Stromversorgung
  • Abwasseranlagen
  • Sicherheitszäune & Tore
  • Hotels
  • Industrieanlagen
  • Rettungsdienste & Feuerwehr
  • etc.

Kapazitätsengpässe europäischer Flughäfen

An zahlreichen europäischen Flughäfen lassen sich Kapazitätsengpässe beobachten. Eine Vergrößerung der Flughäfen ist daher mitunter von Seiten der Luftverkehrswirtschaft angeraten, jedoch besteht hier teils ein Konflikt mit den Siedlungs- und Gewerbegebieten, die sich in der Zwischenzeit um den jeweiligen Flughafen ausgebildet haben. Insbesondere bei älteren Flughäfen ist die Stadt über die Jahrzehnte teils um den Flughafen herum gewachsen und macht Erweiterungen schwierig. Auch bei Flughäfen, die nicht von der angrenzenden Stadt umschlossen wurden, hat die Lage des Flughafens oft zur Ansiedlung von Gewerbebetrieben um den Flughafen herum geführt, was zu ähnlichen Problemen bei einem Erweiterungswunsch führt. Wie auch bei zahlreichen anderen Infrastrukturprojekten (Straßenbau, Gleis- und Bahnhofsanlagen, Häfen oder Kraftwerke) bestehen oft insbesondere Konflikte zwischen gesamtgesellschaftlichen Wachstums- und Weiterentwicklungsinteressen und der persönlichen Betroffenheit der Anwohner und Berufstätigen vor Ort.

Besonders ausgeprägt waren die Kapazitätsengpässe hinsichtlich der Kapazitäten der Start- und Landebahnen und der Terminals und Vorfeldpositionen in den letzten etwa 20 Jahren an den europäischen Flughäfen in Frankfurt (FRA / EDDF) und Brüssel (BRU / EBBR). Kapazitätsengpässe primär hinsichtlich der Bahnen wurden überdies in London Heathrow (LHR / EGLL), London Gatwick (LGW / EGKK) und Madrid-Barajas (MAD / LEMD) festgestellt. Ein "Flaschenhals" primär hinsichtlich der Terminals und Vorfeldpositionen bestand hingegen in München (MUC / EDDM), Zürich (ZRH / LSZH), Mailand-Linate (LIN / LIML) und Oslo-Fornebu (FBU / ENFB).

Letzterer wurde vor rund 20 Jahren daher durch den Neubau Oslo-Gardermoen (OSL / ENGM) abgelöst, der nicht mehr auf einer Halbinsel im Inneren der Stadt, sondern deutlich außerhalb des Stadtgebietes liegt. Insbesondere in solchen Fällen ist selbstverständlich die Anbindung an die Stadt (in diesem Fall über eine mautpflichtige Schnellstraße oder eine Zugverbindung mit 22min Fahrtzeit zum Hauptbahnhof) enorm wichtig.

Wird von einem Neubau eines Flughafens abgesehen (zum Beispiel, weil ein Mangel an geeigneten Flächen besteht, die Investitionskosten zu hoch erscheinen oder andere Gründe dagegen sprechen), so kann eine Erweiterung des Start- und Landebahnsystems oder von Terminals und Vorfeldern jedoch ebenfalls nur dann gelingen, wenn geeignete Flächen zur Verfügung stehen. So wurde der Flughafen Paris-Charles-de-Gaulle (CDG / LFPG) im Jahr 2000 auf zwei paarweise nebeneinander angeordnete "Doublets" erweitert. Auf diesen geschickt angeordneten 4 Bahnen kann somit gleichzeitig je auf 2 Bahnen gelandet und auf 2 Bahnen gestartet werden.

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Auch der Flughafen Amsterdam Schiphol (AMS / EHAM) wurde wenig später (im Jahr 2003) erweitert, wobei die "Polderbaan" genannte neue Bahn deutlich abseits der bestehenden Flughafenanlagen liegt, da eine andere Anordnung aufgrund des vorhandenen Bauraums nicht möglich erschien.

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In Madrid hat man sich am Flughafen Madrid-Barajas (MAD / LEMD) um das Jahr 1998 aufgrund von Kapazitätsengpässen von einem Layout sich kreuzender Bahnen (ähnlich wie in Hamburg) verabschiedet und setzt seitdem auf ein System aus 4 paarweise parallelen Bahnen. Die Landebahnpaare sind jedoch anders als in Paris-Charles-de-Gaulle (CDG / LFPG) zueinander angewinkelt und nicht parallel versetzt, was besagte Vorteile bezüglich der Windrichtungen, jedoch tendenziell geringere Kapazitäten mit sich bringt, da die Bahnen oftmals nicht unabhängig voneinander betrieben werden können. Allerdings werden auch mit solchen Layouts bei geeigneten Überwachungssystemen hohe Kapazitäten erzielt und ein weitestgehend unabhängiger Betrieb der Bahnen immer mehr angenähert. Dies geschieht jedoch zum Preis eines vergleichsweise hohen Flächenbedarfs (flächenmäßig zweitgrößter Flughafen Europas im Jahre 2020 nach Paris CDG).

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Einen Kontrast zu diesen umfangreich erweiterten Flughäfen stellt London Heathrow (LHR / EGLL) dar. Der seit den 1950er Jahren in ähnlichem Layout bestehende Flughafen bewältigt noch heute mit nur 2 Bahnen rund 478000 Flugbewegungen pro Jahr. Möglich ist dies nur durch einen gänzlich unabhängigen Betrieb der beiden Bahnen voneinander. Durch die Parallelität und den großen Abstand zwischen den beiden Bahnen lassen sie sich als unabhängig voneinander betrachten und ermöglichen so mehr Flugbewegungen pro Zeiteinheit als in einem bedingt-abhängigen Betrieb wie in Paris-Charles-de-Gaulle (CDG / LFPG) oder Madrid-Barajas (MAD / LEMD).

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Eine Erweiterung Heathrows um eine dritte (ebenfalls als unabhängig zu betreibende) parallele Landebahn ist geplant. Einwände von Anwohnern wurden vom Supreme Court gehört, die Planung zunächst vorläufig gestoppt, letztlich jedoch im Jahr 2020 wieder eine Genehmigung für die Pläne erteilt: https://www.theguardian.com/environment/2020/dec/16/top-uk-court-overturns-block-on-heathrows-third-runway.

Eine signifikante Erhöhung der Anzahl der Flugbewegungen erscheint damit in London Heathrow (LHR / EGLL) realistisch, wenn die Nachfrage wieder nach erhöhten Kapazitäten verlangt.

Heutiger Betrieb von Flughäfen in Deutschland

Hamburg
Der Flughafen Hamburg (Hamburg Airport Helmut Schmidt) ist unter dem IATA-Kürzel HAM und dem ICAO-Kürzel EDDH bekannt. Während das 3-stellige IATA-Kürzel dem Fluggast beispielsweise vom Reisegepäck bekannt sein dürfte, sind die 4-stelligen ICAO-Kürzel weniger bekannt, tauchen jedoch etwa auf Luftfahrtkarten auf https://www.faa.gov/air_traffic/flight_info/aeronav/digital_products/, https://map.geo.admin.ch/?topic=ech&lang=de&bgLayer=ch.swisstopo.pixelkarte-farbe&layers=ch.bazl.luftfahrtkarten-icao&catalogNodes=687,702, https://skyvector.com/.

Betreiber des Flughafens Hamburg ist die Flughafen Hamburg GmbH (FHG). Die Gesellschafter der FHG sind zu 51% die Freie und Hansestadt Hamburg (die Anteile der Stadt hält die Gesellschaft HGV, die vollständig im Eigentum der Stadt Hamburg steht) und zu 49% die Hamburg Airport Partners GmbH. Die Hamburg Airport Partners GmbH ist eine Gesellschaft, über die private Investoren somit Minderheitsanteile am mehrheitlich im öffentlichen Eigentum befindlichen Flughafen Hamburg halten. Hier ist insbesondere der kanadische Infrastrukturinvestor PSP Investments aktiv. Über PSP ist auch die öffentliche oder private Altersvorsorge zahlreicher Angestellter oder privater Anleger am Flughafen Hamburg investiert. Ein wirtschaftlicher Betrieb des Flughafens ist also nicht nur für den öffentlichen Haushalt der Freien und Hansestadt Hamburg, sondern auch für die Altersvorsorge zahlreicher Privatpersonen von Interesse.

Mit 17,6 Millionen Fluggästen war das Jahr 2017 bisher das erfolgreichste Jahr in der Geschichte des Flughafen Hamburg (Stand 2021). In den letzten Jahren war die Anzahl der Passagiere jedoch rückläufig. Die Anzahl der jährlichen Flugbewegungen betrug in den Jahren 2016 bis 2018 jeweils etwa 160000. Seit Mai 2016 ist ein neues Luftfrachtzentrum in Betrieb, durch das das Luftfrachtaufkommen binnen weniger Jahre von etwa 28000 Tonnen pro Jahr auf etwa 36000 Tonnen pro Jahr gestiegen ist. Dabei bestehen noch erhebliche nicht ausgelastete Kapazitäten im Bereich Luftfracht. Das häufigste Ziel von Flügen vom Flughafen Hamburg ist das auf der Luftlinie etwa 700km entferne München.

Das Layout des Start- und Landebahnsystems ist mit einem gekreuzten Bahnenpaar heutzutage eher untypisch im Vergleich zu anderen internationalen und größeren regionalen Flughäfen. Dies deutet auf die lange Geschichte an diesem Standort hin. Mit einer Eröffnung bereits im Jahr 1911 gilt er als ältester Flughafen Deutschlands. Die Bahnlängen von 3250m (Bahn 05/23) beziehungsweise 3666m (Bahn 15/33) erlauben jedoch in Anbetracht der geringen atmosphärischen Höhe Hamburgs und des damit einhergehenden hohen Luftdrucks und der moderaten Temperaturen auch ganzjährig Starts und Landungen sehr großer Flugzeuge in der Klasse von Boeing 747 und Airbus A380.

Insbesondere in den frühen 2010er Jahren hatte sich der Flughafen einen ausgesprochen positiven Ruf erarbeitet. So erhielt der Flughafen Hamburg sowohl 2011 als auch 2012 von Skytrax die Auszeichnung „Best Regional Airport Europe“. Zudem erhielt der Hamburg Airport in den Jahren 2012 und 2013 den ACI (Airports Council International) Europe Award „Best Airport Europe“ in der Kategorie von 10 bis 25 Millionen Passagiere (Jahreswert). Dies ist auch auf die zahlreichen Investitionen rund um den Flughafen in den Jahren 2005 bis 2008 (unter anderem Anbindung der S-Bahn) zurückzuführen.

Im Jahr 2016 waren am Flughafen Hamburg ca. 15000 Personen beschäftigt. Dies umfasst neben den etwa 1900 Beschäftigten der Flughafen Hamburg GmbH auch etwa 7500 Mitarbeiter am Standort der Lufthansa Technik sowie Mitarbeiter von Fluggesellschaften, Behörden, etc.

