Luftbetankung

Nobody kicks ass without tanker gas▲

Das ist ein verbreiteter Spruch unter Militärpiloten. Er bringt zum Ausdruck, dass viele Missionen ohne Luftbetankung nicht möglich wären. Tanker betanken Kampfflugzeuge auf dem Weg zu oder von weit entfernten Zielen oder ermöglichen längere Patrouillen. Sie führen Formationen von Kampfjets bei Verlegungsflügen. Sie treffen sich an vorgeplanten Orten mit strategischen Bombern, Aufklärern, Transportflugzeugen oder anderen Tankern um deren Reichweite zu vergrößern. Sie betanken AWACS oder anderen SIGINT-Plattformen um deren Verweilzeit zu erhöhen. Sie betanken Hubschrauber der Spezialkräfte. Sie stellen die Notoption auf Flugzeugträgern zur Verfügung, wenn vom Einsatz zurückkehrenden Jets aufgrund zu vieler fehlgeschlagener Landeversuchen der Treibstoff ausgeht. Die vielleicht stressigsten Missionen für Tankercrews sind die, wo Tanker hinter die feindlichen Linien fliegen um Flugzeuge abzuholen oder abgeschossene Crewmitglieder zu evakuieren. In seinem Buch Tanker Pilot beschreibt Mark Hasara eine Mission, wo drei Tanker weit in den Irak eingedrungen sind um 24 F-16 abzuholen, die auf dem Hinweg zum Einsatz entgegen der Planung keinen Sprit bekommen haben. Einige davon hatten nur noch für fünf Minuten Treibstoff, als sie an den rettenden Tanker andockten.

Im vorliegenden Artikel betrachten wir die Luftbetankung aus technischer sowie aus fliegerischer Sicht. Im zweiten Teil begleiten wir einen A330 MRTT der Multinational MRTT Unit auf einer Tankmission nach Südschweden. Der Schwerpunkt des zweiten Teils liegt auf operationellen Themen und Details zum A330 MRTT.

Die Idee▲

Die Idee der Luftbetankung liegt nahe: zwei Flugzeuge fliegen in Formation und das eine pumpt per Schlauch Sprit zum anderen. Und tatsächlich gab es die ersten Experimente schon 20 Jahre nach dem Flug der Gebrüder Wright: 1923 betankten sich zwei Doppeldecker des US Army Air Service. Bis einschließlich des zweiten Weltkriegs spielte die Luftbetankung keine nennenswerte operationelle Rolle; aber es reifte die Erkenntnis, dass sie zukünftig wichtig würden. Im Rahmen des Irakkriegs 1990/91 waren beispielsweise 320 Tanker der US-Luftwaffe in der Golfregion stationiert. Auch der Single Integrated Operational Plan, der vorgeplante nukleare Gegenschlag der USA, stützte sich neben Bombern massiv auf Tanker. Anfang des kalten Krieges umrundete eine Boeing B-50 die Erde nonstop mit Hilfe mehrerer Betankungen durch KB-29. In Folge entwickelten sich die beiden bis heute eingesetzten Systeme: der starre, aktiv kontrollierte Boom bei der US Luftwaffe, und die Kombination aus Schlauch und Sonde (“Drogue and Probe” oder “Hose and Drogue”) bei der Royal Air Force.

Das Sonde-und-Korb System▲

Beim Schlauch/Sonde System zieht der Tanker einen (aufrollbaren) Schlauch hinter sich her; der Empfänger hat eine Sonde (“Probe”) die er an das Ende des Schlauchs ankoppelt um Sprit zu übertragen. Die Sonde ist in der Nähe des Cockpits im Sichtfeld des Piloten angebracht und bei vielen Flugzeugen einklappbar. Um das Andocken der Sonde an den Schlauch zu ermöglichen, ist am Ende des Schlauchs ein Federball-ähnlicher Korb (“Drogue”) angebracht. Durch seinen Luftwiderstand stabilisiert und spannt er einerseits den Schlauch. Andererseits dient der Korb als Führung, der dem Empfänger hilft die Sonde “einzufädeln”.

