Gamechanger FPV-Drohne

Die Entwicklung des Krieges in der Ukraine und der Umstand, dass sich das Schlachtfeld zu einem gläsernen Gefechtsfeld transformiert, stellen die ukrainischen und russischen Streitkräfte vor große Herausforderungen. Das gläserne Gefechtsfeld bedeutet, dass jede Bereitstellung und jedes Manöver durch Drohnen erkannt und bekämpft werden kann. Mit fortlaufender Dauer des Krieges steigt die Zahl der unbemannten Systeme stark an. 

Der Einsatz von Drohnen bietet in verschiedenen Situationen zahlreiche Vorteile. Sie sind vor allem für die personell unterlegene Konfliktpartei bedeutend, um ressourcenschonend zu agieren. Bisher brachten sie aber keinen entscheidenden Effekt im Verlauf eines konventionell geführten Konfliktes. Außerdem darf man die Feuerkraft von schweren Waffensystemen, wie jene der Artillerie oder von Kampfpanzern, nicht vernachlässigen. Zudem ist und bleibt die Infanterie zum Halten und Nehmen von Räumen unabdingbar. 

Erkenntnisse aus dem Ukraine-Krieg zeigen, dass nicht der technologische Fortschritt der Systeme entscheidend ist. Vielmehr ist es die Anzahl, mit der diese auf dem Gefechtsfeld eingesetzt werden. Auf diesen Beurteilungen aufbauend, hat die Ukraine Fundraising-Projekte gestartet und Partnerschaften mit regionalen Unternehmen geschlossen. Ebenso wurde außerhalb der sonst üblichen Beschaffungsvorgänge gearbeitet, um die Implementierung ziviler Technik in das Militär zu beschleunigen. Dies verdeutlicht, dass die Qualität und Quantität von First Person View (FPV)- Drohnen von essenzieller Bedeutung für die ukrainischen Streitkräfte sind. 
 

Wesen und Wirkung

FPV-Drohnen werden aus der Perspektive der Kamera gesteuert. Sie bieten eine immersive Sicht durch Videobrillen oder Bildschirme. Ihren Ursprung haben diese Fluggeräte in der Renndrohnen-Szene. Sie sind schnell, wendig und erlauben genaue Flugmanöver. Im militärischen Kontext ermöglichen ihre Eigenschaften präzise Angriffe auf stehende, fahrende und fliegende Ziele. FPV-Drohnen bieten auch andere Einsatzmöglichkeiten wie Intelligence, Surveillance and Reconnaissance (ISR) oder den Transport von Nachschub. Wird eine Drohne mit einem Sprengmittel ins Ziel gebracht und zerstört, nennt man sie umgangssprachlich „Kamikaze-“ oder „Angriffs-Drohne“.

FPV-Drohnen können ein breites Spektrum an Aufgaben abdecken, wie das Aufklären eines Raumes, gezielte Angriffe auf einzelne Soldaten, Fahrzeuge oder Objekte aus der Luft, die auf dem Boden eingesetzten Kräfte koordinieren, sowie zum Zusammenwirken der eingesetzten Truppe beitragen. Die ausschlaggebenden Faktoren für den Erfolg von FPV-Drohnen sind ihre Schlagkraft, die Flexibilität der Konfigurationen sowie die Quantität, mit der sie hergestellt bzw. beschafft werden können.

Ein Vergleich mit Systemen wie einer Panzerabwehrlenkwaffe zeigt einen weiteren Vorteil der FPV-Drohne. Sie ist nämlich imstande, ein Ziel flexibel von jeder Seite anzugreifen. Dabei ist es irrelevant, ob sich ein Hindernis zwischen dem Operator und der Drohne befindet oder nicht. Ein Hindernis kann umflogen und ein Ziel dennoch bekämpft werden, was mit einer herkömmlichen Panzerabwehrlenkwaffe nicht möglich wäre.