Seit 2016 trägt der Flughafen zu Ehren des im Jahre 2015 verstorbenen SPD-Urgesteins, hamburger Ehrenbürgers, ehemaligen hamburger Innensenators, Bundesministers der Verteidigung und Bundeskanzlers die Bezeichnung "Hamburg Airport Helmut Schmidt".

München
Am "anderen Ende Deutschlands" liegt der Flughafen München (MUC / EDDM). Er trägt den Beinamen "Franz Josef Strauß" nach dem CSU-Urgestein, ehemaligen bayerischen Ministerpräsidenten und Bundesminister der Verteidigung, der im Jahr 1980 als Kanzlerkandidat gegen den Hamburger Helmut Schmidt unterlag. Ironischer Weise gilt der Bayer als einer der politischen Wegbereiter eines Unternehmens, das seinen größten Standort in Deutschland wiederum in Hamburg hat: Airbus.

Betreiber ist die Flughafen München GmbH. Anders als in Hamburg steht der Flughafen München vollständig im öffentlichen Eigentum. Gesellschafter sind der Freistaat Bayern (51%), die Bundesrepublik Deutschland (26%) und die Landeshauptstadt München (23%).

Mit etwa 45 Millionen Fluggästen in den Jahren 2017 und 2018 ist der Flughafen München etwa um den Faktor 3 größer als der Flughafen Hamburg. Die Passagierzahlen stiegen von 2010 bis 2018 jährlich streng monoton an. Die Anzahl der jährlichen Flugbewegungen betrug in den Jahren 2016 bis 2018 jeweils etwa 400000 und damit immerhin etwa 2,5 mal so viel wie am Flughafen Hamburg. Etwa 150000 Tonnen Luftfracht pro Jahr sind abermals ein Vielfaches der Luftfrachtmenge, die am Flughafen Hamburg umgesetzt wird.

Das Layout des Start- und Landebahnsystems ist mit einem parallel und relativ weit auseinander liegenden Bahnenpaar typisch für einen internationalen beziehungsweise Großflughafen. Die beiden Bahnen sind je 4000m lang. Mit einem Abstand von 2300m und einem Schwellenversatz von 1500m zueinander können die beiden Start- und Landebahnen nach den Regularien der ICAO unabhängig voneinander betrieben werden.

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Trotzdem ist eine dritte Bahn in Diskussion. Dazu wird unter anderem angeführt, dass das Luftverkehrswachstum am Standort zeitweise mit rund 7% deutlich über dem Marktdurchschnitt gelegen habe und daher ein Ausbaubedarf bestünde. Ein dazu im Jahr 2012 ausschließlich in der Landeshauptstadt München und nicht auch in den ebenfalls betroffenen Landkreisen und Gemeinden außerhalb Münchens durchgeführter Bürgerentscheid führte bei einer Beteiligung von nur 32,8% der Stimmberechtigten zu einer knappen Ablehnung einer dritten Bahn. Die Bindungsfrist dieses Bürgerentscheids ist inzwischen jedoch abgelaufen. Trotzdem ist die Stadt München (im Aufsichtrat des Flughafens vertreten durch den jeweiligen Oberbürgermeister) anders als die übrigen Gesellschafter (Bayern und Deutschland) bislang nicht bereit, eine dritte Startbahn anzugehen. Juristisch ist der Weg für eine dritte Startbahn entsprechend des Planfeststellungsbeschlusses des Bayerischen Verwaltungsgerichtshofs frei. Im Zuge der COVID-19-Pandemie sprach Ministerpräsident Söder nun davon, dass die Pläne für eine dritte Bahn bis auf weiteres nicht umgesetzt würden.

Der Flughafen ist nach deutschen Standards betrachtet sehr jung. Er wurde im Jahr 1992 in Betrieb genommen und ersetzte den Flughafen München-Riem.

Insbesondere für die Lufthansa und ihre Partner in der Star Alliance ist der Flughafen ein wichtiges Drehkreuz. Die Lufthansa operiert grob formuliert nach einem 2-Hub-System mit Frankfurt und München.

Als erster Flughafen Europas erhielt der Flughafen München "Franz Josef Strauß" das Qualitätssiegel "Five-Star-Airport". Im Jahr 2020 wurde der Flughafen München erneut als bester Flughafen Europas ausgezeichnet, über 12 Millionen Passagiere weltweit hatten sich an der Befragung beteiligt. Bei den jährlich verliehenen „World Airport Awards“ des Londoner Luftfahrtinstituts Skytrax erhält der Flughafen München zum 13. Mal innerhalb von 15 Jahren den Titel „Best Airport Europe“. Im weltweiten Vergleich belegt der Flughafen München den fünften Platz.

Im Jahr 2018 waren am Flughafen München etwa 38000 Personen beschäftigt.

Fluggastterminalkonzepte

Neben der Bahnausrichtung lassen sich Flughäfen auch nach dem Konzept für das Fluggastterminal (Abfertigungsgebäude) unterscheiden. Dabei können die einzelnen Fluggaststeige (Gates), die den Übergang von Terminal-Gebäude zu Flugzeug bilden, sehr unterschiedlich in ein Terminal-Gebäude eingebunden werden.

Unterschieden wird typischerweise in:
  • Pier- / Finger-Konzept
  • Satellitenkonzept
  • Transport-Konzept
  • Linear-Konzept
  • Modul-Konzept

Beim Pier- / Finger-Konzept gehen einzelne Piers wie Finger an einer Hand von einem Terminal-Hauptgebäude ab. An den einzelnen Piers liegen wiederum (mehrere) Gates. Es ist eine klassische Bauform insbesondere für mittelgroße internationale Verkehrsflughäfen. Es ist die vorherrschende Bauform zum Beispiel am Flughafen Amsterdam Schiphol (AMS / EHAM). Auch am Flughafen Los Angeles (LAX / KLAX) ist diese Bauform zu finden (vermischt mit Elementen aus dem Linear-Konzept).

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Beim Satelliten-Konzept besteht eine gewisse Ähnlichkeit zum Pier- / Finger-Konzept. Allerdings besteht in der Regel keine unmittelbare baulich-geometrische Anbindung der "Satelliten" an das Terminal-Hauptgebäude. Einzelne Gebäude sind als "Satelliten" vom Terminal-Hauptgebäude abgesetzt und beispielsweise über unterirdische Gänge zu erreichen. An den Satelliten wiederum befinden sich dann in der Regel über den gesamten Umfang verteilt die Gates. Dies hat den Vorteil, dass um die jeweiligen Satelliten herum sehr viele Flugzeuge einen Stellplatz erhalten können. Einen solchen Aufbau findet man fast nur an Großflughäfen und selten an Regionalflughäfen. Als Beispiel kann der Flughafen Paris-Charles-de-Gaulle (CDG / LFPG) insbesondere mit dem dortigen Terminal 1 gelten. Es ist teilweise auch an den Flughäfen München (MUC / EDDM) mit dem Satellitenkonzept für Terminal 2, Madrid-Barajas (MAD / LEMD) und Zürich (ZRH / LSZH) zu erkennen.

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Das Transport-Konzept bietet das Kontrastprogramm zum Satelliten-Konzept. Es kommt mit einem Minimum an baulicher Komplexität aus, da einzelne Stellplätze auf dem Vorfeld eingerichtet sind, die über kein eigenes Gebäude verfügen und von einem zentralen Terminal-Gebäude bedient werden. Diese Bauform ist tendenziell stärker bei Regionalflughäfen oder kleineren internationalen Flughäfen ausgeprägt.

Beim Linear-Konzept sind die Gates in einer (annähernd) geraden Linie nebeneinander angeordnet. Das erfordert zu den Seiten viel Platz und kann bei zahlreichen Gates zu sehr langen Wegen führen. An Hubs beziehungsweise Flughäfen mit zahlreichen Umsteigeverbindungen, kann eine solche Anordnung daher zu negativen Erfahrungen der Passagiere mit langen Umsteigezeiten führen. An Großflughäfen wie Atlanta Hartsfield-Jackson (ATL / KATL) wird diese Herausforderung durch eine große Anzahl von parallel zueinander verlaufenden (linearen) Terminals relativiert. Dieser Aufbau wird im Englischen auch über den Terminus "Concourses" (in etwa "Wandelhallen") beschrieben. Dafür sind dann leistungsfähige (unterirdische) Verbindungen zwischen den einzelnen Terminals beziehungsweise Consourses erforderlich. "Virtuell" entsteht so ein großes, relativ gleichmäßig verteiltes Terminal, in dem Umsteigewege in einem moderaten Rahmen gehalten werden können. Es ist auch die vorherrschende Bauform am Flughafen Dubai (DXB / OMDB), wobei das mangelnde Wachstumspotential des Flughafens die Vereinigten Arabischen Emirate zur Planung eines neuen Flughafens veranlasst hat. Das Linear-Konzept herrscht auch an Vorfeld 1 am Flughafen Hamburg (HAM / EDDH) vor (für Terminals 1 & 2).

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Als Modul-Konzept wird oft eine Art Mischform aus Pier- / Finger-Konzept, Satelliten-Konzept und Linear-Konzept umgesetzt. Sie lässt sich weitestgehend am Flughafen Beijing Capital (PEK / ZBAA) finden.

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Eine exakte Abgrenzung ist oft schwierig. Häufig sind bei realen Umsetzungen (insbesondere bei historisch gewachsenen Flughäfen) Mischformen (sowohl von Terminal zu Terminal als auch teilweise innerhalb von Terminals) zu erkennen. So lässt sich der Flughafen in Los Angeles (LAX / KLAX) als Mischung aus Pier- / Finger-Konzept und Linear-Konzept bezeichnen. Die bauliche Anordnung ist U-förmig. In Chicago ist am Flughafen O'Hare (ORD / KORD) eine Vermischung von Pier- / Finger-Konzept, Satelliten-Konzept und Linear-Konzept zu erahnen. Auch an Großflughäfen wie am Flughafen Dubai (DXB / OMDB) wird die bauliche Einrichtung der Terminals teils über Transportkonzepte über die Vorfelder erweitert, ohne dass ausgedehnte bauliche Erweiterungen notwendig sind.

Zukunftsprojekte?

Dubai World Central (DWC) ist ein geplanter Großflughafen in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Der Flughafen soll auf dem bestehenden Al Maktoum International Airport aufbauen. Bei einer geplanten Fertigstellung im Jahr 2027 soll eine Kapazität für jährlich 160 bis 260 Millionen Passagiere bestehen. Falls die Nachfrage damit mithalten kann, würde der Flughafen dann zum größten Flughafen der Welt - gemessen an der Passagieranzahl. Im Jahr 2019 war das Luftverkehrsaufkommen auf dem bestehenden Al Maktoum International Airport noch vergleichsweise überschaubar. Nach anfangs 6 geplanten Bahnen soll der neue Flughafen nun mit 5 Bahnen auskommen und den bestehenden Dubai International Airport (DXB / OMDB) voraussichtlich nicht ersetzen sondern ergänzen. Eine Herausforderung ist, dass große Dimensionen auch lange Roll- und Abfertigungswege nach sich ziehen. Die Nutzung eines solchen Flughafens lohnt dann oft nur noch bei sehr umfangreichen Verkehrsströmen über sehr große Distanzen. Rund um den Flughafen wird eine Stadt inklusive Gewerbegebiet geplant. Der gesamte Komplex soll dann eine Fläche von etwa 140 Quadratkilometern einnehmen.