Das Schlauch/Sonde System ist in der NATO weit verbreitet und auch im Wesentlichen standardisiert, sodass sich unterschiedliche Luftwaffen aus technischer Sicht gegenseitig betanken können. Welche Kombinationen aus Tanker und Empfänger tatsächlich erlaubt sind, hängt natürlich von Tests und Zulassung ab. Das Design des Korbs, Schlauchlänge und -dicke variieren, was auch zu unterschiedlichen Transferraten führt, meist zwischen knapp einer und knapp zwei Tonnen pro Minute.

Das System hat eine ganze Reihe wünschenswerter Eigenschaften. Aufgrund geringer technischer Komplexität ist es relativ billig. Es lässt sich mit Hilfe von Pods an existierende Muster anbauen, insbesondere auch an relativ kleine, wie die A-6 oder die F-18. Bei größeren Mustern, wie dem A330 MRTT, können auch mehrere Pods angebaut werden die dann mehrere gleichzeitige Betankungen erlauben, was, wie wir im zweiten Teil sehen werden, auch routinemäßig passiert. Da der Schlauch mehr oder weniger horizontal “fliegt” können — eine entsprechend lange Sonde vorausgesetzt — auch Hubschrauber betankt werden. Der wesentliche Nachteil dieser Technik ist der relativ geringe Fuel Flow, was insbesondere für größere Receiver ein Problem darstellt.

Luftbetakung mit Ausleger▲

Es ist also wohl kein Zufall, dass ausgerechnet die US Luftwaffe ein anderes System verwendet. Bei diesem Ansatz wird eine feste Verbindung in Form eines Rohrs zwischen Tanker und Empfänger hergestellt. Ein Ausleger (“Boom”) ist am Heck des Tankers angebracht und kann rechts/links und oben/unten bewegt werden. Außerdem ist er in seiner Länge aus- und einfahrbar. Ein Operator fliegt den Boom mit Hilfe kleiner Steuerflächen aktiv zum Empfänger, der auf dem Rumpfrücken einen Andockstutzen hat. Wenn der Boom mit dem Empfänger verbolzt ist, kann er sich innerhalb gewisser Toleranzen vertikal und lateral frei bewegen. Falls der Empfänger die Freiheitsgrade überschreitet, entkoppelt sich der Boom teilweise automatisch. Für links/rechts und zu-weit-vorne klappt das aber nicht, denn dann ist zu viel Spannung auf dem System. Bei manchen Empfängern kann es auch zur Kollision des Booms mit dem Flugzeug kommen bevor die Limits erreicht sind; ein Beispiel ist die Haube der F-15, denn der Betankungsstutzen liegt bekanntlich auf dem Rumpfrücken. Generell vermeiden Boom Operators und Piloten diese automatischen “brute force disconnects”, da sie sowohl Boom als auch den Stutzen des Empfängers beschädigen können; und dann ist erstmal Schluss mit Tanken für den Tag. Deswegen trainieren sowohl Boom Operators als auch Receiver-Piloten den Boom manuell zu entkoppeln bevor die Limits überschritten werden. Bei Doppelsitzern wie der Phantom ist es Aufgabe des Waffensystemoffiziers auf de Rücksitz, konsequent die Farbmarkierungen am ausfahrbaren Teil des Booms im Blick zu behalten.

Zentraler Vorteil des Systems ist, dass eine sehr viel höhere Transferrate möglich ist, wodurch auch strategische Bomber oder Transporter in sinnvoller Zeit betankt werden können. Die Rate hängt dabei vom Empfänger ab: größere Flugzeuge haben dickere und robustere Tankleitungen. Die KC-135 hat beispielsweise vier Pumpen mit einer Kapazität von je 700 kg pro Minute. Für die F-16 wird eine Pumpe verwendet, für die F-15 zwei, und für die B-52 oder C-17 alle vier.

