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Quantum-Systems vereint die Vorteile zweier Flugsysteme in einem Fluggerät

Stellen Sie sich und das Startup Quantum-Systems doch kurz unseren Lesern vor!
Im Bereich der unbemannten Flugsysteme (Drohnen) existieren zwei Konzepte, um den Start und die Landung durchzuführen. Zum einen gibt es konventionelle Flugzeuge, die im Reiseflug aerodynamisch sehr effizient fliegen, jedoch für Start und Landung auf eine große, ebene Fläche (Start- und Landebahn) angewiesen sind. Alternativ dazu kann der Start- und Landevorgang mittels Katapult und Fangnetz durchgeführt werden. Damit ist der Aufwand ein konventionelles, unbemanntes Fluggerät zu betreiben sehr hoch.

Zum anderen gibt es das Konzept eines Hubschraubers (oder Multicopters), wodurch die beschriebenen Probleme aufgrund der Fähigkeit, vertikal starten und landen zu können, in den Hintergrund rücken. Die Flugleistungen (Reichweite und Flugzeit) einer solchen Senkrechtstarter-Konfiguration liegen wegen des deutlich erhöhten Energiebedarfs im Reiseflug aber weit unterhalb der Leistungen einer konventionellen Flugzeugauslegung.

Unser Ansatz vereint die Vorteile der beiden sehr unterschiedlichen Flugsysteme in einem Fluggerät. Damit haben unsere Flugsysteme sowohl die Fähigkeit eines Hubschraubers, als auch die ausgefeilte Aerodynamik eines auf den Reiseflug ausgelegten Flächenflugzeugs. Der Übergang vom Schwebeflug in den Reiseflug erfolgt während der sogenannten Transitionsphase. Hierbei werden die Rotoren nach dem Senkrechtstart aus der vertikalen Startposition in die horizontale Reiseflugposition geschwenkt. Anstelle von Auftrieb erzeugen sie nun Vortrieb. Unsere Flugsysteme haben damit ein sehr großes Einsatz- und Geschwindigkeitsspektrum: vom Schwebeflug bis zu einer Fluggeschwindigkeit von über 160 km/h.

Dank unserer entwickelten und zum Patent angemeldeten Transitionstechnologie können mit einem gleich geringen Aufwand wie für Multicoptersysteme bis zu 96-mal größere Flächen oder Strecken überflogen, eine 8-mal längere Gesamtflugdauer in einer 3-mal größeren Flughöhe und eine bis zu 4-mal höhere Fluggeschwindigkeit erreicht werden. Im direkten Vergleich mit derzeit verwendeten Drohnen (z. B.: eBee von Sensefly) können konkrete Monitoring-Aufgaben statt in drei Wochen in nur 5 Stunden erledigt werden.

Wie ist die Idee zu Quantum-Systems entstanden und wie haben Sie sich als Gründerteam zusammengefunden?
Die Geschichte des Gründerteams reicht im Prinzip sehr weit zurück. Florian Seibel (38), CEO und Dr. Michael Wohlfahrt (55), Head of Design kennen sich bereits seit über 20 Jahren. Irgendwann Mitte der 90’iger ließ sich der junge motivierte Physikschüler Florian von seinem Physiklehrer Michael im Rahmen eines Schulprojektes für die Luftfahrt begeistern. Seitdem bestimmt die Leidenschaft des Fliegens Florians Leben. Natürlich studierte er Luft- und Raumfahrt und wurde prompt Hubschrauberpilot bei der Bundeswehr. Zum Ende seiner Dienstzeit führte sein Weg wieder zurück an die Universität der Bundeswehr München, wo er als Doktorand seine Idee eines Transitionsflugsystems wissenschaftlich angehen wollte. An der Universität fanden sich die weiteren Gründungsmitglieder Tobias Kloss (39) und Dr.-Ing. Michael Kriegel (40), die ebenfalls Luft- und Raumfahrt studiert hatten und als wissenschaftliche Mitarbeiter in unterschiedlichen Projekten mit Drohnenbezug forschten.

