Kooperative Führung mehrerer unbemannter Luftfahrzeuge aus einem einsitzigen Kampfflugzeug
Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Konzipierung, Entwicklung und experimentelle Erprobung eines Automatisierungsansatzes zur Führung mehrerer unbemannter Kampfflugzeuge (Unmanned Combat Aerial Vehicles, UCAVs) aus einem bemannten einsitzigen Kampfflugzeug in einer gemeinsamen militärischen Mission. Dabei besteht die Herausforderung insbesondere darin, dem Piloten, neben der Führung seines Kampfflugzeuges und Bedienung der Missionsausrüstung, die Missionsführung und Koordination der UCAVs aus dem Cockpit zu ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, sind hohe Automationsgrade auf Seiten des Multi-UCAV-Führungssystems erforderlich. Aus Human Factors Studien ist bekannt, dass das Zusammenwirken zwischen Mensch und hochautomatisierten Systemen zu menschlichen Fehlleistungen (z.B. Verlust des Situationsbewusstseins) führen kann. Um sowohl ein hochautomatisiertes Multi-UCAV-Führungssystem zu realisieren als auch die damit zu erwartenden menschbezogenen Probleme weitgehend zu vermeiden, wird in dieser Arbeit als primärer Lösungsansatz die Theorie der Dual-Mode Cognitive Automation nach (Onken & Schulte, 2010) herangezogen und umgesetzt. Im resultierenden Automatisierungsansatz werden die UCAVs mit an Bord integrierten kognitiven Agenten, die über höhere kognitive Fähigkeiten (z.B. Aufbauen von Situationsverständnis, Planen, Entscheiden) verfügen, ausgestattet. Um automationsinduzierte Probleme im Umgang des Menschen mit hochautomatisierten Systemen zu vermeiden, wird im Automationskonzept ein Cockpitassistenzsystem für die Unterstützung des Piloten bei der Koordination seiner Aktivitäten mit denen der UCAVs vorgesehen. Des Weiteren wird eine multimodale Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Multi-UCAV-Führung einschließlich neuartiger Displayformate (z.B. Timeline Display zur Koordination abhängiger Aktivitäten) in das Automatisierungskonzept integriert. Der konzeptionierte Systemansatz sowie ein entsprechender Laborprototyp der realisierten Funktionen werden schlussendlich in eine umfassende Experimentalumgebung integriert. Bei der Experimentalumgebung handelt es sich um einen einsitzigen Kampfflugzeugsimulator inklusive der Subsysteme zur Durchführung einer militärischen Luft-Boden-Angriffsmission. Für die Abbildung der unbemannten Teammitglieder, inklusive der kognitiven Agenten, werden verfügbare Softwaresysteme genutzt und entsprechend den Anforderungen modifiziert. Zum Abschluss der Arbeit wird das Gesamtsystem anhand umfangreicher Mensch-Maschine-Experimente mit Piloten der Luftwaffe evaluiert. Die UCAVs werden dabei durch die Mitteilung eines Missionsauftrags und der bemannt-unbemannten Rollenverteilung geführt. Die Verteilung der Aufgaben findet zwischen den UCAVs stets ohne weiteres Zutun des Piloten statt. Auf Basis der daraus resultierenden Aufgabenabfolge der UCAVs erfolgt die Koordinierung der Aktivitäten des bemannten Kampfflugzeugs. Der Pilot wird dabei kontinuierlich durch das Cockpitassistenzsystem unterstützt. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass die Führung mehrerer unbemannter Kampfflugzeuge vom einsitzigen Cockpit aus in der betrachteten Mission möglich ist. Schlüssel hierfür ist der gewählte hohe Automatisierungsgrad der Interaktion mit dem unbemannten Team. Jedoch zeigt sich auch, dass der Bedarf nach diesem hohen Automationsgrad nicht in jeder Situation bzw. Missionsphase gleichermaßen vorhanden ist. In den Experimenten waren ebenfalls Phasen der Unterforderung der Piloten zu beobachten. Hieraus lässt sich ein weiterer Forschungsbedarf nach variablen, adaptiv eingesetzten Automationsgraden ableiten.