Wichtigster Nachteil dieses Ansatzes ist, dass nur ein Empfänger zeitgleich betankt werden kann. Außerdem ist das System mechanisch komplexer und damit teuerer, und es lässt sich sinnvoll nur an großen Flugzeugen wie der KC-135, der KC-10, der KC-46 oder dem A-330 MRTT anbauen.

In aller Regel verbrauchen die Tanker denselben Sprit, den sich auch abgeben. Dadurch kann der Tanker flexibel zwischen Reichweite oder Verweilzeit des Tankers und seiner Betankungskapazität priorisieren. Die KC-135 hat beispielsweise 90 Tonnen dabei, die KC-46 transportiert 95 t, der A330 MRTT schafft 110 t und die KC-10 führt die Rangliste mit 160 t an. Weil sie zusätzlich auch noch Fracht transportieren kann, war sie besonders beliebt für Verlegungsflüge mit mehreren Jägern im Schlepptau. Als Referenz: die F-16 führt ohne Zusatztanks 3,2 Tonnen Sprit mit. Wenn man davon ausgeht, dass eine KC-135 zwei Drittel ihres Sprits abgibt, kann sie knapp 20 Vipers betanken, die KC-10 schafft 33 — oder sechs im Rahmen einer langen Verlegung je fünf mal.

Der Boom-basierte Ansatz wird empfängerseitig ausschließlich von Flugzeugen verwendet, die für die US-Luftwaffe entwickelt wurden. Insofern sie exportiert werden (F-4, F-15, F-16, F-35, C-17, KC-135) verwenden auch andere Luftwaffen dieses System und betreiben entsprechend ausgestattete Tanker. Beispiele sind der A330 MRTT der Europäer, die KDC-10 der Niederländer oder die KC-767A der Italiener. Alternativ können natürlich auch existierende US Muster gekauft werden; Frankreich hat beispielsweise früher KC-135R betrieben, und einige Staaten planen, die KC-46 zu beschaffen.

Ein Unterschied zwischen den verschiedenen Tankern besteht darin, wie genau der Operator den Boom steuert. Bei der KC-135 liegt er auf dem Bauch, nach hinten unten schauend, im Heck des Tankers. Er hat direkten Sichtkontakt zum Boom und dem Empfänger und steuert den Boom mechanisch bzw. hydraulisch. Gleiches gilt für die KC-10, allerdings sitzt der Operator aufrecht. Bei den beiden neuesten Mustern, der KC-46 und dem A-330 MRTT, sitzt der Operator vorne beim Cockpit; die Steuerung des Booms erfolgt über ein elektronisches System mit Hilfe von Kameras im optischen und infraroten Spektrum; die Kamerasystems sind teils als 3D-Kameras ausgeführt, sodass der Operator zum “andocken” auch auf die menschliche Tiefenwahrnehmung zurückgreifen kann.

Übrigens gibt es auch Tanker die beide Tanksysteme unterstützen. Der A-330 MRTT hat einen Boom am Heck sowie Schlauch-Pods an den Flügeln. Auch die KC-10 und die KC-46 unterstützen beide Systeme gleichzeitig. Bei der KC-135 können im Rahmen des MPRS (Multi-Point Refueling System) auch Pods an den Außenflächen montiert werden. Bei der 135 gibt es aber auch noch eine andere, seltsamere Variante: der sogenannte Boom Drogue Adapter. Hier wird ein Schlauch mit Korb am Boom montiert! Das hat allerdings zwei Nachteile. Zum einen ist die Umrüstung nur am Boden möglich; und wenn montiert, konnte der Boom an sich nicht zum Betanken verwendet werden. Und zweitens war der Schlauch sehr kurz und lag im Turbulenzfeld des Tankers, was ihn sehr unruhig machte. Das Tanken an der Iron Maiden, wie das Ding von den Piloten genannt wurde, war wohl sehr viel schwieriger als an einem regulären Schlauch/Sonde-System.