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Der Flughafen Berlin Brandenburg (BER / EDDB) ist inzwischen tatsächlich in Betrieb...
Im Jahr 2020 konnte durch den neuen Hauptstadtflughafen der Flughafen Berlin-Tegel (TXL / EDDT) abgelöst werden. Aufgrund fehlerhafter Bauplanung, mangelnder Bauaufsicht und umfangreicher technischer Mängel war der Eröffnungstermin insgesamt 7 Mal verschoben worden. Er geht in einem Zeitraum in Betrieb, in dem das Passagieraufkommen im Luftverkehr dramatisch eingebrochen ist. Medial wenig präsent ist der Umstand, dass es sich keinesfalls um einen gänzlichen Neubau, sondern vielmehr um einen Ausbau des vormaligen Flughafens Berlin-Schönefeld (SXF) handelt. Von Berlin-Schönefeld wird auch der ICAO-Code EDDB übernommen. Geplant war die Namensgebung Berlin Brandenburg International. Auch hier durfte letztlich wieder ein verstorbener Politiker als Namenspate dienen. Inzwischen sind zu Ehren des ehemaligen SPD-Politikers, berliner Bürgermeisters und Bundeskanzlers die Bezeichnungen Berlin Brandenburg Airport Willy Brandt oder Flughafen Berlin Brandenburg „Willy Brandt“ üblich.


8.2. Anforderungen an Flughäfen

Ähnlich dem Pflichtenheft für einen Flugzeugentwurf liegen auch den Flughafenplanern Anforderungskataloge vor.

Anforderungen an einen Flughafen
  • Funktionsgerechter & sicherer Betrieb
  • Evtl. 24-Stunden-Betrieb
  • Akzeptanz & Wirtschaftlichkeit
  • Gute Erreichbarkeit über Schiene & Straße
  • Minimierung der Umweltbelastungen
  • Raumverträgliche Einordnung

Parameter zur Flughafenauslegung
  • Anzahl & Richtung der Start- / Landebahnen (Runways)
  • Anzahl der Rollwege (Taxiways)
  • Größe & Form des Vorfeldes (Apron)
  • Geländeform der verfügbaren Landfläche
  • Bodenbeschaffenheit
  • Navigationshindernisse
  • Landverbrauch innerhalb & außerhalb des Flughafenwachstums
  • Meteorologie (z.B. typische Temperaturen und Luftdrücke)
  • Größe der geplanten Flughafenanlagen
  • Vorherrschende Windrichtung bestimmt Runway-Ausrichtung

Insbesondere im urbanen Umfeld - etwa an Flughäfen, die zumindest teilweise in der Stadt liegen oder unmittelbar an das Stadtgebiet angrenzen, wie dies in Hamburg der Fall ist - hat das Thema Fluglärm und dahingehender Lärmschutz eine hohe Bedeutung für die Beziehung zwischen Flughafen und Bevölkerung / Gesellschaft beziehungsweise den lokalen Anwohnern.

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Lärmkarten können einen Eindruck davon vermitteln, wo die Belastung im Umfeld des Flughafens signifikant ist. Im Falle Hamburgs fällt insbesondere die asymmetrische Verteilung der festgestellten Lärmindizes nach Start- und Landebahnen auf. Vor der Landebahn 33 beziehungsweise hinter der Startbahn 15 (also im Südosten der Karte) befinden sich dicht besiedelte Gegenden (rund um die Stadtteile Winterhude, Barmbek, Uhlenhorst und Eilbek sowie den Stadtpark). Hier ist der "Profilabdruck" des Lärmteppichs im Vergleich zu den anderen Bahnen vermindert. Im Gegenzug ist der "Profilabdruck" des Lärmteppichs im Bereich westlich von Norderstedt (also nordwestlich des Flughafens) in Verlängerung der Bahn 33 erhöht.

Hier zeichnet sich ab, dass Überflüge über dicht besiedelte Gebiete (soweit dies der Windeinfluss und andere Einflussfaktoren zulassen) vermieden werden. Auch darüber hinaus werden An- und Abflugrouten entlang von Lärmminderungsstrecken gelegt (Minimum Noise Routings). Die gewählten Maßnahmen und Routen sind dabei immer Kompromisse aus Lärmminderung und anderen Argumenten (inklusive Flugsicherheit und Minimierung des Treibstoffverbrauchs).

In Unterkapitel 10. Luftverkehr & Umweltfindet eine weitere Auseinandersetzung mit dem Thema Fluglärm statt.

Die Interaktion mit dem Flugzeug, der Turnaround und die Beziehungen zwischen Luftverkehrsaufkommen und Flughafen werden in Kapitel 4. Flugbetrieb (Flugführung & Air Traffic Management) detaillierter betrachtet.


9. Flugsicherung (Einführung)

Dieses Kapitel bietet eine Einführung in das Thema Flugsicherung.

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Dieses Unterkapitel gibt lediglich eine kurze Einführung in das Thema Flugsicherung und ordnet die Flugsicherung im Zusammenhang zum Lufttransportsystem ein. Eine detailliertere Auseinandersetzung mit Themen zur Flugsicherung findet in Kapitel 4. Flugbetrieb (Flugführung & Air Traffic Management) statt.

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9.1. Luftraumstruktur

Grundstruktur des Luftraums

Die Luftraum-Globalstruktur ist ein komplexes, dreidimensionales Gebilde. Horizontal sind die Grenzen des bundesdeutschen Luftraums nahezu identisch mit den geographischen Landesgrenzen (Ausnahme: Nordsee).

Höhenangaben beziehen sich grundsätzlich auf die Meereshöhe. Höhenangaben, die sich auf die Höhe über Grund beziehen, sind um den Zusatz GND erweitert. Zudem gibt es quasi "virtuelle" Höhenangaben - sogenannte Flugflächen.

Höhenangaben erfolgen in der Luftfahrt oft abweichend vom sonstigen Messwesen in Deutschland nicht gemäß des Internationalen Einheitensystem (SI) in Metern (m) oder Kilometern, Millimetern, etc. sondern oft in der Einheit Fuß (ft).

Vertikale Aufteilung des Luftraums:
  • Unterer Luftraum: Erdoberfläche (ground - GND) bis Flugfläche (Flight Level - FL) 245
    • Flugflächen sind in Schritten von 100ft festgelegt
    • FL 245 entspricht daher 24500ft
  • Oberer Luftraum: Ab FL 245

Innerhalb dieser Einteilung liegt der kontrollierte Luftraum:
  • Untere Grenze: 2500ft GND (in Nahverkehrsbereich auch 1700ft GND bzw. 1000ft GND)
  • Obere Grenze: FL 460
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Gängige Abkürzungen

  • CTR = Kontrollzone (Control Zone)
  • ED-D = Gefahrengebiet (Danger Area)
  • ED-R = Flugbeschränkungsgebiet (Restricted Area)
  • FL 100 = Flugfläche 100 Flight Level 100 (= 10000ft)
  • GND = Erdoberfläche (Ground)
  • HX = Voraussichtlich am Wochenende nicht aktiv
  • IFR = Instrumentenflugregeln (Instrument Flight Rules)
  • TMZ = Transponder Mandatory Zone
  • VFR = Sichtflugregeln (Visual Flight Rules)

Vertikale Luftraumstruktur in Deutschland

Flugflächensystem

Das Flugflächensystem ist eine wesentliche Voraussetzung zur Vermeidung von Kollisionen im Luftraum. Es dient unter anderem zur Gewährleistung ausreichender Höhenseparation zwischen den Luftfahrzeugen. Die Höhenanzeige im Cockpit erfolgt über eine barometrische Höhenmessung und wird auf dem barometrischen Höhenmesser (Altimeter) angezeigt. Die Höhenmessung findet also indirekt über den Luftdruck statt, weshalb die angezeigte Höhe nur bei korrektem Referenzdruck richtig ist.

Folgende Druckwerte kommen zur Anwendung:
  • QFE: Auf dem Flugplatz herrschender Luftdruck
  • QNH: Luftdruck in der Höhe NN (Meereshöhe), der über den Normalverlauf der ISA (Internationalen Standardatmosphäre) oder ICAO-Normatmosphäre aus dem in Platzhöhe gemessenen QFE berechnet wird. Dabei ist 1013,25 hPa der Luftdruck der Normatmosphäre in NN.
  • QFF: Luftdruck der aktuellen Atmosphäre in NN.
Die Abkürzungen sind ein Relikt aus dem für die Morsetelegraphie entwickelten Q-Code.

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Jedem Luftfahrzeug, das mit dieser Einstellung fliegt, wird so eine Druckfläche zugewiesen. Da alle Luftfahrzeuge auf diesen Druck- / Flugflächen fliegen und bezüglich der aktuellen Atmosphäre jeweils den gleichen „Fehler“ machen, ist die Höhenseparation untereinander gewährleistet.

Es besteht jedoch ein unterschiedliches Vorgehen beim Fliegen nach Sicht- (VFR) und Instrumentenflugregeln (IFR):
  • VFR-Flüge (Visual Flight Rules) / Sichtflugregeln:
    • QNH-Einstellung bis zu einer Höhe von 5000ft bzw. 2000ft GND auf realen, lokalen Druck (QFE oder QFF)
    • darüber 1013,25hPa-Einstellung (Normatmosphäre)
  • IFR-Flüge (Instrument Flight Rules) / Instrumentenflugregeln:
    • QNH-Einstellung (berechnet) am Start und erstmal für Start & Steigflug verwendet
    • ab Erreichen der Transition Altitude (TA) also der Übergangshöhe (z.B. 5000ft) Übergang auf 1013,25 hPa-Einstellung (Normatmosphäre)
Der Wechsel von Bezug zur Normatmosphäre auf QNH wird dann beim Sinken an einem Transition Level (TRL) also einer Übergangsfläche, die einem FL entspricht, orientiert.

Wichtig ist der Merksatz:
"Vom Hoch ins Tief geht's schief!"
Das bedeutet: Fliegt ein Flugzeug von einem Hochdruckgebiet in ein Tiefdruckgebiet und hält dabei die Druckhöhe, so sinkt es tatsächlich, da im Tiefdruckgebiet der gleiche Druck wie im Hochdruckgebiet auf einer geringeren tatsächlichen Meereshöhe herrscht.
Mögliche Folge: CFIT

Aufbauend auf Höhenmessung und einer Aufteilung in der Flugrichtung in zwei Hälften (missweisender Kurs 0° bis 179° und 180° bis 359°) ergibt sich das System der Halbkreis-Flughöhen.

