Gefährliches Glatteis und gefrierender Regen: Neue Sensoren warnen Autos und Flugzeuge früher

Im Winter passieren viele Unfälle nicht nur bei Schneechaos. Gefährlich wird es auch, wenn die Straße lediglich nass ist und die Temperaturen knapp unter null liegen. Dann kommt es zu Blitzeis. Gefrierende Nässe wird beim Kontakt mit dem Asphalt sofort zu Eis.

Herkömmliche Systeme reagieren meist zu spät. Ein neuer Sensor der University of Michigan soll Glatteis nun früher erkennen. Er misst Eisbildung direkt auf Oberflächen und bewertet zugleich die Bedingungen in der Umgebung. Der gewonnene Zeitvorsprung kann verhindern, dass aus einer Gefahr ein Unfall wird.

Glatteis bleibt oft unsichtbar – und genau das macht es so gefährlich

In den USA verursacht Eis rund 20 Prozent aller wetterbedingten Verkehrsunfälle. Auch in Deutschland liegt diese Zahl laut Statistischem Bundesamt bei rund zehn bis 15 Prozent. In der Luftfahrt sind die Folgen noch dramatischer. Etwa zehn Prozent aller tödlichen Unfälle im kommerziellen Flugverkehr stehen im Zusammenhang mit Vereisung. Eis verändert die Aerodynamik, blockiert Sensoren und beeinträchtigt die Steuerung.

Besonders riskant sind große, unterkühlte Wassertropfen. Sie treffen auf ungeschützte Flächen und frieren sofort fest. Klassische Messfühler erkennen diese Gefahr oft zu spät. Sie sitzen an Stellen, an denen sich Eis anders sammelt als an Flügeln oder Leitwerken. Warnungen kommen dann erst, wenn das Flugzeug oder Fahrzeug bereits instabil reagiert.

Neuer Sensor erfasst Glatteis in Echtzeit

Bei dem neuen Sensor liegt ein Bauteil bündig in der Oberfläche von Flugzeugen oder Fahrzeugen. Es arbeitet mit Mikrowellen. Schon hauchdünne Eis- oder Wasserschichten verändern das Signal messbar. Eis lässt sich so direkt dort erkennen, wo es fahr- oder flugrelevant wird.

Ein zweites Element ergänzt diese Messung. Es blickt nach vorn. Infrarotlaser analysieren die Luft oder die Straße vor dem Fahrzeug. Sie unterscheiden Eiskristalle von flüssigen Tropfen unter null Grad. Diese Unterscheidung ist entscheidend, weil flüssige Tropfen beim Auftreffen sofort Glatteis bilden.

Frühere Warnungen schaffen Handlungsspielraum

Die Stärke liegt in der Kombination. Während der Mikrowellen-Sensor die Oberfläche überwacht, prüft der optische Sensor die Umgebung. Das System erkennt nicht nur Eis. Es stuft die Gefahr ein. In Tests reagierte es innerhalb weniger Sekunden nach dem Eintritt in kritische Bedingungen.

Entwicklungsleiter Nilton Renno erklärt: „Vereisung von Flugzeugen ist ein weltweites Problem, das zu jeder Jahreszeit auftreten kann.“ Mit dem wachsenden Flugverkehr steige auch der Druck, bei schwierigen Wetterlagen zu fliegen. Frühere Warnungen verschaffen Piloten und Fahrern Handlungsspielraum.

Praxisversuche bestätigen den Zeitvorteil

Das Team testete den Sensor sowohl in einem einmotorigen Flugzeug als auch in einem leichten Businessjet. Dabei zeigte sich: Das System erkennt gefährliche Vereisung schneller als herkömmliche Verfahren und unterscheidet zuverlässig zwischen harmlosen und riskanten Bedingungen.

Auch im Straßenverkehr wurde der optische Sensor an einem Auto erprobt. Dort erkannte er Glatteis auf verschneiten Wohnstraßen. Studien zeigen: Bereits eine Reduktion der Geschwindigkeit um 6 bis 14 Kilometer pro Stunde kann das Risiko schwerer Verletzungen bei Unfällen halbieren. Eine frühere Warnung könnte Assistenzsysteme aktivieren, bevor Fahrzeuge ins Rutschen geraten.

Lasertechnik unterscheidet gefährliche Tropfen

Renno ist selbst Pilot. Nach einem Winterflug fand er sein eigenes Flugzeug komplett vereist. Starten kam nicht infrage. Stattdessen begann er, nach Lösungen zu suchen. Erfahrungen aus der Raumfahrt halfen dabei. Mikrowellen-Resonatoren wurden bereits bei Marsmissionen genutzt, um Wasser und Eis im Boden zu unterscheiden.

Die optische Technik nutzt mehrere Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen. Ihr Rückstreusignal verrät, ob Wasser flüssig oder gefroren ist und wie groß die Tropfen sind. Große Tropfen gelten als besonders gefährlich, weil sie nicht vom Luftstrom abgelenkt werden.

Auf dem Weg zur breiten Anwendung

Behörden verlangen zunehmend Systeme, die gefährliche Bedingungen klar von weniger kritischen trennen. In Vergleichstests erkannte der neue Sensor auch besonders riskante Eisarten, die andere Verfahren übersahen. „Man kann viele Leben retten, wenn Fahrzeuge langsamer werden, sobald eine rutschige Strecke erkannt wird“, so Renno. Das System soll unterstützen, nicht ersetzen. Es liefert Informationen, bevor Instinkt oder Erfahrung greifen müssen.

Noch befindet sich die Technik in der Weiterentwicklung. Verbesserungen bei Elektronik und Temperaturstabilität stehen an. Zertifizierungen folgen. Langfristig ist der Einsatz in Flugzeugen, Autos, Lastwagen und automatisierten Systemen geplant.

Kurz zusammengefasst:

• Unsichtbares Glatteis entsteht durch unterkühlte Wassertropfen und gehört zu den größten Risiken im Straßen- und Luftverkehr, weil es ohne sichtbare Warnzeichen plötzlich Haftung und Kontrolle nimmt.
• Ein neuer Sensor erkennt Glatteis früher, indem er Eisbildung auf kritischen Oberflächen misst und zugleich die Umgebung auf gefährliche Bedingungen prüft.
• Der dadurch gewonnene Zeitvorsprung erlaubt rechtzeitiges Bremsen, Ausweichen oder Gegensteuern und kann Unfälle deutlich verringern, ohne den normalen Betrieb einzuschränken.

Übrigens: Nicht nur Sensoren im Fahrzeug sollen künftig vor Gefahr warnen, auch KI erkennt Risiken im Straßenverkehr immer früher. Wie Kameras und Künstliche Intelligenz Unfälle verhindern helfen, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Brenda Ahearn, Michigan Engineering