Fliegerische Herausforderungen▲

Auch wenn Luftbetankung bei vielen Luftwaffen Routine ist, erzeugt es doch immer einen gewissen Stresslevel beim Empfängerpiloten, weil man meistens nicht mehr viel Sprit hat; und wenn das Tanken nicht klappen sollte, braucht man einen Plan B, der im besten Fall mit Papierkrieg verbunden ist oder im schlimmsten Fall mit dem Schleudersitz endet. Natürlich machen böige Winde und schlechte Sichtverhältnisse das Andocken und das Halten der Formation herausfordernder. Piloten erzählen, wie sie beim Tanken in Wolken während flacher Kurven mit Spatial Disorientation zu kämpfen hatten. Die unterbewusst ablaufenden Steuereingaben für das Tanken im Horizontalflug funktionieren dann (aus Pilotensicher überraschenderweise!) nicht.

Piloten der US Navy erzählen reihenweise von “Nights in the Barrel”: sie kommen in mondloser Nacht oder schwierigem Wetter zum Flugzeugträger zurück. Mehrere Landeversuche schlagen fehl, die Nervosität steigt. Der Sprit wird knapp, und sie müssen bei dem Tanker nachtanken, der bei Landemanövern immer in der Luft ist. Nachts, bei schlechter Sicht und vielleicht turbulenter Luft muss nun also die Sonde in den Korb. Wenn auch das nicht auf Anhieb klappt wirds richtig stressig, denn der Plan B ist hier oft der Schleudersitz.

Bei beiden Systemen muss der Pilot des Empfängers aktiv die Formation halten; insbesondere beim Boom ist es nicht so, dass der Boom den Empfänger “hinterherzieht” oder stabilisiert. Dabei ist zu bedenken, dass er Empfänger im Laufe der Betankung immer schwerer wird, sodass kontinuierlich mehr Leistung nötig ist, um mit dem Tanken mitzuhalten. Bei der Phantom war es wohl oft so, dass man irgendwann bei einem Triebwerk den Nachbrenner benötigte — und weil der sprunghaft mehr Schub liefert, musste man gleichzeitig möglicherweise den Schub des anderen Triebwerks zurücknehmen.

Beim Schlauch/Sonde System besteht die zentrale Herausforderung darin, die Sonde erfolgreich in den Korb einzuführen und mit dem Schlauch zu verbinden. Denn einerseits fliegt der Korb nicht komplett ruhig sondern bewegt sich leicht. Außerdem wird er, je nach Empfängermuster, durch die Bugwelle des Flugzeugs weggedrückt, man muss diesen Effekt also mit etwas Schwung “durchbrechen”. Dabei gab es eine ganze Reihe möglicher Probleme, wie ein ehemaliger RAF-Pilot erzählte: “Wenn man mit zu viel Fahrt die Sonde anzudocken versuchte, konnte das den Schlauch in Schwingungen versetzen die bis zum Abriss führen konnten. Wenn man sich zu schnell zurückfallen ließ, hat die Schlauchtrommel eine Bremse aktiviert und die Verbindung wurde unterbrochen. Das war mindestens peinlich. Die Tankercrew vergaß manchmal, den Schlauch vor der Verbindung mit Sprit zu füllen, dadurch war er leichter und ist noch mehr herumgetanzt als sonst. Relativ häufig kam vor, dass man mit der Sonde den Korb beschädigte. Zum Beispiel durch zu starkes anstoßen an den Rand des Korbs oder durch verheddern der Sonde zwischen den Streben des Korbs. Das konnte zu aerodynamischer Instabilität und damit zu mehr “herumtanzen” führen — genau das ist beim MRTT-Flug im zweiten Teil des Artikels passiert. Wenn Dinge abbrachen, konnten die auch in den Lufteinlass gelangen und ein Triebwerk beschädigen. Manchmal riss auch der Schlauch beim Versuch des Abkoppelns und man flog mit gut 10 Metern Schlauch in der Gegend herum. Auch die Spitze der Sonde konnte abbrechen; damit war die eigene Sonde kaputt und der Korb auch für andere unbrauchbar. Das war dann meist das Ende der Mission.”