Die Halbkreisflughöhenregel in Fuß für VFR-Flüge lautet:
  • 0° bis 179°: Ungerade Tausender + 500ft
  • 180° bis 359°: Gerade Tausender + 500ft

Die Halbkreisregel für IFR-Flüge lautet:
  • 0° bis 179°: Ungerade Tausender (FL = (30 + 20n) mit n als natürliche Zahl inklusive 0)
  • 180° bis 359°: Gerade Tausender (FL = (20 + 20n) mit n als natürliche Zahl inklusive 0)
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9.2. Navigation

Navigationssysteme

Definition (DIN 13312): „Navigation ist jede Maßnahme (Beobachtung, Messung und Auswertungsmethode), mit welcher der geographische Ort und / oder die Bewegung eines Fahrzeuges ermittelt beziehungsweise ein bestimmtes Ziel, ggf. auf einem vorgegebenen Weg sicher erreicht wird.“

Navigationssysteme moderner Verkehrsflugzeuge lassen sich gemäß ihrer Funktionen wie folgt einteilen:
  • Funknavigation
    • NDB / ADF: Ungerichtetes Funkfeuer, Radiokompass
    • VOR: Richtsendeanlagen (UKW-Drehfunkfeuer)
    • DME: Funkentfernungsmesssystem
    • ILS: Instrumentenlandesystem
  • Trägheitsnavigation
    • INS: Stabilisierte Plattform
    • IRS: "Strap-Down", gefesselt
  • Satellitennavigation (GNSS)
    • GPS
    • Galileo
    • GLONASS
    • etc.
  • Integrierte Navigation

Weitere Informationen zum Thema Navigation sind in Kapitel 4. Flugbetrieb (Flugführung & Air Traffic Management) enthalten. Diese umfassen die einzelnen Navigationseinrichtungen und -methoden sowie Themen rund um Flugregeln, Staffelung und Ausweichregeln.


10. Luftverkehr & Umwelt

Die Luftfahrt hat (wie auch der Verkehrssektor im Allgemeinen) in der öffentlichen Wahrnehmung einen vergleichsweise schlechten Ruf hinsichtlich der Auswirkungen auf die Umwelt.


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Die Umwelt ist kein Kernelement des Lufttransportsystems. Sie ist wie Politik und Gesellschaft eher als eine Art externer Stakeholder im Atommodell des Lufttransportsystems zu betrachten. Die Wechselwirkungen zwischen Luftverkehr (beziehungsweise Lufttransportsystem) und Umwelt finden oft auch nicht direkt (Ausnahmen zum Beispiel Hochwasser, Stürme, andere atmosphärische Phänomene, Luftdruck, Lufttemperatur, etc.) sondern vielmehr indirekt über Politik, Gesetze, Gesellschaft und Wirtschaft statt.

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Eine Auseinandersetzung mit der Umwelt im Rahmen der Luftfahrt ist daher auch weniger mit Bezug auf beispielsweise Flugzeugsysteme, sondern vielmehr im Rahmen des ganzheitlichen Ansatzes der Lufttransportsysteme sinnvoll.

Umweltverträgliche Luftfahrt umfasst dabei weit mehr als nur Lärm und Emissionen.

Denn die Umwelt ist ein komplexes System. In der öffentlichen Wahrnehmung zentriert sich die Betrachtung der Umwelt häufig weitestgehend auf die Freisetzung von Kohlendioxid (CO2) und die daraus resultierenden Folgen für das Klima. Neben Treibhausgasen wie CO2 gibt es aber auch andere Emissionen wie Lärm, Ruß, Stickoxide, etc., die einen Einfluss auf die Umwelt haben und auch mehr oder weniger stark die Beziehung zwischen Luftfahrt und Umwelt prägen. Bei alten Strahltriebwerken waren beispielsweise enorme Mengen an Rußemissionen mit bloßem Auge sichtbar.

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Die Einflüsse des Luftverkehrs auf die Umwelt (auch als Umweltwirkung des Luftverkehrs bezeichnet) und insbesondere das Klima kommen heute jedoch hauptsächlich durch
  • Treibhausgasemissionen
  • Kondensstreifen
  • Lärm
zustande.

Daher werden in diesem Kapitel primär die Abgasemissionen, alternative Energieträger sowie das Thema Fluglärm betrachtet. Ein Bezug zwischen Fluglärm und Flughafen wurde auch in Unterkapitel 8. Flughafen (Einführung) hergestellt.

Die Umweltwirkung des Luftverkehrs wird am ILT unter Nachhaltigkeitskriterien der Ökonomie und Ökologie betrachtet.

Auch zwischen Flugführung und Umwelt besteht eine Wechselwirkung, die am DLR inklusive des ILT intensiv untersucht wird. Die Wahl und die Gestaltung der Flugroute kann zur Minimierung der Auswirkungen auf die Umwelt durch den Luftverkehr beitragen. Das DLR trägt dazu über ein Projekt zur automatisierten Flugführung bei: https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2021/01/20210304_jede-flugroute-individuell-klimafreundlicher-gestalten.html

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Zur Bereitstellung der Antriebsleistung werden in Flugzeugen derzeit im Wesentlichen Verbrennungskraftmaschinen (VKM) genutzt. In VKM wird die Antriebsleistung durch die Verbrennung von Treibstoffen generiert. Diese Treibstoffe basieren typischerweise auf fossilen Rohstoffen. Die Nutzung dieser Treibstoffe in VKM ist mit dem Ausstoß von Treibhausgasen und weiteren Schadstoffen sowie mit Schallemissionen verbunden. Zudem können durch die Abgase Kondensstreifen entstehen. Die den typischen Treibstoffen zugrundeliegenden Rohstoffe sind außerdem endlich und daher nur begrenzt verfügbar.

Mögliche Auswirkungen auf die Umwelt bei der Herstellung oder Entsorgung von Luftfahrzeugen und zugehörigen Komponenten liegen weniger im Fokus. Auch das bereits in Unterkapitel 4. Sicherheit & Lufttüchtigkeit beschriebene Phänomen Vogelschlag (oder allgemein Kollisionen mit Tieren) spielt in diesem Unterkapitel keine zentrale Rolle.

Handlungen des Menschen benötigen generell Ressourcen aus seiner Umwelt. Auch wenn (oder gerade weil) die Existenz des Menschen somit die Verwendung von Ressourcen zwingend erfordert, ist die effiziente Nutzung von begrenzten Ressourcen von großer Relevanz. Dies gilt etwa für fossile Rohstoffe, aus denen Treibstoffe hergestellt werden, jedoch auch für Rohstoffe, aus denen sich Batterien herstellen lassen. Ein wesentlicher Unterschied, der zwischen diesen verschiedenen Energieträgern besteht, ist ob der Energieträger „verbraucht“ wird oder mehrfach verwendet werden kann.

Auch Umweltbelastungen durch Betriebsmittel (wie etwa Motoröle oder Hydraulikflüssigkeiten), gilt es zu vermeiden. Dies kann grundsätzlich geschehen, indem Leckagen und Verdampfung vermieden und die Betriebsmittel beim Ablassen aus dem System, in dem sie genutzt wurden, fachgerecht entsorgt oder recycelt werden. Auch können durch konstruktive Maßnahmen Menge und Vielfalt umweltbelastender Betriebsmittel minimiert werden.

Letztlich stellt sich die Frage, wie Technologie, Wirtschaft und Umwelt in Einklang zu bringen sind. Oft werden Umweltmaßnahmen nur ergriffen, wenn sie einen zusätzlichen Gewinn einbringen oder vor Sanktionen schützen. Die Ökonomisierung ökologischer Größen in einer fairen und sozialverträglichen Weise, die weiterhin (technischen) Fortschritt ermöglicht, könnte die größte politische Herausforderung des 21. Jahrhunderts sein und erfordert in vielen Fragen eine enge internationale Zusammenarbeit zur Erreichung der Umweltziele. An diesem Punkt kann die Internationalisierung der Luftfahrt durchaus ein Vorbild sein. Investitionen in umweltverträgliche Systeme setzen voraus, dass Ökologie und Ökonomie zusammen gedacht und nicht als Konkurrenten betrachtet werden.

Ein großer ökologischer Vorteil von Flugzeugen ist der Umstand, dass gemessen an der Transportleistung insbesondere im Vergleich zu Schienenfahrzeugen und Kraftfahrzeugen nur ein sehr geringer Flächenbedarf am Boden besteht.


10.1. Abgasemissionen

Treibhauseffekt & Treibhausgase

Von besonderer Prominenz ist der Einfluss der Luftfahrt auf das Klima. Die Emissionen, die über den Treibhauseffekt zu Klimaänderungen beitragen können, lassen sich unterscheiden in Treibhausgase (im Sinne des Kyoto-Protokolls) und andere Stoffe. Zu den anderen Stoffen zählen auch so umfangreich vorkommende Stoffe wie Wasser beziehungsweise Wasserdampf.

Hinsichtlich der Treibhausgase nimmt das wohl bekannteste Treibhausgas CO2 eine herausgehobene Rolle ein, da es weltweit den größten Anteil der Treibhausgase im Sinne des Kyoto-Protokolls am Gesamt-Strahlungsantrieb hat (66% des Gesamt-Strahlungsantriebs sind auf CO2 zurückzuführen, zweitwichtigstes Treibhausgas ist mit 17% Methan). Der Gesamt-Strahlungsantrieb bezeichnet dabei den Überschuss an aufgenommener gegenüber abgestrahlter Energie auf einem Flächenelement und darüber den Effekt von bestimmten Gasen auf die Erwärmung der Atmosphäre beziehungsweise der Erdoberfläche.

Wie entsteht CO2 in der Luftfahrt?

Zur Bereitstellung der Antriebsleistung werden in Flugzeugen im Wesentlichen VKM genutzt. VKM bilden sowohl den Kern von Strahltriebwerken (als Strömungsmaschinen) als auch den Antrieb für die Propeller von Turboprops oder als Hubkolbenmotor ausgeführt auch den Antrieb für "normale" Propellermaschinen. Vergleichbar mit Turoprops sind auch einige Helikopterantriebe konfiguriert. In VKM wird unabhängig von der Bauform als Strömungsmaschine oder Hubkolbenmaschine beziehungsweise Verdrängermaschine die Antriebsleistung durch die Verbrennung von Treibstoffen generiert. Diese Treibstoffe basieren typischerweise auf fossilen Rohstoffen (Kohlenwasserstoffen). Die Nutzung dieser Treibstoffe in VKM ist insbesondere mit dem Ausstoß von CO2 und Wasserdampf verbunden.