Drohnen werden primär genutzt, um die Bewegungsfreiheit des Gegners einzuschränken und diesen abzunützen. Open-Source-Quellen geben an, dass im Ukraine-Krieg 60 bis 70 Prozent der beschädigten und zerstörten russischen Fahrzeuge und Ausrüstungsgegenstände auf FPV-Drohnen zurückzuführen sind. Der Grund für diesen hohen Anteil ist vor allem der Mangel an verfügbarer Artilleriemunition. 

FPV-Drohnen sind in Kombination mit Artillerie höchst effizient. Die Artillerie unterdrückt die feindliche Luftabwehr, wirkt wetterunabhängig und reagiert schnell. Drohnenaufklärung im Zusammenspiel mit Artilleriebeschuss kann in wenigen Minuten mehrere Panzer vernichten. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Artilleriemunition ist dieses Vorgehen jedoch nur selten möglich, was den hohen Anteil an Verlusten durch FPV-Drohnen erklärt, da diese öfter eingesetzt werden.

Nicht nur ihre Schlagkraft ist einzigartig, auch das Verhältnis zwischen Kosten und Effizienz bei FPV-Drohnen ist beachtlich. Mit etwa 400 Euro kann ein T-90-Kampfpanzer im Wert von 3 bis 4,5 Mio. Euro vernichtet werden. Mithilfe der Binomialverteilung lässt sich berechnen, dass, bei 15-prozentiger Trefferwahrscheinlichkeit und drei benötigten Treffern zur Vernichtung, 34 Drohnen eingesetzt werden müssen, um eine 90-prozentige Zerstörungswahrscheinlichkeit zu erzielen. Damit liegt das Kostenverhältnis bei 1:221 zugunsten der FPV-Drohne. Das FGM-148-Javelin-System hat beispielsweise nur ein Verhältnis von 1:5. Die FPV-Drohne bietet somit die Möglichkeit, effizient und vor allem ressourcenschonend Krieg zu führen. 

Rahmen

Der Rahmen ist das Gerüst der Drohne und soll Vibrationen dämpfen, um den Flight Controller und die Flugeigenschaften nicht negativ zu beeinflussen. Üblicherweise kommen zwei Größen in Frage; ein Rahmen von sieben oder zehn Zoll, wobei sich die Größenangabe auf den Propeller bezieht. Dieser ist typischerweise aus carbonfaserverstärktem Kunststoff und kann in verschiedenen Bauweisen gefertigt sein. Aluminium und alternative Werkstoffe wie Holz können ebenso verwendet werden. Die russische Industrie setzt in der Massenfertigung mittlerweile auf das Spritzgussverfahren, bei dem Polycarbonate flüssig in eine Form gespritzt werden und danach erstarren.

Motoren

Verwendet werden bürstenlose Gleichstrommotoren, vorwiegend aus chinesischer Produktion. Die Spannung der Motoren beträgt meist 24 Volt. Dabei können bis zu 20 000 Umdrehungen pro Minute geleistet werden. Die Wahl des Motors hängt von der Größe, dem Gewicht und der gewünschten Fluggeschwindigkeit ab. 

Propeller

Größe, Pitch und Blattzahl definieren den Propeller. Etabliert hat sich der Dreiblattrotor, der eine bessere Stabilität als der Zweiblattrotor bietet, wenngleich dessen Reichweite aufgrund des größeren Energieverbrauches geringer ist. Low-Pitch-Propeller erlauben schnellere Wechsel der Drehzahl und sind effizienter als High-Pitch-Propeller. Sie werden entweder per Presspassung auf den Motoren montiert, mit zwei M2-Schrauben befestigt oder mittels Propellermuttern festgezogen. Wegen der Hitzeabstrahlung der Motoren werden sie aus Thermoplastik gefertigt. 

Antenne

Die Antenne wandelt Signale in elektromagnetische Wellen um und vice versa. Sie sind entscheidend für die Reichweite sowie die Signalstärke und senden ebenfalls das Videosignal der Kamera in Echtzeit an die Brille oder an einen Bildschirm. Wegen ihres gleichmäßigen Abstrahlverhaltens ist die omnidirektionale Antenne die am häufigsten verwendete Bauweise.

