Vom Konzept zum Prototypen Schüler*innen des Forschungsclubs „changING“ des Exzellenzclusters SE²A präsentierten ihre Projekte

Wie aus hochfliegenden Plänen erfolgreiche Projekte werden, haben Schüler*innen des ersten Jahrgangs des Forschungsclubs changING des Exzellenzclusters SE²A – Sustainable and Energy-Efficient Aviation – der TU Braunschweig nach vier Jahren erfolgreicher Teilnahme bewiesen. Zum Abschluss  ihrer Forschungsaktivitäten zeigten sie ihre Projekte – von der Drohne über einen Staubsaugerroboter sowie einen Flügel für ein Modellflugzeug bis zu einem ökonomischen Modell für den Einsatz eines unbemannten Luftfahrzeugs.

Schon mal was von HAPS gehört? Die Abkürzung steht für High Altitude Pseudo Satellites. Das sind hochfliegende unbemannte Plattformen, die in der Stratosphäre operieren. Anna Gesine Lübke vom Gymnasium Martino-Katharineum in Braunschweig wollte es genau wissen und entwickelte am Institut für Flugführung der TU Braunschweig ein ökonomisches Modell für den Betrieb von HAPS für eine flächendeckende Mobilfunkversorgung. Unterstützt wurde sie dabei vom wissenschaftlichen Mitarbeiter Andres Arango.

Preisgekrönt: Anna Gesine Lübke präsentiert ihr ökonomisches Modell für den Betrieb von High Altitude Pseudo Satellites bei Jugend forscht. Bildnachweis: Ole Dannemeyer

Mit Hilfe wetterdatengestützter Simulationsrechnungen und auf Basis einer systematischen, technisch-wirtschaftlichen Analyse der zu erwartenden Investitions- und Betriebskosten ist es ihr gelungen, die mit dieser Technologie erreichbare Verfügbarkeit des Netzes zu bewerten und mit konventionellen Technologien zu vergleichen. Ein ambitioniertes Projekt, mit dem sich die Abiturientin den dritten Platz in der Kategorie Technik im Landeswettbewerb Jugend forscht in Clausthal-Zellerfeld sicherte und für das sie zudem zahlreiche Sonderpreise gewann.

„Das macht die Qualität des changING-Forschungsclubs aus. Die Schüler*innen experimentieren sehr selbständig und erfahren in ihren Forschungsprojekten ihre Kompetenzen, indem sie auch komplexe Aufgaben eigenständig lösen können“, sagt M.Sc. Dina Al-Kharabsheh, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Fachdidaktik der Naturwissenschaften der TU Braunschweig.

Ein Staubsaugerroboter aus dem 3D-Drucker

Vor allem bei Mädchen soll der Forschungsclub changING das Interesse für MINT-Studiengänge und technische Themen stärken. Dieses Interesse brachten die Braunschweiger Schülerinnen Lena Hage und Carlotta Kohn vom Gymnasium Ricarda-Huch-Schule sowie Elisabeth Bittner vom Wilhelm-Gymnasium bereits mit. Ihr Forschungsprojekt: ein Staubsaugerroboter. „Es war eine Herausforderung, den selbstentwickelten Roboter überhaupt zum Fahren zu bringen“, resümiert Lena Hage.

Brachten ihren Roboter aus dem 3D-Drucker erfolgreich zum Fahren: Lena Hage (links) und Carlotta Kohn. Bildnachweis: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Bereits der Start der komplexen Projektarbeit hatte es in sich: Wie steigt man in ein solches Vorhaben ein? Was sind die ersten Schritte? „Die wissenschaftlichen Mitarbeitenden vom Institut für Mechanik und Adaptronik waren enorm hilfsbereit, wir konnten sie jederzeit mit Fragen löchern“, erinnert sich Carlotta Kohn. „Zudem haben wir auch praktische Fertigkeiten wie Löten gelernt. Das ist schon cool, das jetzt zu können.“

Wichtiger noch als der Einstieg ins Projekt war das Dranbleiben. Denn Forschen bedeutet auch, an Grenzen zu gelangen, Konzepte zu überarbeiten und das Projekt neu auszurichten. „Wir hatten anfangs den Plan, einen Roboter zu entwickeln, der selbständig Treppen steigen kann“, sagt Lena Hage. Dafür hat die Zeit bis zum Projektabschluss nicht gereicht, aber immerhin: Ihr Roboter aus dem 3D-Drucker fährt und weicht Hindernissen autonom aus – ein toller Erfolg für die Jungforscherinnen.