Während dieser Zeit wurde ein großer Schatz an Erfahrungen und Kompetenzen in den Bereichen Autopilot, Sensorintegration, Bodenkontrollstation Training, Dienstleistung und unbemannte Fluggerät aufgebaut.

Das Unternehmen Quantum-Systems GmbH wurde schließlich im Januar 2015 gegründet und bietet seit dem Kunden Gesamtlösungen für Drohnenanwendungen an.
Hauptprodukt ist der Quantum TRON: ein senkrecht start- und landefähiges unbemanntes Flächenflugzeug mit 3,5m Spannweite. Dieses UAV (Unmanned Aerial Vehicle) ist primär auf Anwendungen aus den Bereichen der 3D-Rekonstruktion, Kartographie, Inspektionen von Industrieanlagen, für Sicherheits- und Überwachungsanwendungen oder zum Transport von Gütern spezialisiert.
Ein deutlich leistungsgesteigertes brandneues Produkt der zweiten Generation ist bereits in der Pipeline und wird im Oktober 2017 auf dem Markt verfügbar sein!

Von der Idee bis zum Start was waren bis jetzt die größten Herausforderungen und wie haben Sie sich finanziert?
Die Idee beziehungsweise die technische Lösung wie man die besonderen Fähigkeiten eines Segelflugzeuges geschickt kombinieren kann mit den Fähigkeiten eines Hubschraubers, skizzierte Florian bereits 2011 während einer dreiwöchigen Tour auf dem Jakobsweg mit seinem Hund auf der klassischen Servierte. Ihm war natürlich von Anfang an klar, dass das Projekt nicht alleine zu bewerkstelligen ist. Daher war es eindeutig die größte Herausforderung das richtige Team mit den richtigen Qualifikationen und einer ordentlichen Portion Mut zu finden.

Florian, sein alter Lehrer Michael, Tobi und Mike schlossen sich zusammen, konnten schon bald den Proof-of-Concept darstellen und bauten den ersten Prototypen – den Quantum VRT. Nachdem der VRT, den 2. Platz beim Drone4Good Award 2015 gewonnen hatte erfuhr das frisch gegründete Unternehmen so viel positive Reputation, dass plötzlich internationale Großunternehmen unterschiedliche Ingenieurdienstleistungen anfragten. Mit diesem selbst erwirtschafteten Einkommen als Ingenieurdienstleister im Bereich UAV und der Unterstützung einiger bayerisches Förderprogramme ließ sich die eigene Vision vom OEM für VTOL Fixed-Wing UAV selber erreichen.

Wie hat sich das Unternehmen seit dem Start entwickelt?
Das Unternehmen hat sich in den letzten Jahren in alle Richtungen stetig weiterentwickelt. Am besten lässt sich die Entwicklung an der Quadratmeterzahl (qm) messen. Nach einer Phase ohne eigene Räumlichkeiten in der der Tisch der Cafeteria an der Universität als Büro dienen musste ging es in den dunklen feuchten 20qm kleinen Keller von Mikes Wohngebäude. Nach einem langen Jahr konnte eine 80 qm große Dachgeschosswohnung in einem kleinen Gewerbepark eines Dorfes im Süden Münchens angemietet werden. Nachdem aber schon bald die dazu gemietete 35 qm große Hälfte der Nachbarwohnung auch nicht mehr ausreichte zog Quantum-Systems schließlich dank einer ESA-BIC Förderung um, an den Sonderflughafen Oberpfaffenhofen. Erst auf eine Fläche von 250 qm und inzwischen auf stattlichen 475 qm geht Quantum seinen Aufträgen nach und beschäftigt mittlerweile 22 Mitarbeiter hauptsächlich in den Bereichen Entwicklung, Produktion, Einkauf, Vertrieb, Marketing und Kundenservice.

Wer ist die Zielgruppe von Quantum-Systems?
Quantum bedient ausschließlich B2B Kunden. In der Regel sind es Dienstleistungsunternehmen die im Auftrag ihrer Kunden aktuelle hochauflösende Luftbildaufnahmen schnell und günstig anfertigen müssen. Hauptanwendungsfälle sind im Bereiche der Inspektion von Infrastrukturanlagen oder in der Präzisionslandwirtschaft zu finden.