Generell hört man vom Tanken per Boom weniger Horrorgeschichten vom Andocken, denn der Boom Operator macht ja die Hauptarbeit. Um die Position zu halten kann sich der Pilot des Empfängers außerdem auf Lichter am Bauch des Tankers abstützen, die ihm anzeigen, ob die Position passt, in welche Richtung er korrigieren soll, oder ob der Kontakt aus Sicherheitsgründen getrennt werden muss. Die Lichter haben auch den Vorteil, dass man nicht unbedingt funken muss um den Tankkontakt herzustellen, was bei manchen Missionen vorteilhaft sein kann. Wenn der Boom eingerastet ist gibt’s übrigens eine kabelbasierte Verbindung, über die man dann reden kann ohne Gefahr zu laufen, dass die Funksignale geortet oder abgehört werden.

Die Betankung größerer Flugzeuge —B-52, C-17 oder andere Tanker — hat auch ihre Tücken. Zum einen gibt es hier auch einen Bugwellen-Effekt: wenn man den Tanker von hinten anfliegt, dann “schiebt” er ihn quasi vor sich her beziehungsweise hebt das heck. Aufgrund der teils recht langen Transferzeiten muss man außerdem entsprechend lange präzise Formation halten muss. Das ist anstrengend und ermüdend.

Die höhere technische Komplexität des Boom-basierten Systems führt natürlich auch dazu, dass mehr kaputtgehen kann, entweder beim Tanker oder beim Empfänger. Hier eine Anekdote eines USAF-Piloten: “Ich hatte mich mit meiner F-16 gerade wieder beim Tanker eingefunden, natürlich nahe meiner Ausweichreserve. Ich öffnete meine Betankungsklappe, und als ich nach vorne in die Betankungsposition flog informierte mich der Boom-Operator, dass meine Klappe nur teilweise geöffnet war. Ich betätigte den Schalter erneut, um zu sehen, ob sich das Problem beheben ließ, aber leider tat es das nicht. Es dauerte ein oder zwei Minuten, um die Situation zu analysieren, doch inzwischen war ich bereits unter meiner Ausweichmenge an Treibstoff. Ich musste sofort abdrehen zum nächstgelegenen Luftwaffenstützpunkt ausweichen. Der war um die 100 Meilen entfernt und ich landete mit etwa 350 Kilo Treibstoff, ungefähr 5 Minuten in Reiseleistung! Nach der Landung stellte die Wartungscrew fest, dass ein Bolzen in der Betankungsklappe abgeschert war.”

Rendevous▲

Wie finden sich Tanker und Empfänger? Zentral ist gute Vorplanung. Bei vielen Luftkriegskampagnen (bspw. denen am Golf) oder Überwachungsmissionen (bspw. an der ukrainischen Grenze) werden Tanker Tracks definiert, an denen “immer” Tanker kreisen, teilweise auch Formationen aus mehreren. Üblicherweise haben sie die Form von Racetracks; man kann das auf FlightRadar & Co auch oft über Deutschland beobachten, wenn die Luftwaffe das Tanken zwischen A400M und Eurofighter übt. Bei Missionen die sich über größere Entfernungen erstrecken, werden Rendevouzort und -zeit vorher festgelegt, und die beiden Tankpartner treffen sich dort; legendär sind in dieser Hinsicht die Missionen der SR-71, die, sprithungrig wie sie war, regelmäßig von FL 700 auf ”normale” Höhen abstieg um sich mit Tankern zu treffen. Zu diesem Zweck stationiert(e) die US Luftwaffe Tanker an strategisch wichtigen Punkten rund um den Globus. In näherer Entfernung kommt dann oft TACAN zum Einsatz, die Tanker sind mit Sendern ausgestattet. Auch das Radar des Empfängers kann verwendet werden um den Tanker zu finden. Und natürlich ist es auch möglich, dass Fluglotsen am Boden die Empfänger mit Hilfe des Radars zum Tanker führen, wie bei unserer MRTT Mission nach Südschweden.