Empfänger

Dieses elektronische Bauteil dient dazu, die Signale der Remote Control zu empfangen und an den Flight Controller weiterzugeben. Dem Empfänger stehen das 900-MHz-, 2.4-GHz- und 5.8-GHz-Band zur Verfügung, wobei das 5.8-GHz-Band üblicherweise für die Videoübertragung genutzt wird. Im Ukraine-Krieg wurden bereits niedrigere Frequenzen detektiert, da die Reichweite damit steigt. Die Voraussetzung ist, dass das genutzte Frequenzband mit jenem der Kamera und des Transmitters der Drohne übereinstimmt.

Kamera

Bei FPV-Drohnen werden miniaturisierte Digitalkameras mit einer hohen Framerate und niedriger Latenzzeit verwendet. Die Ansprüche an die Qualität des Bildes sind eher gering, da dies direkte Auswirkungen auf die Sendeleistung der Antenne und die Kosten hat.

Video-Transmitter

Bei den Übertragungsprotokollen kann zwischen dem analogen und dem digitalen System unterschieden werden. Die analoge Technik wurde zu Beginn der FPV-Rennszene verwendet, da sie zwar eine geringe Latenzzeit hat, jedoch eine schwächere Bildqualität. Die digitalen Systeme kamen 2018 auf den Markt. Für militärische Anwendungen werden, aufgrund der geringeren Kosten, der Latenzzeit und der höheren Reichweite, analoge Systeme verwendet. Zudem wird die Bildqualität bei zunehmend schwächerer Sendeleistung schlechter, doch der Pilot kann die Drohne immer noch ins Ziel steuern. Bei digitalen Systemen „friert“ das Bild hingegen ein. Der Pilot verliert die Kontrolle.

Flight Controller

Der Flight Controller (FC) besteht aus mehreren Mikrocontrollern, um komplexe Berechnungen durchführen zu können. Er wird zentral auf dem Rahmen montiert und durch Gummi-Abstandshalter vor Vibrationen geschützt. Diese Platine nutzt Beschleunigungs- und Winkelsensoren, um die Drohne im Flug zu stabilisieren und die gewünschten Manöver richtig auszuführen. Damit gilt der FC als Herzstück der FPV-Drohne. Die Inertial Measurement Unit (IMU) des FC misst ständig die Lageänderungen. Die Flugsteuerung erfolgt über den Proportional-Integral-Derivative-Controller (PID-Regler).

Die verwendete Software hat einen erheblichen Einfluss auf das Flugverhalten, insbesondere auf die Leistung und die daraus resultierenden Fähigkeiten der Drohne. BetaFlight ist die meistverwendete Software für FPV-Drohnen. Durch Tuning in der Firmware werden Parameter wie die des PID angepasst und die Flugeigenschaften verbessert. Zudem muss vor Einbau des FC kontrolliert werden, ob dieser mit den anderen Komponenten kompatibel ist. 

Electronic Speed Controller

Um die Motoren der Drohne richtig anzusteuern, wird ein Electronic Speed Controller (ESC) benötigt, der die Verbindung zwischen Motoren, Akku und FC sicherstellt. Die Motoren werden so mit der nötigen Spannung versorgt und deren Leistung bzw. Drehzahl geregelt. 

Akku

Bei FPV-Drohnen können zwei Akku-Typen unterschieden werden, der Lithium-Ionen-Akkumulator (LiIon-Akku) und der Lithium-Polymer-Akkumulator (LiPo-Akku). Der LiIon-Akku hat eine höhere Energiespeicherdichte, der LiPo-Akku einen geringen Spannungsabfall bei größerer Belastung, weshalb er häufiger verwendet wird. Eine mechanische Einwirkung auf den Akku ist – unabhängig von seiner Bauweise – meist fatal und führt zum Defekt. 