Wie funktioniert Quantum-Systems?
In Zeiten der Digitalisierung und Big Data spielen tagesaktuelle Luftbildaufnahmen in unterschiedlichsten Anwendungsfälle eine immer größere Rolle. Kernelement des Gesamtproduktes ist zwar das innovative VTOL Fixed-Wing Flugsystem allerdings umfasst das gesamt Produkt noch eine Reihe weiterer Komponente.

Mission C2 Software (C2: Command & Control)

Zur Planung und Durchführung sowie zur Missionsüberwachung dient die von Quantum entwickelte Mission C2 Software. Die Software ist auf Windows 10 ausgelegt und optimiert für Tablets. Jede Mission muss zu Beginn geplant werden. Dank der intuitiv bedienbaren Software erfolgt die Planung innerhalb sehr weniger Klicks. Eine Fläche muss beispielsweise nur umrahmt werden und der Start- und Landepunkt definiert werden. Es lassen sich falls erforderlich noch weitere Kriterien wie Flughöhe, Windrichtung oder Sensor einstellen, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Abschließend wird die geplante Mission innerhalb weniger Augenblicke simuliert und auf Plausibilität geprüft. Die fertige Mission kann gespeichert werden, um sie gegeben Falls weitere Male wiederverwenden zu können. Die Software greift dank einer Partnerschaft mit Esri auf GIS Daten von Esri zurück, die auch im offline Betrieb verwendet werden können. Für einen Kunden fallen in der Basisversion keine Kosten an.

Missionsdurchführung

Beide Drohnen werden in kompakten und stoßfesten Transportkisten aufbewahrt und lassen sich innerhalb weniger Minuten einsatzbereit machen. Nach kabelloser Übertragung der Missionsdaten können die Systeme per Knopfdruck aktiviert werden und die Mission beginnt vollautomatisch. Nach dem vertikalen Start leitet das System im einem festgelegten Korridor die sogenannte Transition ein. In dieser Phase wechselt das UAV vom Hubschraubermodus in den Flugzeugmodus. Der ebenfalls von Quantum entwickelte Autopilot inklusive Autopilotensoftware verarbeiten die permanent aufgezeichneten Positionsdaten (Höhe, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Winkel, GPS, etc.), um das UAV ohne Abweichungen den Missionspfad abfliegen zu lassen. Die Bildaufzeichnung erfolgt ebenfalls automatisiert und berücksichtigt die gewünschte Längs- und Querüberlappung der Bilddaten. Nachdem alle Daten erhoben worden sind und die Mission erfolgreich beendet werden kann beginnt das System die vollautomatische Rücktransition. Nachdem der Wechsel vom Flugzeugmodus wieder in den Hubschraubermodus stattgefunden hat landet die Drohne wieder sicher und vertikal am zuvor bestimmte Endpunkt.

Software zur Datenanalyse

Die Vielzahl an Daten die beispielsweise während einer Flächenaufzeichnung von einer Standardfläche von 450 ha erhoben werden müssen anschließend von einem speziellen Programm verarbeitet werden. Für die Entwicklung einer Software die das leisten kann ist ein umfangreiches Knowhow erforderlich. Quantum-Systems sieht sich selbst nicht als Entwickler der Analysesoftware und hat daher, um ein Gesamtprodukt anbieten zu können Partnerschaften geschlossen mit entsprechenden Softwareanbietern.

Der Marktführer von GIS Daten ist bekannter Weise die Firma Esri mit der Software ArcGIS. Diese umfangreiche Software wird bereits von den meisten Großunternehmen und Behörden verwendet und kann daher in vielen Fällen ohne weiter Zusatzkosten betrieben werden. Speziell für Drohnenanwendungen wurde von Esri das Softwaretool Drone2Map entwickelt, dessen Basisversion dem Produktpaket kostenfrei beiliegt.
Weiter Möglichkeiten der Datenanalyse bestehen unter Verwendung von AgiSoft oder Pix4D. Für diese Softwarelösungen bietet Quantum eine kostenfreie Jahreslizenz an. Grundsätzlich steht es dem Kunden frei eine beliebige Software zur Datenauswertung zu benutzen. Die aufgezeichneten Daten können in jedem gängigen Format aufgezeichnet und weiterverarbeitet werden.

