Aufgedeckt

Beim America´s Cup steht die Elektronik am Ruder

17.09.13 | Redakteur: Peter Koller

Segelst du noch oder fliegst du schon: Die AC72 des Teams Oracle
Segelst du noch oder fliegst du schon: Die AC72 des Teams Oracle (ACEA)

Einen Blick ins normalerweise versteckte Innenleben technischer Geräte und Apparaturen wirft die Redaktion der ELEKTRONIKPRAXIS in der Rubrik "Aufgedeckt". Dieses Mal: Die mit Elektronik vollgestopften America´s Cup Yachten der Baureihe AC72.

Mit klassischen Segelbooten haben die AC72-Yachten, die noch bis zum 21. September vor San Francisco um den Sieg im America´s Cup kämpften, kaum noch etwas gemein: Die Carbonfaser-Katamarane werden von einer halbstarren vertikalen Tragfläche als Segel auf bis zu 45 Knoten (ca. 83 km/h) beschleunigt – schneller als der Wind, der sie antreibt. Beherrschbar sind die Boote, die nur noch mit winzigen Flügelchen im Wasser eintauchen, dabei nur durch massiven Elektronik-Einsatz, wie ein genauerer Blick zeigt.

Nur vier Teams beteiligen sich an dem prestigeträchtigen Rennen in der Bucht von San Francisco: Kein Wunder, die 22 Meter langen und 40 Meter hohen, aber nur 6 Tonnen leichten AC72-Yachten aus Kohlefaser und Titan kosten acht Millionen US-$ pro Stück.

Die wohl größte Besonderheit der AC72-Yachten ist das Hauptsegel – wobei dieser Begriff eigentlich unzutreffend ist, da es sich dabei nicht um ein Stück Stoff handelt, sondern um eine Art Flugzeugtragfläche, bestehend aus einem vorderen starren Teil, der den Mast integriert und mehreren kleineren, beweglichen hinteren Teilen. In das Segel und alle anderen Elemente des Schiffs integriert sind insgesamt mehr als 300 Sensoren, die die mechanischen Lasten auf diesen Teilen erfassen und etwa zehnmal pro Sekunde messen.

Über Lichtleiterkabel gehen die Messwerte zumindest bei der Yacht des Teams Oracle an einen wasserdicht abgeschotteten Linux-Server in einem der beiden Katamaranrümpfe. Die Daten werden in Echtzeit analysiert und aufbereitet. Wichtige Informationen – etwa wann genau eine Wende einzuleiten ist – werden in Form einer Java-App aufbereitet und über einen 802.11n-WLAN-Accesspoint an mobile Android-Geräte verteilt, die die elfköpfige Crew an ihren Unterarmen trägt.

Die drahtlose Bereitstellung der Informationen ist nicht so trivial, wie es scheint. Da das gesamte Boot aus leitfähigem Kohlefaser-Verbundwerkstoff besteht, was die Funkwellen stört, musste vom Hersteller des Access Points, Ruckus Wireless, eine spezielle Antennenanlage konstruiert werden, die ein stärkeres Signal und weniger Interferenzen bereitstellt. "Wir steuern das Boot quasi mit Zahlen, deswegen ist es wichtig, alle Informationen so schnell und präzise wie möglich zu verbreiten", so Gilberto Nobili, der Entwickler der Anwendung. Wesentliche Performance-Indikatoren werden zusätzlich auf einem Großdisplay auf der Wing-Sail angezeigt.

Von besonderer Bedeutung beim Segeln ist die Kommunikation der Crew-Mitglieder untereinander: Keine einfache Aufgabe, wenn der Wind mit 40 oder 50 Knoten pfeift und Wellen über das nur aus einer Art Trampolin bestehenden Deck peitschen. Zum Einsatz kommen daher Funk-Headsets, die über Noise-Cancelling-Technologie verfügen. Dabei wird der Lärm an Deck von einem integrierten Miniaturmikrofon aufgenommen und gegenphasig dem Nutzsignal zugemischt, um die Nebengeräusche zu unterdrücken. Um maximale Verständlichkeit der Übertragung zu gewährleisten, verfügt jedes Headset über individuell angefertigte Ohrstöpsel, modelliert nach einem Abdruck des Gehörgangs des Trägers.

Segel und Ruder werden beim America´s Cup laut Reglement noch manuell betätigt, aber auch hier kommt Elektronik unterstützend zum Einsatz. So werden die Winschen an Bord zwar von Hand gekurbelt. Jedoch lassen sie sich elektronisch per Fußschaltern umschalten. Damit kann sowohl gesteuert werden, wo die geleistete Handarbeit hinfließt als auch ein Getriebe mit verschiedenen Gängen umgeschaltet werden. So können die mehrteiligen Flaps an der Rückseite des Wing-Sail etwa gezielt hydraulisch über die Winschen betätigt werden.

Um die Position der Yachten während des Rennen präzise erfassen zu können, wurde sogar eine spezielle Version des GPS-Satellitennavigationssystems entwickelt. Während handelsübliche GPS-Empfänger es auf eine Genauigkeit von etwa einem Meter bringen, können mit dem System des America´s Cup die Yachten bis auf zwei Zentimeter genau erfasst werden. Um das zu realisieren, werden zwei identische von GPS-Sender (im Satellit) und -Empfänger gleichzeitig generierte Codes verglichen, um die Laufzeit des GPS-Signals zu ermitteln. Allerdings geschieht dieser Vergleich nicht mit der Standardfrequenz von einem Megahertz, sondern auf Basis der Trägerfrequenz des GPS-Signals im Bereich zwischen 1,2 und 1,6 Gigahertz.

Das Super-GPS wird aber nicht nur zur Positionsbestimmung der Yachten verwendet, sondern auch, um die Video-Feeds aus den 7 HD-Kameras pro Schiff und den Bildern mehrerer Hubschrauberkameras perfekt zu synchronisieren. Das ist notwendig für das ambitionierte Projekt AC LiveLine. Dabei geht es um die Übertragung der America´s Cup Rennen via TV und Internet in einem Augmented Reality Format.

Für das Fernsehen ist Segeln ein schwieriger Sport. zwar gibt es beeindruckende Bilder der Yachten etwa bei den Wenden, doch für die Zuschauer ist oft schwer nachvollziehbar, welche Yacht nun eigentlich vorne liegt. Diese Problematik wurde mit AC LiveLine adressiert. Aufgrund der hochpräzisen Positions-, Geschwindigkeits- und Winkelerfassung aller Kameras können die Bilder vom America´s Cup in diesem Jahr in Echtzeit mit einem Augmented-Reality-Overlay versehen werden, das Zusatzinformationen wie Windrichtung, Kurs oder Ziellinie anzeigt.

Damit dürfte die traditionsreiche Segelregatta endgültig im 21. Jahrhundert angekommen sein.

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Das sind auch sehr beeindruckende Fernsehbilder, die da abendlich live(!) zu sehen sind. Großes...  lesen
posted am 19.09.2013 um 11:47 von Olaf Barheine

Die Begeisterung für den AC kann ich sehr gut verstehen. Und Sie haben Recht, es ist auch noch ein...  lesen
posted am 19.09.2013 um 08:23 von aivilio99

Die hohe Genauigkeit läßt sich trotz Code & Carrier-Tracking nicht einfach herbei zaubern.....  lesen
posted am 18.09.2013 um 15:15 von Unregistriert


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