Remote Controller

Der Remote Controller (RC) ist ein Radio Transmitter zur Kontrolle der FPV-Drohne während des Fluges. Die ausgesandten Signale werden vom Empfänger empfangen und durch den Flight Controller verarbeitet. Damit werden die Motoren angesteuert und die gewünschten Flugmanöver ausgeführt. 

FPV-Brille

Zu unterscheiden sind binokulare und Box-Modelle. Bei den binokularen Modellen wird ein gespiegeltes Bild auf zwei Linsen projiziert. Die Box-Bauart projiziert das empfangene Bild auf einen LCD-Bildschirm. Die binokulare Bauweise ist teurer, bietet jedoch eine bessere Bildqualität und wird deshalb häufiger verwendet.

Prepare

Die Fähigkeit Prepare beschreibt die umfassende Einsatzvorbereitung. Für FPV-Drohnenteams bedeutet das vor allem eine praxisbezogene Ausbildung aller Teammitglieder – insbesondere der Piloten. Ukrainischen Berichten zufolge sind vier bis sechs Wochen realer Gefechtserfahrung notwendig, um ein Team auf einen Einsatz vorzubereiten.

Der Schutz des Teams erfolgt primär passiv. Aufgrund der Bedrohung durch die Artillerie und Kamikaze-Drohnen müssen im Vorfeld geeignete Deckungsmöglichkeiten und Wechselstellungen identifiziert werden. Weiters gehört die Überprüfung der Ausrüstung zur Vorbereitung. 

Um die Ausbildung von FPV-Piloten in Friedenszeiten durchzuführen, ist eine rechtliche Grundlage notwendig. Erfahrungen der britischen Streitkräfte zeigen, dass das restriktive Luftfahrtgesetz die Einsatzfähigkeit und die Ausbildung einschränkt. Entsprechend sind gesetzliche Änderungen erforderlich, insbesondere für militärische Trainings, an denen auch andere Luftfahrzeuge beteiligt sind.

Eine Vereinheitlichung der Gefechtstechniken und Abläufe optimiert das Engagement Procedure der FPV-Teams. Das Errichten von Kompetenzzentren und Ausbildungsstätten spielt eine große Rolle, damit die Qualität der Ausbildung überprüft und angepasst werden kann. Mehrere NATO-Staaten gehen hier mit gutem Beispiel voran.
 

Project

Project ist die Fähigkeit, Truppen auf dem Gefechtsfeld richtig einzusetzen und zu verlegen. Das beinhaltet die Einrichtungen, die für die Stationierung von Truppen notwendig sind. Ein FPV-Team besteht in der Regel aus bis zu vier Soldaten. Diese haben die Funktionen: Kommandant, Pilot, Techniker und Kraftfahrer/Assistent. Hinzu kommen die Ausstattung mit einem geländegängigen Fahrzeug und die Verfügbarkeit von Geräten zur Feldinstandsetzung. 

In der Einsatzplanung und Durchführung sind Wetterwerte wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit oder Niederschlag zu berücksichtigen. Damit können die Reichweite, Flughöhe und Flugdauer abgeschätzt werden. Zudem kann der eigene Standort mit einem speziellen Equipment durch die feindliche Aufklärung ermittelt werden. Daher hat eine nicht unbedingt notwendige Nutzung elektronischer Geräte ab der Phase der Verbringung zu unterbleiben. 

Die Phase der Verbringung ist wegen der ständigen Drohnengefahr die gefährlichste. Eine präzise Routenwahl ist erforderlich. Hauptbewegungslinien und Nachschubsrouten müssen vermieden werden.

Engage

Unter Engage versteht man die Fähigkeit, die richtigen Aufklärungs- und Waffensysteme einzusetzen und zum Zusammenwirken zu bringen. An der FPV-Drohne kann eine Vielzahl verschiedener Wirkmittel angebracht werden, deren Auswahl vom Auftrag abhängt. 