Wie sich die Abgase auf CO2 und Wasserdampf aufteilen, hängt dann vom konkret genutzten Treibstoff ab. Es bestehen aber nur verhältnismäßig geringe Unterschiede zwischen den typischen Flugtreibstoffen (Kerosin beziehungsweise Jet Fuel bei den meisten Strömungsmaschinen und Flugbenzin beziehungsweise AvGas bei den meisten Verdrängermaschinen).

Ein Beispiel, das als annähernd repräsentativ für die Prozesse in einem Triebwerk gelten kann ist:

1kg Kerosin + 3,4kg Sauerstoff = 1,24kg Wasserdampf + 3,15kg CO2 + 0,01kg Restprodukte

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Diese Verbrennung ist als stöchiometrisch oder quasi stöchiometrisch zu bezeichnen. Das heißt, dass (quasi) jedes Atom im Treibstoff vollständig oxidiert wird (vollständige Verbrennung) - also das Treibstoff zu Luft Verhältnis optimal ist (vergleiche Lambda-Wert bei der Abgasuntersuchung gemäß StVZO). Der in der Luft enthaltene Stickstoff, der weitestgehend unverändert durch das Triebwerk strömt, wurde hier ebenso nicht betrachtet, wie sonstige Bestandteile der Luft, die nicht oder kaum an der Verbrennung Beteiligt sind. Die dargestellten Abgasanteile sind also die Abgasanteile, die auf den Prozess im Triebwerk zurückzuführen sind und sind bei der Betrachtung eines echten Abgasstromes insbesondere um den Stickstoff aus der angesaugten Luft zu ergänzen.

Somit sind heutzutage etwa 99,8% der Abgase aus VKM Wasserdampf und CO2. Ein solche "saubere Verbrennung" ist aus ökologischen Gründen zu begrüßen, da einige der etwa 0,2% an Restprodukten eine im Vergleich zu CO2 erhöhte Treibhauswirkung oder auch bei erhöhten Mengen einen direkten negativen Einfluss auf Organismen haben können.

Pro kg Kerosin (oder ähnlich bei Flugbenzin / AvGas) kann die Menge der Restprodukte heute durchaus je nach Triebwerkstyp und Betriebszustand etwa in einem Bereich von 7g bis etwa 34g schwanken oder auch noch geringfügig darunter oder darüber liegen.

Wie viel CO2 wird freigesetzt?

Auf einem Flug von Frankfurt nach New York werden pro Passagier etwa 600kg CO2 und auf einem Flug von Frankfurt nach Kapstadt etwa 1000kg CO2 freigesetzt. Das entspricht grob 100g/km und ist damit etwas weniger als der spezifische CO2-Ausstoß eines mit Ottokraftstoff betriebenen typischen Mittelklasse Pkw Baujahr 2020 im gemischten Betrieb nach NEFZ-Norm (ca. 150gCO2/km). Entfernte Reiseziele aus Gründen der CO2-Emissionen lieber mit einem Pkw als mit dem Flugzeug zu erreichen, ließe sich also wohl nur dann als sinnvoll bezeichnen, wenn der Pkw entsprechend mit mindestens 2 Personen besetzt ist. Nimmt man einen vergleichbaren Pkw mit Baujahr 1997 zum Vergleich, so braucht man jedoch schon mindestens 3 Personen an Bord, um unter 100g CO2 pro Person und Kilometer zu kommen. Zudem wird wohl den meisten Menschen spätestens ab etwa 2000km Entfernung der Unterschied in der Reisedauer als unverhältnismäßig erscheinen.

Die CO2-Emissionen von Flugzeugen pro Person und Kilometer lassen sich also durchaus mit denen von Pkw vergleichen. Vielfach ist die Nutzung des Flugzeugs auch praktisch alternativlos, da andere Verkehrsmittel eine sehr viel zeitaufwändigere (und unter Umständen gefährlichere) Reise mit sich bringen würden, was das Flugzeug in der Praxis oft alternativlos macht.

Während die Luftfahrt in den 2010er Jahren einen Anteil von etwa 4% an der weltweiten Wirtschaftsleistung hatte, liegt der Anteil der Luftfahrt an den anthropogenen CO2-Emissionen nur bei etwa 2% bis 3%. Damit wird klar, dass auch eine vollständig klimaneutrale Luftfahrt die Klimaänderungen nicht stoppen kann, da der Anteil der Luftfahrt an den anthropogenen CO2-Emissionen nicht besonders hoch ist. Jedoch kann die Luftfahrt über ihren eigenen Anteil am Treibhauseffekt hinaus auch als Treiber für umweltfreundliche Technologien dienen.

Contrails (Kondensstreifen)

Unter den Emissionen, die zu Klimaänderungen beitragen können, finden sich neben den Treibhausgasen im Sinne des Kyoto-Protokolls noch weitere Stoffe. Zu diesen Stoffen zählen auch so umfangreich vorkommende Stoffe wie Wasser beziehungsweise Wasserdampf.

Neben CO2 ist der Hauptbestandteil der Abgase von Triebwerken und vielen anderen VKM Wasserdampf. Durch die Freisetzung von Wasserdampf aus anthropogenen Quellen wie VKM wird die Menge des Wasserdampfs in der Atmosphäre erhöht. Dies hat einen Einfluss auf die Wolkenbildung. Während das bodennahe Ausstoßen von Wasserdampf zwar nicht als vollständig klimaneutral, jedoch weitestgehend unkritisch betrachtet wird und auch einen dämpfenden Effekt auf die Klimaerwärmung haben kann, bestehen beim Ausstoß von Wasserdampf in großen Höhen komplexere Effekte rund um die Kondensstreifen.

Kondensstreifen entstehen abhängig von der lokalen Luftfeuchtigkeit und Temperatur durch die Triebwerksabgase. Entlang hoch frequentierter Flugrouten können die Kondensstreifen sich in langgezogene Zirruswolken weiterentwickeln und mitunter lange bestehen bleiben. Dies geschieht insbesondere in der Tropopause, da die Luftfeuchtigkeit hier von Natur aus sehr gering ist.

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Der Einfluss von Wolken auf die Gesamtstrahlungsbilanz kann dabei durchaus verschieden ausfallen. Durch Erhöhung der Albedo kann ein größerer Teil der Sonneneinstrahlung in den Weltraum reflektiert werden. Es kann jedoch auch der umgekehrte Effekt auftreten: Dass die Wolken die Erde daran hindern, Wärmestrahlung in den Weltraum abzugeben. Die Einbringung von Wasserdampf in die obere Troposphäre und die Tropopause scheint den Treibhauseffekt dabei im Saldo anzutreiben, da die Sonneneinstrahlung weitestgehend ungehindert zur Erdoberfläche gelangen kann, die Abstrahlung durch die Erde in das Weltall jedoch gehemmt wird. Untersuchungen dieser Effekte werden auch mit dem DLR-Forschungsflugzeug HALO durchgeführt.

Kurzum besteht grob der folgende Effekt:
  • Einfallendes Sonnenlicht wird in den Zirruswolken diffus gestreut und die Intensität dadurch mehr oder weniger stark gemindert
  • Die Reflexion der Sonnenstrahlung von der Erde bzw. die Abstrahlung von Wärme von der Erdoberfläche wird durch die reflektierenden und bedeckenden Eigenschaften der Wolkendecke unterdrückt (vgl. Bauernregel: Klare Winternächte sind kälter als bedeckte Winternächte)

Im Saldo wird damit die Menge der von der Erde aufgenommenen Wärme erhöht.

Bis zu 50% des Klimaeinflusses der Luftfahrt wird daher Kondensstreifen zugeschrieben. Daher wird der Anteil der Luftfahrt an den menschengemachten Klimaänderungen teils auf etwa 5% geschätzt. Damit steht in einer ökonomisch-ökologischen Abwägung von wirtschaftlicher Bedeutung gegenüber Auswirkungen auf das Klima ein Anteil der Luftfahrt an der weltweiten Wirtschaftsleistung von etwa 4% einem Anteil an den menschengemachten Klimaänderungen von etwa 5% gegenüber, wenn man nicht nur den Einfluss von CO2-Emissionen sondern auch den von Wasserdampf beziehungsweise Kondensstreifen einbezieht. Damit wird klar, dass die Luftfahrt zwar nicht als "Klimakiller" verschrien werden sollte, jedoch auch nicht als "Saubermann" dastehen kann.

Welche Abgase entstehen noch?

Die oft als Restprodukte bezeichneten sonstigen Abgase, die bei der Verbrennung heutzutage insgesamt nur einen Anteil von etwa 0,2% ausmachen, sind primär Stickoxide und Kohlenmonoxid. Beide Gase gelten in gewisser Konzentration als gesundheitsschädlich oder sogar als giftig. Ein direktes Einatmen konzentrierter Abgase aus VKM ist aber nicht etwa aufgrund dieser Schadstoffe tödlich, sondern aufgrund des quasi nicht mehr vorhandenen Sauerstoffs in den Abgasen. Mögliche langfristige Auswirkungen oder denkbare Belastungen durch verschiedene Stoffkonzentrationen der in der Luft verdünnten Abgase und derer Bestandteile, ist primär eine medizinische und nicht wirklich technische Frage. Technisch lässt sich festhalten, dass der Anteil an Restprodukten in den Abgasen nicht nur sehr gering ist, sondern auch seit Jahrzehnten tendenziell sinkt.

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Aufgrund der sehr geringen Konzentrationen im Abgas sind die Auswirkungen auf das Klima durch Treibhausgase wie zum Beispiel Lachgas oder Methan (letzteres fällt aufgrund der geringen Konzentration in der Grafik unter die Spurenelemente) verhältnismäßig gering.

Eine weitere Senkung der hier als Restprodukte aufgeführten Abgasbestandteile wird jedoch insbesondere von den politischen Institutionen der EU angestrebt (vgl. Vision 2020 - Advisory Council for Aeronautic Research, Vision 2050 - High Level Group on Aviation Research) - wie etwa eine weitere Reduzierung der Stickoxidemissionen um 90%.

Emissionsfaktoren & Lastabhängigkeit

Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist nahezu konstant mit den Emissionen verknüpft. Der spezifische Kraftstoffverbrauch lässt sich in Gramm pro Sekunde und Kilonewton angeben (g / (s * kN)). Dieser ist oft relativ konstant über den gesamten Lastbereich des Triebwerks (von 0% bis 100% des Schubs beziehungsweise der Drehzahl). Im geringen Maße gibt es jedoch Unterschiede. Oft ist der spezifische Kraftstoffverbrauch bei mittlerer Last beziehungsweise mittlerem Schub oder mittlerer Drehzahl etwas geringer als im niedrigen oder sehr hohen Lastbereich. Die spezifischen Emissionen der Abgase CO2 und Wasserdampf gehen mit dem Kraftstoffverbrauch linear einher.

