Digital Engineering für Verteidigungstechnik: Entwicklung unter Zeitdruck

Bei einem Fachgespräch von Cadfem diskutierten Vertreter von Rohde & Schwarz, Vites und Augusta Space über die Rolle von Simulation, digitalen Zwillingen und europäischer Technologiekooperation. Virtuelle Entwicklungsmethoden können Entwicklungszyklen verkürzen, ersetzen jedoch nicht die physische Erprobung sicherheitskritischer Systeme.

Welche Rolle können Digital Engineering, Simulation und softwaredefinierte Entwicklung beim Aufbau europäischer Verteidigungsfähigkeiten spielen? Darüber diskutierten Dr. Yvonne Weitsch von Rohde & Schwarz, Dr. Christoph Spranger von Vites und Dr. Matteo Berioli von Augusta Space bei einem online übertragenen Blueprint Talk von Cadfem.

Im Mittelpunkt standen die technologische Abhängigkeit Europas, die Übertragung ziviler Entwicklungen auf militärische Anwendungen sowie der Zielkonflikt zwischen kurzen Entwicklungszeiten und einer zuverlässigen Systemqualifikation.

Satellitenkommunikation als Bestandteil resilienter Infrastruktur

Nach Einschätzung von Yvonne Weitsch haben sich Satelliten- und Antennentechnologien von spezialisierten Anwendungen zu wichtigen Bestandteilen resilienter Informations- und Kommunikationsnetze entwickelt. Sichere Kommunikationsverbindungen seien sowohl für den Schutz kritischer Infrastrukturen als auch für militärische Anwendungen relevant.

„Informations-Infrastruktur ist eine zentrale Voraussetzung für Sicherheit und gesellschaftliche Resilienz“, sagte Weitsch. Um die technologische Souveränität Europas zu stärken, seien eine engere Zusammenarbeit von Forschung, Industrie und öffentlichen Auftraggebern sowie eine abgestimmte europäische Technologiestrategie erforderlich.

Technologietransfer aus der Automobilindustrie

Christoph Spranger sieht insbesondere in der europäischen Automobilindustrie technologisches Know-how, das teilweise auf Anwendungen in der Verteidigung übertragen werden könne. Dazu zählen Entwicklungsverfahren, Softwarekompetenz und Erfahrungen mit komplexen elektronischen Systemen.

Die Automobilbranche verfüge über „hochmoderne Technologien und Forschungsergebnisse sowie die nötige Verfügbarkeit gut ausgebildeter Ingenieure“, erklärte Spranger. Eine direkte Übernahme einzelner Lösungen ist allerdings nicht in jedem Fall möglich. Verteidigungssysteme unterliegen eigenen Anforderungen an Robustheit, funktionale Sicherheit, Informationssicherheit und Qualifikation.

Matteo Berioli verwies darauf, dass bestimmte Technologien, darunter elektronisch gesteuerte Satellitenantennen, in den vergangenen Jahren vor allem außerhalb Europas weiterentwickelt worden seien. „Nun ist es wichtig, diese Technologien für die Anwendung im zivilen wie im militärischen Bereich wieder nach Europa zurückzuholen.“

Simulation verkürzt Entwicklungszyklen

Numerische Simulationen ermöglichen es, konstruktive Varianten, Belastungsfälle und Systemzustände bereits vor dem Bau physischer Prototypen zu untersuchen. Dadurch lassen sich Entwicklungsentscheidungen früher treffen und der Umfang späterer Versuchsreihen gezielter planen.

Als Beispiel wurden digitale Zwillinge in der Antennenentwicklung genannt. Sie verbinden physische Messdaten mit elektromagnetischen Simulationsmodellen. Auf diese Weise lässt sich das Verhalten einer Antenne in unterschiedlichen Einbau- und Betriebsbedingungen virtuell untersuchen. Messungen bleiben jedoch notwendig, um die Modelle zu kalibrieren und zu validieren.

Berioli verwies auf den Zielkonflikt zwischen Entwicklungszeit und Absicherung: „Die Geschwindigkeit von Entwicklung und Produktion ist sehr wichtig, aber es muss am Ende auch verlässlich funktionieren. Man kann eben nicht beides gleichzeitig maximal haben: Eine Decke ist kurz, wie man in Italien sagt: Zieht man sie an einer Stelle höher, fehlt der Bereich woanders.“

EMV-Prüfung bleibt unverzichtbar

Bei Antennen-, Funk- und Satellitensystemen ist die elektromagnetische Verträglichkeit ein wesentlicher Bestandteil der Entwicklung und Qualifikation. Dabei muss untersucht werden, ob ein System unzulässige elektromagnetische Störungen verursacht oder durch äußere Einflüsse in seiner Funktion beeinträchtigt wird.

Simulationen können entsprechende Wechselwirkungen bereits in frühen Entwicklungsphasen abbilden. Für den Nachweis der tatsächlichen Systemeigenschaften sind jedoch weiterhin Messungen und physische Prüfungen erforderlich. Neben den technischen Anforderungen müssen die Entwickler außerdem Kosten- und Zeitvorgaben der meist staatlichen Auftraggeber berücksichtigen.

Software-Updates ersetzen keine Systemqualifikation

Softwaredefinierte Systeme ermöglichen kürzere Entwicklungs- und Aktualisierungszyklen. Fehler lassen sich dadurch unter bestimmten Voraussetzungen schneller analysieren und beheben. Bei sicherheits- und missionskritischen Anwendungen müssen Änderungen jedoch kontrolliert verifiziert, validiert und freigegeben werden.

Regelmäßige Software-Updates können deshalb eine kontinuierliche Weiterentwicklung unterstützen, dürfen aber nicht als Ersatz für eine ausreichende Erprobung vor dem Einsatz verstanden werden. Zudem müssen Konfigurationsstände, Abhängigkeiten und Auswirkungen auf das Gesamtsystem nachvollziehbar bleiben.

Simulation in der Luft- und Raumfahrt

In der Raumfahrt hat die virtuelle Entwicklung eine besondere Bedeutung. Die späteren Einsatzbedingungen lassen sich auf der Erde nur teilweise und mit hohem Aufwand nachbilden. Simulationen unterstützen deshalb die Auslegung und Vorbereitung physischer Tests. Sie ersetzen jedoch auch hier nicht die Qualifikation von Komponenten und Gesamtsystemen.

Bei der Drohnenentwicklung werde Simulation nach Einschätzung von Jan-Philipp Fürstenau von Cadfem dagegen häufig erst zur Weiterentwicklung bestehender Systeme eingesetzt, etwa um konstruktive Schwachstellen zu untersuchen.

Die Gesprächsteilnehmer waren sich einig, dass virtuelle Methoden nicht alle Betriebszustände und Einsatzbedingungen abschließend erfassen können. Dies gilt auch für den Einsatz künstlicher Intelligenz. Maschinelles Lernen könne Entwicklungs- und Auswertungsprozesse unterstützen, müsse jedoch kontrollierbar bleiben. „Wir müssen darauf achten, dass Menschen die Kontrolle behalten“, sagte Berioli.

(Quelle: Cadfem GmbH)