Das am häufigsten verwendete Wirkmittel ist der Gefechtskopf einer RPG-7. Bilder und Videos aus sozialen Netzwerken zeigen, wie mit diesem Gefechtskopf mehrere Millionen teure Kampfpanzer und Mehrfachraketenwerfer zerstört werden. Darüber hinaus können Richtminen, Trench Cleaner, Bombenschächte, Druck-, Projektil- oder Thermitladungen angebracht werden. Auch thermobarische Gefechtsköpfe, Richtsplitterladungen und eine Vielzahl an improvisierten, 3D-gedruckten Wirkmitteln wurden im Ukraine-Krieg bereits genutzt. 
 

Protect

Protect beschreibt wer, was, wie zu schützen ist sowie den Konnex zwischen aktivem und passivem Schutz. Das FPV-Team agiert vorzugsweise aus einer eingedeckten Stellung. Um die Verbindung zur Drohne zu schaffen, wird eine zusätzliche Ausrüstung benötigt. Ist keine eingedeckte Stellung verfügbar, muss aus einer zumindest verdeckten Stellung gearbeitet werden. Dabei spielt die Tarnung eine wesentliche Rolle. 

Durch den stationären Einsatz und kommerzielle Software wie „DJI Aeroscope“ ist es möglich, den Standort eines FPV-Teams zu peilen. Innerhalb von zwei Minuten, nachdem die Stellung erkannt wurde, kann diese bereits unter Steilfeuer liegen. Somit muss auf eine geringe elektromagnetische Signatur geachtet und Equipment zur Verschleierung des Standortes genutzt werden. Zusätzlich können Electronic Warfare-Frühwarnsysteme genutzt werden.

Sustain

Das Aufrechterhalten der Kampfkraft einer Truppe beschreibt die Fähigkeit „Sustain“. Dabei wird die Logistik bzw. der Nachschub betrachtet. Das „gläserne Gefechtsfeld“ lässt den Transport von Verwundeten (wenn überhaupt) nur in der Nacht zu, um nicht Ziel eines Drohnenangriffes zu werden. Aus diesem Grund ist es essenziell, dass alle Soldaten eines FPV-Teams in der Tactical Combat Casualty Care (TCCC) ausgebildet sind und ausreichend medizinisches Gerät mitführen. Fachpersonal unterstützt üblicherweise über Funk.

Das Beziehen und Verlassen einer Stellung erfolgt ebenfalls im Schutz der Dunkelheit. Daher sind FPV-Teams meist 24 oder 48 Stunden autark eingesetzt und führen eine dementsprechende Anzahl an Drohnen und Wirkmitteln mit. Drohnenoperatoren berichten vom Einsatz von bis zu 30 FPV-Drohnen pro Tag.

Inform

Inform ist die Fähigkeit, eigenen Soldaten jederzeit die notwendigen Informationen zukommen zu lassen. Diese Fähigkeit kann unterteilt werden in das Erfassen (Aufklären), das Aufbereiten und das Verteilen von Informationen. „So nahe wie nötig – so weit weg wie möglich“ gilt beim Einsatz in intensiven Gefechten. Die Distanz bezieht sich auf die Entfernung zum Kommandanten der vordersten eigenen Truppe. Dieser weist dem FPV-Team Ziele zu. So kann Blue on Blue, das versehentliche Bekämpfen eigener Kräfte, verhindert werden. 

Um bei einem Verlust der Verbindung zum vorgesetzten Kommandanten handlungsfähig zu bleiben, müssen im Vorfeld Rahmenbedingungen wie die Zielpriorisierung, die Grenzen des Einsatzraumes oder das Verhalten bei Ausfall der Verbindung klar festgelegt werden. Ebenso sind Absprachen mit den Aufnahmekräften zu treffen und Informationen über die eigene und feindliche Elektronische Kampfführung einzuholen.