Drohne entwickelt, gefertigt und zum Fliegen gebracht

„Wir haben alle Phasen eines Forschungsprojekts durchlaufen – vom Konzept bis zum Prototypen“, berichtet Thomas Mohr, der gemeinsam mit Lev Lekush und Hamza Touati – alle drei besuchen das  Wilhelm-Gymnasium – eine Drohne entwickelt, gefertigt und erfolgreich zum Fliegen gebracht hat. „Wir haben versucht, uns so viel wie möglich selbst beizubringen“, erinnert sich Lev Lekush. „Nur wenn wir wirklich nicht weiter wussten, haben wir die Expert*innen gefragt.“

Gelungene Teamarbeit in der Entwicklung und Fertigung einer flugfähigen Drohne (von links): Lev Lekush, Thomas Mohr und Hamza Touati. Bildnachweis: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Zum Beispiel den wissenschaftlichen Mitarbeiter Hendrik Traub vom Institut für Mechanik und Adaptronik der TU Braunschweig: „Mich begeistert die hohe Motivation, die die Schüler*innen in dem Forschungsclub changING zeigen.“ Die drei Abiturienten haben ihre Drohne nicht nur gemeinsam nachmittags im Institut entwickelt, sondern auch zuhause immer wieder an Detailfragen getüftelt. „Ziel war, mit der Drohne Pakete zu transportieren. Aber wir haben erkannt, dass ein solches Projekt viel mehr Zeit benötigt. Wir konnten aber in erfolgreichen Flugversuchen zeigen, dass unsere Drohne tatsächlich fliegt“, sagt Hamza Touati.

Erfolgreiche Flugerprobung eines Modellflugzeugflügels

Erfolgreich verlief auch die Flugerprobung eines Modellflugzeugs, für das ein changING-Forschungsteam den Flügel entworfen hat. Zum Team gehören die Schüler*innen Stephanie Bittner, Hannah Ameer, Lisa Marie Scharp und Taner Topkaya vom Wilhelm Gymnasium. Unterstützung gab es von den wissenschaftlichen Mitarbeitern Christian Breitenstein und Ralf Wokoeck vom Institut für Strömungsmechanik der TU Braunschweig.

Erfolgreiche Flugerprobung mit dem selbst entworfenem Flügel für ein Modellflugzeug (von links): Philipp Seelemeyer von Akamodell Braunschweig, die Jungforscherinnen Stephanie Bittner und Hannah Ameer, der wissenschaftliche Mitarbeiter Christian Breitenstein sowie Jungforscher Taner Topkaya. Bildnachweis: Thomas Müller

Anschließend ging es für die Jungforschenden in die Werkstatt der Akamodell Braunschweig im Institut für Flugzeugbau und Leichtbau. Unter Anleitung von Philipp Seelemeyer wurde der Flügel gebaut und auf einem Modellflugzeugrumpf montiert, den die studentische Modellbaugruppe Akamodell Braunschweig ebenso wie die Fernsteuerung bereitstellte. Die Flugerprobung erfolgte in der Sporthalle Beethovenstraße.

„Neben den grundlegenden Aspekten der Flugsteuerung haben wir dabei insbesondere den Einfluss der Schwerpunktlage auf die flugdynamische Stabilität, die für einen stationären Flug erforderlichen Ruderausschläge und die Flugleistungen untersucht“, berichtete das Forschungsteam. „Die Versuche waren ein schöner Abschluss für ein gelungenes Projekt.“