Auch für die Restprodukte lassen sich spezifische Emissionen beschreiben. Hier ist aber eine stärkere Abhängigkeit von der Last zu beobachten. Sie lassen sich in Gramm Restprodukt pro kg gesamtem Abgas ausdrücken (Emissions Index - EI). Für Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe lassen sich oft erhöhte Werte der Emissions Indizes im Leerlauf beziehungsweise bei unter 30% des Startschubs beobachten. Für Stickoxide hingegen besteht ein tendenziell gegenläufiger Trend eines höheren EI bei höherem Schub (aufgrund der damit einhergehenden höheren Temperaturen in der Brennkammer und davon stromabwärts). Dies gilt nicht nur für VKM in der Luftfahrt, sondern lässt sich ähnlich auch bei anderen VKM feststellen. Demgegenüber steht wiederum der Umstand, dass inzwischen bekannt ist, dass Partikelfilter, die Ruß- und Staubpartikel aus den Abgasen von VKM filtern (insbesondere im Kfz-Bereich in der EU bekannt), hin und wieder eine Phase erhöhter Motorlast zu deren optimaler Filterwirkung benötigen, da sich im Niedriglastbetrieb die Filter andernfalls auf Dauer zusetzen. Dieser Effekt ist für die Luftfahrt jedoch weitestgehend irrelevant.

ICAO Emissionsbestimmung

Die ICAO legt ein Messverfahren und bestimmte Grenzwerte für die Restprodukte in den Triebwerksabgasen fest.

Diese Emissionen werden nach ICAO Annex 16, Vol. II lediglich für den Start- und Landezyklus ermittelt. Der Reiseflug, der gerade im Langstreckenbereich das Gros der Flugdauer ausmacht, wird nicht erfasst. Somit werden die Emissionen in Reiseflughöhe (ca. 5000 - 12000m) nicht berücksichtigt.

Die ICAO Emissionsbestimmung (ICAO LTO Cycle) folgt also einem Zyklus von Start und Landung. Dabei sind 5 Phasen mit einer Dauer von jeweils 0,7 Minuten bis 19 Minuten definiert, während derer das Triebwerk bei einem bestimmten Anteil des maximalen Schubs betrieben wird (7% bis 100%).

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Für diesen ICAO LTO Cycle (vgl. NEFZ-Zyklus für Kfz) gelten dann jeweils Grenzwerte für bestimmte Emissionen. Die Grenzwerte werden regelmäßig verschärft, sodass neuere Triebwerksmuster immer "sauberer" werden. Somit werden alle ICAO-Grenzwerte von den aktuellen Triebwerken unterschritten. Die Grenzwerte sind neben dem Baujahr bezogen auf die Schubkraft (Rated Output), NOx-Grenzwerte sind außerdem abhängig vom Druckverhältnis (Pressure Ratio). Die regelmäßige Verschärfung der Grenzwerte erfolgt im CAEP (Committee on Aviation Environmental Protection). Die Herstellung von Triebwerken, die den jeweiligen neuen CAEP Standard nicht einhalten, wird dann schrittweise durch die ICAO unterbunden. Dies galt in den vergangenen Jahren beispielsweise für die Standards CAEP 6 und CAEP 8.

Ein Auslegungs- beziehungsweise Optimierungskonflikt besteht zwischen einem hohen Druckverhältnis (minimiert den spezifischen Treibstoffverbrauch und darüber auch die CO2- und Wasserdampfemissionen) und geringen Stickoxidemissionen, die bei höheren Druckverhältnissen (und Temperaturverhältnissen) tendenziell zunehmen, wenn diesen nicht anderweitig entgegen gewirkt wird.

Pressure ratio:
The ratio of the mean total pressure at the last compressor discharge plane of the compressor to the mean total pressure at the compressor entry plane when the engine is developing take-off thrust rating in ISA sea level static conditions.

Rated output:
The maximum thrust available for take-off under normal operating conditions at ISA sea level static conditions without the use of water injection as approved by the certificating authority. Thrust is expressed in kilonewtons.

Bezogen auf das ICAO-Limit (also den Grenzwert) lässt sich bei vielen Triebwerken beobachten, dass einzig die Stickoxidemissionen in der Nähe der Grenzwerte liegen und andere Emissionen oft weit unter den Grenzwerten liegen.

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Stickoxidbelastung durch Flugrouten

Stickoxide (NOx) dienen über das x als Sammelbegriff für Oxide des Stickstoffs, wie etwa Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid. Am DLR werden Untersuchungen dazu durchgeführt, wo Stickoxide freigesetzt werden und wie sich diese in der Atmosphäre verhalten.

Die Befunde sind unter anderem:
  • Über 90% aller weltweiten Stickoxidemissionen finden sich in der nördlichen Hemisphäre
  • Besonders hohe Belastung auf der Achse Europa - USA sowie in Richtung Asien
  • Verteilung wird dabei auch durch die Hauptwindströmungen beeinflusst
  • Kein Austausch zwischen Nord- und Südhalbkugel erkennbar

Stickoxide, welche in großen Flughöhen (Tropopause oder sogar Stratosphäre) insbesondere von Militär- und Überschallflugzeugen ausgestoßen werden, bewirken mit steigender Flughöhe (bis etwa 65.000ft = 20km) eine zunehmende Zerstörung des Ozons. In der Troposphäre sorgen Stickoxide dagegen für Entstehung von Ozon. In beiden Fällen ist dieser Effekt als unerwünscht zu bezeichnen.

Trotz des Umstandes, dass der Anteil der Stickoxidemissionen am Abgas also sehr gering ist, ist ein nicht vernachlässigbarer Effekt auf die Umwelt vorhanden.


10.2. Alternative Energieträger

Während der weltweite Luftverkehr über Zeiträume von Jahrzehnten betrachtet wächst, lässt sich beim spezifischen Treibstoffverbrauch seit Jahrzehnten ein rückläufiger Trend beobachten. Setzen sich beide Trends ähnlich wie in den vergangenen Jahrzehnten fort, so ist jedoch davon auszugehen, dass die Verbesserungen beim spezifischen Treibstoffverbrauch vom Wachstum des weltweiten Luftverkehrs übertroffen werden. Damit würde der gesamte Treibstoffverbrauch in der Luftfahrt weiter steigen.

Dabei sind die fossilen Rohstoffe, aus denen die Treibstoffe hergestellt werden, begrenzt. Das Kardinalproblem der Luftfahrt wird damit in den tendenziell steigenden und ausgesprochen volatilen Treibstoffkosten infolge der Verknappung der fossilen Energieträger und der Schwankungen bei Angebot und Nachfrage dieser Energieträger liegen.

Plateau-Sprünge des Ölpreises:
  • 1970: Ca. 20$ / barrel
  • 2008: Ca. 160$ / barrel
  • 2020 - 2030: > 50$ / barrel?

Große Unsicherheit und potentielle Mehrkosten bestehen durch die Einbeziehung des Luftverkehrs in Emissionshandelssysteme. Die ICAO hat Verhandlungen über ein internationales System für den Emissionshandel im Luftverkehr (CORSIA = Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation) unternommen (EU-System ausgesetzt). CORSIA ist seit dem 01.01.2021 in der Pilotphase. Bei der Luftverkehrswirtschaft in Deutschland bestehen weiterhin Befürchtungen, dass die EU trotz Vorhandenseins von CORSIA auf internationaler Ebene darüber hinaus gehende Regelungen in der EU treffen könnte, die einen Wettbewerbsnachteil für die Luftverkehrswirtschaft in der EU bedeuten könnten (insbesondere für Fluggesellschaften mit Hauptsitz in der EU).

Mehr Informationen zu CORSIA gibt es bei der ICAO: https://www.icao.int/environmental-protection/CORSIA/Pages/default.aspx und natürlich auch in einem übersichtlichen Wikipedia-Artikel: https://de.wikipedia.org/wiki/Carbon_Offsetting_and_Reduction_Scheme_for_International_Aviation

Die Treibstoffkosten für Flugzeuge unterliegen zudem großen Schwankungen. Die hohe Volatilität der Treibstoffkosten ist ein großer Unsicherheitsfaktor für Fluggesellschaften und hat enorme Auswirkungen auf deren Profitabilität.

Alternative Kraftstoffe

Die Emissionen von CO2 und Wasserdampf sind über die Zusammensetzung des Treibstoffs linear mit dem Treibstoffverbrauch verknüpft. Daher stellt sich die Frage nach einem grundlegend andersartigen Energieträger. Als Nebeneffekte könnten dabei auch andere Auswirkungen auf die Umwelt verringert werden.

Die typischen Flugtreibstoffe sind Kerosine (Jet Fuel) und Flugbenzin (AvGas). Dabei werden Kerosine typischerweise in Strömungsmaschinen (also insbesondere in Strahltriebwerken) eingesetzt, während Flugbenzin typischerweise in Hubkolbenmaschinen beziehungsweise Verdrängermaschinen eingesetzt wird. Für die kommerzielle Luftfahrt sind also die Jet Fuels von größerer Bedeutung, wobei sich beide Kraftstoffgruppen chemisch ähneln und nach Umweltaspekten (bis auf wenige spezielle Ausnahmen) ähnlich zu betrachten sind.

Als Alternativen zu den typischen Flugtreibstoffen kommen insbesondere anders zusammengesetzte Kraftstoffe (zum Beispiel Gase wie Erdgas, Propan oder Wasserstoff) oder auch sogenannte alternative Kraftstoffe (im engeren Sinne) in Frage. Während sich insbesondere Erdgas (beziehungsweise LNG - Liquefied Natural Gas) und Propan (oder LPG - Liquefied Petroleum Gas) gewissermaßen als "konventionelle Alternativen" bezeichnen lassen (da es sich immer noch um Kohlenwasserstoffe auf fossiler Basis handelt), sind alternative Kraftstoffe im engeren Sinne solche Kraftstoffe, die Kraftstoffe, die auf fossilen Rohstoffen basieren substituieren können, ohne dafür seilst auf fossilen Rohstoffen zu basieren. Auf diese Weise ergibt sich eine gänzlich andere Kohlenstoff-Bilanz beziehungsweise CO2-Bilanz - bis hin zur CO2-Neutralität.

Alternativen zu den typischen Flugtreibstoffen:
  • andere fossile Energieträger
    • Erdgas bzw. LNG
    • Propan, Butan, LPG
    • etc.
  • Alternative Kraftstoffe (im engeren Sinne)
    • Dazu gleich mehr...