Consult, Command, Control

Hierbei handelt es sich um die Kommunikation zwischen den Führungsebenen, die Fähigkeit, Truppen zu koordinieren und diesen die notwendigen Informationen bereitzustellen. Dazu zählt das Gewährleisten der Überlegenheit im Frequenzspektrum.

Die ukrainischen Streitkräfte setzen auf Starlink. Mittels Tetherings kann ein Tablet sicher mit dem Internet verbunden werden. Auf diesem Gerät werden Konferenzen über „Discord“ geschaltet. Hierzu berichtet ein Drohnenteam, dass es auf diesem Wege mit der darüber liegenden Führungsebene kommuniziert und sich mit dieser koordiniert. Dabei muss beachtet werden, dass auch Starlink von Jamming-Attacken betroffen sein kann. 
 

Auf einen Blick

Die Forschungsergebnisse zeigen eindeutig, dass FPV-Drohnen die moderne Kriegsführung wesentlich verändern –
mit einem Bruchteil der Kosten klassischer Waffensysteme. Die aus der Not heraus entstandenen FPV-Drohnen sind heutzutage ein integraler Bestandteil bewaffneter Konflikte, verändern Gefechtstechniken und Taktiken. Sie werden langfristig die Struktur und strategische Ausrichtung von Streitkräften beeinflussen. 

Eine zentrale Erkenntnis ist, dass der Bau und die Inbetriebnahme der Drohne keine bis lediglich grundlegende technische Kenntnisse erfordern. Die Niedrigschwelligkeit und einfache kommerzielle Verfügbarkeit der Komponenten revolutioniert den Nutzen ziviler Technik im Militär und stellt herkömmliche Beschaffungsprozesse infrage.

Der Schlüssel zur Effizienz ist die Quantität, mit der FPV-Drohnensysteme eingesetzt werden, und die eine Unterlegenheit im Bereich der Technologie und schweren Waffen ausgleicht. Ebenso stellt die Anpassungsfähigkeit einen Vorteil dar, um auf Lageänderungen rasch zu reagieren. 

Eine weitere wichtige Erkenntnis betrifft die Ausbildung. Der Einsatz von FPV-Drohnen erfordert gut ausgebildete Soldaten mit räumlichem und zeitlichem Vorstellungsvermögen, ausgeprägten Kenntnissen in den Gefechtstechniken, den Ingenieurswissenschaften, der Handhabung von explosiven Stoffen sowie der Karten- und Geländekunde. Der Drohnenpilot muss die Steuerung der Drohne beherrschen und Kenntnisse über Schwachstellen der gegnerischen Fahrzeuge und Ausrüstung besitzen. Notwendig ist ein ständiges, praxisnahes Training. Die Organisation und Gliederung eines FPV-Teams sind stark vom Auftrag und der Lage abhängig.

Die Elektronische Kampfführung ist die größte Herausforderung für ein FPV-Team. Störmaßnahmen können den Einsatz erheblich behindern. Innovative Lösungen wie Frequenzsprungverfahren oder glasfaserkabelgesteuerte Drohnen werden die Zukunft maßgeblich mitbestimmen. Auf dem Gefechtsfeld ist eine laufende Anpassung beider Seiten an die sich wechselnden Herausforderungen zu beobachten. Es herrscht ein stetes Ringen um das Erreichen einer asymmetrischen Situation zum Herstellen der Überlegenheit – ein permanenter Wettlauf im Sinne von „adapt or die“. 

Nicht zuletzt zeigen aktuelle Entwicklungen, dass FPV-Drohnen in den militärischen Doktrinen westlicher Staaten zunehmend verankert werden. Ausbildungsprogramme, das Aufstellen von FPV-Einheiten und Investitionen in die Drohnentechnologie nehmen zu. Besonders Staaten wie die USA, Israel, Australien und Großbritannien haben das Potenzial erkannt, zeigen Initiative und reagieren mit konkreten Programmen auf diese Entwicklung.
 

Fähnrich Moritz Böhm; Student an der Theresianischen Militärakademie