Im Unmittelbaren Umfeld des Tankers wird auf Sicht geflogen, kombiniert mit definierten Positionen, Prozeduren und Funkphraseologien — wenn nicht Radio Silent geflogen wird, um elektromagnetische Abstrahlung zu vermeiden. Die Höhe und Geschwindigkeit des Tankvorgangs richtet sich dabei primär nach den Anforderungen des Empfängers — eine A-10 möchte niedriger und langsamer als eine F-15. Falls der Empfänger nicht genug Leistungsreserven hat um mit zunehmender Masse mit dem Tanker mitzuhalten, kommt notfalls das Toboggan-Verfahren zum Einsatz: hier sinken Tanker und Empfänger gemeinsam mit 300 bis 500 Fuß pro Minute, was dem Empfänger einen “kostenlosen” Geschwindigkeits-Boost gibt.

Die Luftwaffe▲

Sowohl der Tornado als auch der Eurofighter sind luftbetankbar mit dem Schlauch/Sonde System. Gleiches gilt auch für den A400M und die gerade im Zulauf befindlichen C-130J. Als Tanker kommen bei der Luftwaffe entweder die A330 MRTT oder der A400M zum Einsatz. Letzterer ist aufgrund seiner niedrigeren Geschwindigkeit auch in der Lage, die derzeit in der Beschaffung befindlichen CH-47F Chinook Transporthubschrauber zu betanken. Die A330 MRTT wird der Luftwaffe von der Multinational MRTT Unit in Eindhoven bzw. Köln/Bonn zur Verfügung gestellt. Details dazu im zweiten Teil des Artikels.

Zukunft der Luftbetankung▲

Einen Trend haben wir schon gesehen: die “Fernsteuerung” des Booms mittels Kameras und anderer Sensorik, um sich den Aufwand zu sparen, am Heck des Tankers eine Kabine und mit Fenstern für den Boom Operator einbauen zu müssen. Ein zweites Thema ist die Unterstützung des Receivers beim Andocken in den Korb beim Schlauch/Sonde-Verfahren. Beispielsweise hat das Fly-by-Wire System des A400M einen speziellen Modus, das gleichmäßige und präzise Betankungsmanöver vereinfacht in dem es unter anderem das Verhalten des Flugzeugs in Nick- und Rollrichtung anpasst. Für die Nicksteuerung nutzt es Direct Lift über Querruder und Spoiler; letztere werden teilweise ausgefahren um durch ein- oder weiteres ausfahren direkte vertikale Bewegungen zu ermöglichen. Für die Rollsteuerung wird eine leichte positive Rollstabilität eingeführt, um bei leichten Störungen eine Rückkehr zum befohlenen Querneigungswinkel zu gewährleisten. Im Vergleich zum Normal Law bietet das AAR-Law ein schnelleres Rollansprechen und das Flugzeug beendet die Rollbewegung schneller, sobald der Sidestick losgelassen wird.

Auch an einer vollautomatischen Betankung aus Receiver Sicht wird geforscht, beispielsweise im Rahmen des A3R Projektes der European Defense Agency. Das ist nicht nur relevant, um den Piloten zu entlasten, sondern auch um zukünftig Drohnen betanken zu können. Und schlussendlich könnten bemannte Tanker durch Drohnen ersetzt werden. Die US Navy arbeitet beispielsweise an der MQ 25 Stingray. Ziel ist es, den “Missbrauch” von F-18s als Tanker zu reduzieren.

Jenseits der Technik gehört die Betankung vor allem auch im Übungsflugbetrieb zu den Dingen, die an zivile Dienstleister ausgelagert werden können. Omega Air Refueling fliegt seit 2001 und betreibt derzeit zwei KC-707 und zwei KDC-10. Mit fünfzehn KC-135R betreibt Metrea seit kurzem die fünftgrößte Tankerflotte der Welt.