Alternative Kraftstoffe (im engeren Sinne):
  • Synthetische Kraftstoffe werden klassischerweise über den Zwischenschritt eines Synthesegases hergestellt - wie z.B. verflüssigte Kohle (CtL), Gas (GtL*), Biomasse (BtL) über Fischer-Tropsch-Verfahren
  • Biokraftstoffe basieren auf biologischen (nicht-fossilen) Rohstoffen; z.B.:
    • FAME (Biodiesel) aus Fettsäuren und Methanol (Umesterung)
    • HVO* (Hydrotreated Vegetable Oil) aus Pflanzenöl (Jatropha, Algen, Palmöl)
    • BtL* (Biomass to Liquid) aus biologischen Reststoffen, Holz etc. oder GtL aus Biomethan
    • Ethanol aus zuckerhaltiger Biomasse (Zuckerrüben, Zuckerrohr etc.) - zum Beispiel heute bis zu 10% des Ottokraftstoffs für Pkw (E10) - hat sich bei neueren Pkw bewährt
    • An „Alcohol to Jet“ (ATJ*) wird geforscht
  • Sonstige alternative Kraftstoffe (z.B. Wasserstoff)

*Einsatz im Luftverkehr wird erprobt / erforscht

Biokraftstoffe sind also eine Untergruppe alternativer Kraftstoffe. Sie bieten enormes ökologisches Potential, benötigen jedoch je nach Art auch sehr große Anbauflächen, was sie wiederum problematisch macht (u.a. Konkurrenz zu Nahrungsmittelproduktion).

Biokraftstoffe spielen eine erhebliche Rolle in den Überlegungen der Luftfahrtindustrie den CO2 Ausstoß zu senken. Konzept der CO2-Einsparung: Im Lebenszyklus nehmen die Pflanzen die gleiche Menge an CO2 auf, wie im produzierten Biokraftstoff verbrannt wird. Es besteht also ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf beziehungsweise CO2-Neutralität.

Für etwa 300 Millionen Kubikmeter Biokraftstoff für die Luftfahrt (etwa der Jahresbedarf in den Boom-Jahren) würde mit "konventionellen" Pflanzen (0,5 Kubikmeter Kraftstoff pro Hektar) fast ganz Europa als Anbaufläche benötigt. Mit bestimmten Algenarten könnte bei einem Ertrag von etwa 100 Kubikmetern Kraftstoff pro Hektar etwa die Fläche Belgiens oder Mecklenburg-Vorpommerns genügen, um den Bedarf zu decken. Die Forschung befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium, ein erheblicher finanzieller und infrastruktureller Aufwand ist für die kommerzielle Nutzung erforderlich, daher ist die umfangreiche kommerzielle Nutzung frühestens 2030 zu erwarten.

HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) aus Pflanzenöl (Jatropha, Algen, Palmöl) weist bessere Heizwerte und Temperaturfestigkeiten auf als klassisches Kerosin (Jet A-1). So liegt der Heizwert bei Jet A-1 bei mindestens 42,8MJ / kg und bei Jatropha bei 44,3MJ / kg. Der geringere Aromateanteil in HVO kann jedoch für die Dichtungen im Kraftstoffsystem problematisch sein (Quellwirkung). Daher ist mittelfristig eine Beimischung von bis zu 50% HVO zu (konventionellem) Jet A-1 realistisch. Bei neuartigen Dichtungen im Kraftstoffsystem (und den Triebwerken) kann dieser Anteil möglicherweise deutlich gesteigert werden.

Vieles im Zusammenhang mit der Ökobilanz (und insbesondere der CO2-Bilanz) hängt bei alternativen Kraftstoffen auch damit zusammen, wie aufwändig die damit verbundenen Prozesse sind. Wird beispielsweise eine große Menge an Energie für einen Syntheseprozess benötigt, so muss diese Energie auf umweltverträgliche Weise (zum Beispiel über die Nutzung erneuerbarer Energien) zugeführt werden.

Als Substitut für konventionelle Flugtreibstoffe müssen Biokraftstoffe einen ähnlichen Marktpreis erreichen, um konkurrenzfähig zu sein. Eine Regulierung in Form von Markteingriffen (zum Beispiel über Emissionshandel) kann dazu beitragen, dieses Ziel eher zu erreichen.

Die IATA-Roadmap zur Emissionsminderung setzt in großem Maße auf:
  • Effizientere Flugzeuge
  • "Smarteres" Fliegen (z.B. Flugführung optimieren)
  • Biokraftstoffe

Biokraftstoffe spielen also eine erhebliche Rolle in den Überlegungen der Luftfahrtindustrie den CO2-Ausstoß zu senken. Ab 2020 soll der Luftverkehr CO2-neutral wachsen. Im Jahr 2050 sollen die dann sogar nur 50% der Menge aus dem Jahr 2005 betragen. Tragischerweise hilft die COVID-19-Pandemie mit ihren Auswirkungen auf den Luftverkehr dabei, dieses Ziel näher zu rücken...jedoch zum Preis von womöglich hunderttausenden verlorener Arbeitsplätze rund um den Luftverkehr und hunderten Milliarden US-Dollar entgangenen Umsatzes in der Luftfahrt.

Wasserstoff

Die denkbaren Alternativen zu den typischen Flugtreibstoffen sind hinsichtlich ihrer CO2-Bilanz durchaus unterschiedlich zu werten. Ein ansehnliches Beispiel dafür liefert Wasserstoff. Wasserstoff ist weder ein Biokraftstoff noch ein fossiler Rohstoff, sondern lässt sich etwa über Elektrolyse mit elektrischer Energie aus Wasser herstellen. Stammt diese elektrische Energie aus Kohlekraftwerken, so ist die CO2-Bilanz des generierten Wasserstoffs um ein Vielfaches Schlechter als bei der Nutzung von klassischen Flugtriebstoffen auf fossiler Basis. Nutzt man hingegen Kernenergie oder erneuerbare Energien, so ist der Wasserstoff quasi CO2-neutral.

Wasserstoff weist eine etwa doppelt so hohe gravimetrische Energiedichte (Heizwert) wie herkömmliche Flugtreibstoffe auf. Jedoch resultiert aus der geringen Dichte eine geringe volumetrische Energiedichte. Damit wird die Tankhaltung (selbst im unter Hochdruck komprimierten oder unter kombinierter Kühlung und Verdichtung verflüssigten Zustand) schwierig und die Tanks selbst für eine vergleichbare Transportaufgabe somit voraussichtlich voluminöser und massereicher als bisher, was insbesondere bei solch aerodynamisch und massebezogen sensiblen Systemen wie Flugzeugen herausfordernd ist.

Für Flugzeuge müsste Wasserstoff daher platzsparender als bisher gespeichert werden können, um attraktiver zu werden. Zu beachten ist zudem, dass das erzeugte Reaktionsprodukt Wasser, das bei der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger entsteht, bei einem Flugzeug in den üblichen Konzepten an die Atmosphäre abgegeben wird. Die Erzeugung von Kondensstreifen könnte auch bei der Nutzung von Wasserstoff somit weiterhin eine Rolle spielen. 

Elektrisches Fliegen

Motivation für die Betrachtung batterie-elektrisch betriebener Flugzeuge ist, dass durch diese die Auswirkungen der Luftfahrt auf die Umwelt reduziert werden könnten. So könnten durch batterie-elektrisch betriebene Flugzeuge der unmittelbare Ausstoß von Treibhausgasen und einigen weiteren Schadstoffen sowie die Bildung von Kondensstreifen praktisch vollständig entfallen. Zudem könnten die von Flugzeugen ausgehenden Schallemissionen verringert werden.

Große Unsicherheit und potentielle Mehrkosten bestehen durch die Einbeziehung des Luftverkehrs in Emissionshandelssysteme. Die Treibstoffkosten für Flugzeuge unterliegen zudem großen Schwankungen. Die hohe Volatilität der Treibstoffkosten ist ein großer Unsicherheitsfaktor für Fluggesellschaften und hat enorme Auswirkungen auf deren Profitabilität. Elektrische Energieträger könnten diese finanziellen Risiken abfedern.

Das Thema elektrisches Fliegen und dabei auch das batterie-elektrische Fliegen ist inzwischen auch ein wichtiges Thema am DLR: Dossier elektrisches Fliegen vom DLR

Um (wirtschaftlich und im "großen Stile") batterie-elektrisch fliegen zu können, bestehen jedoch einige enorme Herausforderungen. Insbesondere Reichweiten oberhalb von etwa 3000km erscheinen aus heutiger Sicht für batterie-elektrische Flugzeuge in weiter Ferne. Es wären enorme Technologiesprünge für batterie-elektrische Langstreckenflugzeuge notwendig (insbesondere hinsichtlich der Energiedichten von Batterien).

Abgesehen von rein batterie-elektrischen Konzepten können jedoch auch schon Vorteile durch hybrid-elektrische Konzepte erzielt werden.

Wenn man elektrisch fliegt, müsste man in vielen denkbaren Konzepten womöglich auch mit im Vergleich zu heutigen zivilen Strahlflugzeugen reduzierten Fluggeschwindigkeiten auskommen.


10.3. Fluglärm

Schallwellen sind Schwingungen der Materie, die mit dem Ohr gehört oder mit physikalischen Geräten nachgewiesen werden können. Der Schall pflanzt sich im Medium (bei Fluglärm: Luft) als periodische Schwankungen der Dichte in longitudinalen Wellen fort. Schallwellen werden in der Atmosphäre durch örtliche Schallgeschwindigkeit und Schalldruck charakterisiert.

Die Schalldruckamplitude p der Schallwelle ist dabei ein Maß für die Lautstärke:
  • Unterste Hörschwelle: 2·10^-5 Pa (leiser als ein Flüstern)
  • Hörschmerz: Ab ca. 1 Pa (Größenordnung von Werkzeugen / Baumaschinen)

Der Schalldruck wird gewöhnlich als Schalldruckpegel (SPL) angegeben:
SPL = 20 · log(p / p_0) [dB]; p_0 = Bezugsschalldruck = 2·10^-5 Pa

Die Schallintensität (I) ist eine quantitative physikalische Größe für den Energietransport einer Schallwelle:

I = P² / (ρ · c)
  • P = Leistung
  • ρ  =  Dichte des Trägermediums
  • c  =  Schallgeschwindigkeit im Trägermedium

Pegel L_I = 10 · log(I / I_0) [dB]; I_0 = Bezugsintensität = 1 · 10^-12 W

Eine Erhöhung des Schalldruckpegels um +10dB (A) wirkt subjektiv wie eine Verdopplung, aber eine Verdopplung der Lärmquelle erhöht den Lärmpegel um +3 dB(A) (also zum Beispiel 2 identische Triebwerke nahe nebeneinander statt 1 einzelnen Triebwerk).

Lärm ist eine subjektive Bewertung für den Belästigungsgrad von Schall-

Momentane Maximalpegel:
  • Perceived Noise Level (PNL): Maß für den momentanen Lärmeindruck, ermittelt über empirische Gewichtung der Intensitäten einzelner Frequenzbänder zum Gesamt-Lärmeindruck. Diese Frequenzbewertung findet sich ausschließlich beim Fluglärm.
  • Tone Corrected Perceived Noise Level (PNLT): Addition einer Tonkorrektur C für Tonlärm im Frequenzspektrum: PNLT = PNL + C
  • A-bewerteter Schalldruckpegel (LA) [dB (A)]: Bewertung des momentanen Lärmeindrucks nach der A-Bewertungskurve. Diese Frequenzbewertung wird für eine Vielzahl von Lärmquellen verwendet (also auch oft für Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen, lokale Klimageräte, etc.)