Welche Vorteile bietet Quantum Systems? Wo liegt Ihr USP?
Die handelsüblichen Multicoptersysteme sind bereits seit über zehn Jahren in ausgezeichneter Qualität auf dem zivilen Hobby- und Profimarkt zu erhalten. Die sehr gut zu kontrollierende Flugsteuerung sowie die einfache allgemeine Handhabung und die vertikale Start- und Landefähigkeit machen die Systeme zu einem breit einsetzbaren Arbeitsgerät. Lediglich die stark eingeschränkte Flugdauer und die damit in Verbindung stehende geringe Reichweite schränken die Systeme in ihrem Anwendungsspektrum ein.

Fixed-Wing UAV sind auf dem zivilen Profimarkt in deutlich geringerer Stückzahl vertreten als Multicoptersysteme. Ihre Abhängigkeit von einer Start- bzw. Landebahn oder einem Katapultsystem machen die Systeme für die meisten Anwendungen unattraktiv oder sogar unwirtschaftlich. Auch die Möglichkeit leichtere Systeme (<5kg) mit einem geübten Handwurf starten zu können verbessert die Situation nicht nennenswert. Zur Landung vieler Fixed-Wing UAV ist ein Landenetz, Landeseil, Landebahn oder Landefallschirm notwendig. Nicht wenige Fixed-Wing UAV setzen bei der Landung sogar auf eine kontrollierte Bauchlandung. Die Belastung der teilweise sehr empfindlichen Sensorelektronik leidet bei diesem Verfahren in ganz besonderem Maße. Das Flugkonzept gängiger Fixed-Wing UAV ist zudem deutlich komplexer als bei Multicoptersystemen und bedarf eine intensive Trainings- und Übungsphase bevor sich die Systeme zuverlässig und unfallfrei bedienen lassen.

Die Drohnen von Quantum-Systems vereinen die unbestrittenen Vorteile von Multicoptersystemen mit der Effizienz von Fixed-Wing Drohnen.

Wie ist das Feedback?
Wir haben bereits über 40 unserer Produkte weltweit an Kunden ausgeliefert, die sie weltweit erfolgreich einsetzten. Viele unserer Kunden betreiben ihre Systeme mit individuellen Sensoren für ihre speziellen Problemlösungen. Natürlich ist der Produktsupport für solche Spezialanwendungen von besonderer Bedeutung und wird von unseren B2B Kunden besonders geschätzt.
Diese individuelle und intensive Form des Kundenservice ist uns nur möglich, da wir alle wichtigen Produktkomponenten selber entwickelt haben und keine Open-Source Elemente benutzen.

Quantum-Systems, wo geht der Weg hin? Wo sehen Sie sich in fünf Jahren?
Quantum-Systems wird im Jahr 2023 ein solides deutsches mittelständisches Unternehmen sein mit Hauptsitz in München und Zweigstellen in Nordamerika und Asien. Das Unternehmen wird über 100 Mitarbeiter in Deutschland beschäftigen und weltweit die erste Adresse sein für VTOL Fixed-Wing UAV für den professionellen zivilen Markt.

Zum Schluss: Welche 3 Tipps würden Sie angehenden Gründern mit auf den Weg geben?
1. Das richtige Team ist das aller wichtigste!
2. Fokus, Fokus, Fokus! Manchmal muss auch zu coolen Projekten beherzt „nein“ sagen können wenn sich auf der Roadmap liegen!
3. Man darf nie den Spaß an der Sache verlieren!

Weitere Informationen finden Sie hier

Wir bedanken uns bei Jona Timm und Micha David Neubert für das Interview

Aussagen des Autors und des Interviewpartners geben nicht unbedingt die Meinung der Redaktion und des Verlags wieder

Sabine Elsässer

Sabine Elsässer is founder and chief editor of the StartupValleyNews Magazine. She started her career at several international direct sale companys. Since 2007 she works main time as a journalist. While that time she learned more about the Startup Scene, what made her start her own Startup Magazine the StartupValleyNews.

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