Maximalpegel für ein Ereignis:
  • Effective Perceived Noise Level (EPNL): Maß für den Lärmeindruck bei Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs eines Schallereignisses. Addition einer Dauerkorrektur D durch Integration der momentanen Maximalpegel PNLT über der Zeit. Berücksichtigt werden alle Pegel, die größer als PNLT_MAX -10 dB sind: EPNL = PNLT + D [EPNdB]

Pegel für mehrere Ereignisse
  • Sound Exposure Level (SEL): Maß für den momentanen Lärmeindruck bei Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs eines Schallereignisses. Analoge Berechnung wie beim EPNL, nur ohne Tonkorrektur und mit dem A-bewerteten Schalldruckpegel als Basis.
  • Energieäquivalenter Dauerschallpegel (Leq): Maß für die Lärmemission an einem Tag auf Basis des SEL. Häufige Verwendung zur Lärmbeurteilung in Europa.
  • Day-Night Level (DNL): Maß für die Lärmemission an einem Tag auf Basis des SEL. Häufige Verwendung zur Lärmbeurteilung in Amerika. Nachts werden Geräusche um 10 dB höher bewertet als tagsüber.

Neben dem physikalischen Druck, den Lärm auf das menschliche Gehör aufprägt, spielt auch die Frequenz eine Rolle, in der der Lärm wirkt.

Phon
Aufgrund der Frequenzabhängigkeit des Schalldruckpegels gilt nur bei einer Frequenz von 1kHz die Vereinfachung:
Phon = dB

Beispiele für typische Schalldruckpegel [dB(A)]:
  • Ca. 0: Hörschwelle
  • Ca. 18 - 42: Leises Flüstern (geringe Entfernung zum Hörer)
  • Ca. 40 - 52: Ruhiges Wohngebiet
  • Ca. 48 - 77: Normales Gespräch (geringe Entfernung zum Hörer)
  • Ca. 64 - 68: Abroll-, Fahrwerks- & Windgeräusche von Mittelklasse Pkw bei zügiger Fahrt auf normaler Fahrbahn (ohne Motorschall) - (geringe Entfernung zum Hörer)
  • Ca. 68 - 77: Schmalrumpfflugzeug im Steigflug beim Überflug über den Hörer 6,5km hinter der Startbahn (starke Abhängigkeit von Triebwerkstyp)
  • Ca. 72 - 76: Abroll-, Fahrwerks- & Windgeräusche von Geländewagen / kleinem Lkw bei zügiger Fahrt auf normaler Fahrbahn (ohne Motorschall) oder stehender Mittelklasse Pkw mit laufendem modernen Ottomotor (geringe Entfernung zum Hörer)
  • Ca. 77 - 85: Stehendes Kfz mit laufendem älteren Ottomotor (geringe Entfernung zum Hörer)
  • Ca. 78 - 82: Zügig fahrender Pkw in 7,5m Entfernung (Überlagerung verschiedener Geräusche von Fahrwerk, Fahrbahn, Motor, etc.)
  • Ca. 88 - 92: Zügig fahrender Lkw in 7,5m Entfernung (Überlagerung verschiedener Geräusche von Fahrwerk, Fahrbahn, Motor, etc.)
  • Ca. 88 - 110: Laute Musik (über Kopfhörer oder Hörer 2m von Lautsprecher entfernt)
  • Ca. 110 - 130: Innerhalb einer lauten Diskothek oder wenige Meter Entfernung zu einem Presslufthammer

Gesetze & Zulassungsvorschriften zum Fluglärm

Unterscheidung in zwei Kategorien von Vorschriften und Beschränkungen:
  • Lärmzertifizierung / -zulassung von Flugzeugen nach ICAO Annex 16
  • Operationelle Beschränkungen an Flughäfen

Ziel dessen ist es, die gesetzlich geregelten Grenzen für Lärm einzuhalten. Über operationelle Beschränkungen lässt sich beispielsweise in das unterschiedliche Lärmempfinden zu Tages- beziehungsweise Nachtzeiten regeln.

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Für die Lärmzertifizierung hingegen ist gewissermaßen ein Prüfaufbau notwendig.

Der Schalldruck wird dabei an 3 Stellen im Umfeld eines Flugplatzes beim Start- und Landevorgang gemessen:
  • Landeanflug (Approach): Messpunkt befindet sich 2km vor der Landebahn am Boden
  • Abflug (Fly Over): 6,5km hinter dem Break Release Point, also wenige Kilometer hinter dem Ende der Startbahn
  • Sideline / Lateral: 650m (Chapter 2) bzw. 450m (Chapter 3) seitlich neben der Start- / Landebahn

Jedem dieser Messpunkte sind maximal zulässige Schallpegel zugeordnet.

Die Strenge (also eigentlich der Wert) der zulässigen Schallpegel am jeweiligen Messpunkt hängen vom Lärmchapter (Chapter 2 / Chapter 3 / Chapter 4) und der maximalen Abflugmasse des Flugzeugmusters zusammen (vgl. ICAO Annex 16).

Die Lärmchapter in Annex 16 sind Vorschriften, die regelmäßig aktualisiert / verschärft werden, sodass man vereinfacht sagen kann, dass Chapter 2 für alte Flugzeugmuster, Chapter 3 für mittelalte Flugzeugmuster und Chapter 4 für neuere Flugzeugmuster (seit dem Jahr 2006) gilt. Gemäß jedes Lärmchapters ist an jedem der 3 Messpunkte ein maximales Noise Level [EPNdB] in Abhängigkeit von der maximalen Abflugmasse definiert. Massereichere Flugzeuge dürfen daher tendenziell etwas lauter sein als massearme Flugzeuge (höchstens 15dB Unterschied für unterschiedliche Flugzeugmassen innerhalb des jeweiligen Chapters am jeweiligen Messpunkt). So war nach Chapter 2 am Messpunkt Fly Over für Flugzeuge mit MTOM = 30t ein Noise Level von 93dB erlaubt und für Flugzeuge mit MTOM = 400t sogar ein Noise Level von 108dB erlaubt. Nach Chapter 3 sind dort nur noch 89dB beziehungsweise 101dB erlaubt. Gemäß Chapter 4 sind für Flugzeugmuster ab 2006 nur noch Noise Levels von kumulativ mindestens 10dB unter Chapter 3 in allen 3 Messungen zusammen erlaubt. Also je älter und je höher das MTOM eines Flugzeugs, desto höher sind die erlaubten Schallpegel.

Betrachtet man den Trend der tatsächlichen Flugzeuge in Bezug auf die zulässigen Grenzen, so lässt sich ein positives Fazit ziehen. Die vor dem Jahr 1970 zugelassenen Flugzeugmuster lagen nur knapp unterhalb der dann neu in Kraft getretenen Grenzwerte von Chapter 2. Seit etwa dem Jahr 1990 liegt der kumulative Schallpegel der meisten neuen Flugzeugmuster bereits unter dem seit dem Jahr 2006 geltenden Wert von Chapter 4. Überdies gilt, dass Flugzeuge neuer Bauart mit jeder Indienststellung den Abstand zu den gesetzlichen Grenzen, welche regelmäßig verschärft werden, weiter vergrößern. Bei modernsten Verkehrsflugzeugen wie der Boeing 787 "Dreamliner" bleibt der Bereich, in dem am Boden Schalldruckpegel von 85dB(A) oder höher gemessen werden können, auf größeren Verkehrsflughäfen vollständig auf dem Gelände des Flughafens. Damit wirkt das Flugzeug zu jeder Zeit selbst für Anwohner, die sich im unmittelbaren Umfeld des Flughafens auf offenem Gelände befinden, immerhin leiser als ein in 7,5m Entfernung zügig vorbei fahrender Lkw. Wie Fluglärm an welchen Orten am Boden wahrgenommen wird, beschreibt das Wort Lärmteppich.

Autobahnen und größere Regionalflughäfen oder kleinere internationale Flughäfen weisen vergleichbare Lärmpegel von etwa 70 bis 75 dB(A) im unmittelbaren Umfeld auf.

Schallquellen am Flugzeug

Zum von Flugzeug emittierten Schall tragen verschiedene Teile (und Effekte) des Flugzeugs bei.

Von besonderer Relevanz sind dabei:
  • Triebwerk
  • Rumpf-Abgasstrahl Interferenz
  • Fahrwerk
  • Hochauftriebshilfen
  • Flügelspitzen

Beim Start dominiert der triebwerksbedingte Lärm.
Bei der Landung spielt der strukturbedingte Lärm (Lärmquelle Flugwerk / Aerodynamik) eine wesentliche Rolle (so zum Beispiel die Hochauftriebshilfen / Landeklappen). Der Triebwerkslärm ist jedoch weiterhin signifikant.

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Maßnahmen zur Lärmminderung

Neben grundsätzlichen konstruktiven Lärmminderungsmaßnahmen, zu denen Flugzeughersteller durch die Grenzwerte zur Lärmzertifizierung beitragen müssen, gilt es weitere Aspekte zur Lärmminderung zu berücksichtigen.

  • Nachtflugbeschränkungen
    • Überwiegend an europäischen Flughäfen
    • Anwendungen:
      • Nur eine Startbahn geschlossen
      • Betriebszeit nach maximalem Lärmpegel
      • Generelles Nachtflugverbot.
  • Begrenzung des Lärmpegels
    • Flugverbot bei Überschreitung eines Lärmpegels
    • Strafgebühren bei Überschreitung eines Lärmpegels
  • Quotenregelung
    • Maximale Anzahl der Flüge pro Airline oder pro Zeitintervall
    • Slotvergabe nach Lärm
  • Lärmgebühren: Einflussfaktoren sind:
    • Lärmpegel
    • Abflug- bzw. Ankunftszeit
    • Jahreszeit.
  • Lärmmindernde Flugverfahren
    • Vertikale & horizontale Flugverfahren zur Lärmminderung
    • Gezielte Lärmreduktion durch Thrust Cutback
    • Durch steile An- & Abflüge lässt sich der Lärmteppich am Boden erheblich verringern.

An vielen Flughäfen sind die Landegebühren abhängig vom Zeitintervall (05:00 bis 23:00 günstiger als 23:00 bis 05:00) und der Lärmzertifizierung (Flugzeuge ohne Lärmzertifizierung besonders teuer oder sogar nur Landung in Notfällen erlaubt, Chapter 2 entsprechend im jeweiligen Zeitintervall immer noch relativ teuer, Chapter 3 etwas günstiger, Chapter 4 noch günstiger, etc.). Dies ist insbesondere an Verkehrsflughäfen in Deutschland der Fall. Die lärmgebundenen Landegebühren werden dann pro Tonne MTOM in der jeweiligen Preisklasse nach Zeitintervall und Lärmklasse erhoben. Typische Preise liegen zwischen 2,50€/t und 19€/t, können aber durchaus auch in einem Bereich von 1€/t bis 25€/t liegen.