NIMBUS – Nutzer-Interface für Multidomainoperationen der Bundeswehr mit Unbemannten Systemen

Ziel von NIMBUS ist es, zu klären, wie ein zukunftsfähiges, domänenübergreifendes Interface gestaltet sein muss, über das einzelne oder mehrere Operateure unbemannte Systeme unterschiedlicher Domänen – Luft, Land, See und perspektivisch Weltraum – in gemeinsamen Operationen überwachen und führen können. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich Informationsüberlegenheit und hohe Automatisierungsgrade nutzen lassen, ohne dass Bedienerinnen und Bediener durch Datenflut, komplexe Bedienlogik oder intransparente Automationsentscheidungen überfordert werden.

Zunächst galt es zu verstehen, welche unbemannten Systeme die Bundeswehr heute einsetzt, in welchen Verbänden und Domänen sie genutzt werden, in welchen Missionsarten sie vorkommen und wie sie aktuell geführt werden. Daraus ergab sich die Aufgabe, die tatsächliche Bedienrealität – inklusive Arbeitsumgebungen, Rollenmodellen, Schnittstellen und Automatisierungsgraden – aus Sicht der UxV-Operatoren zu erfassen. Auf dieser Grundlage sollten konkrete Nutzungsanforderungen an ein Multi-UxV-Interface abgeleitet werden, das sowohl den Betrieb einzelner Systeme als auch die gleichzeitige Führung mehrerer Plattformen in Multidomainoperationen unterstützt.

In einem zweiten Schritt war zu klären, wie Rollen und Automatisierungsgrade sinnvoll modelliert werden können, damit Verantwortlichkeiten klar bleiben und Meaningful Human Control gewahrt wird. NIMBUS geht dabei über klassische Einteilungen wie »Human-in-the-loop« hinaus und verknüpft menschliche Rollen, Systemaffordanzen sowie rechtliche und sicherheitsrelevante Anforderungen.

Parallel dazu sollte gezeigt werden, wie Mixed-Reality-Technologien zur Führung unbemannter Systeme beitragen können. Dazu war ein realitätsnahes Referenzszenario notwendig, das die gemeinsame Nutzung unbemannter Systeme von Luftwaffe und Marine an einem klar umrissenen, sicherheitspolitisch relevanten Beispiel beschreibt: dem Schutz kritischer Unterwasserinfrastruktur in der Ostsee.

NIMBUS folgt dem menschzentrierten Gestaltungsprozess nach DIN EN ISO 9241‑210. Die Basisleistung 2024 konzentrierte sich auf das Verstehen und Beschreiben des Nutzungskontextes, die Identifikation von Nutzungsanforderungen sowie die Aufnahme des Stands von Wissenschaft und Technik. Die Option 2025 baute darauf auf und entwickelte Gestaltungslösungen in Form eines Mixed-Reality-Interaktionskonzepts mit Demonstrator.

Nutzungskontextanalyse

Zu Beginn wurde eine umfassende Nutzungskontextbeschreibung erstellt. Dazu wurden alle derzeit in der Bundeswehr eingesetzten unbemannten Systeme systematisch erhoben:

• Luft: Mikro-UAVs (MIKADO, Black Hornet), taktische und operative Systeme (ALADIN, LUNA, KZO, Heron 1, Heron TP)
• Land: tEODor, RABE, PackBot
• See: Seehund, Seefuchs, SeaCat, REMUS 100, Deep Trekker Revolution
• Weltraum: Forschungsdemonstratoren wie die POLARIS-Systeme (MIRA, NOVA)

Für alle Systeme wurden Kenndaten wie Reichweite, Einsatzhöhe oder -tiefe, Verwendungszweck, nutzende Teilstreitkräfte, Gewicht und Bewaffnung erhoben und den jeweiligen Domänen zugeordnet.

Online-Umfrage

Ergänzend wurde eine Online-Umfrage unter zwanzig UxV-Operatoren aus Heer und Luftwaffe durchgeführt. Sie erfasste UxV-Expertise, Erfahrungen mit Multidomainoperationen, die Zusammenarbeit mit anderen Domänen, typische Missionen sowie die Benutzerfreundlichkeit und den Automatisierungsgrad aktueller Bodenkontrollstationen.

Die Ergebnisse zeigen: Die Zusammenarbeit zwischen Land- und Luftdomäne ist in vielen Missionstypen bereits gelebte Praxis, während die Kooperation mit See-, Cyber- und Weltraumdomäne deutlich seltener stattfindet. Zugleich werden aktuelle Bodenkontrollstationen eher neutral bewertet – verbunden mit dem Wunsch nach höherer, aber transparenter Automatisierung, vor allem im Bereich Navigation.

Nutzungsanforderungen

Auf dieser Datengrundlage wurden Nutzungsanforderungen abgeleitet, die Aspekte wie Anpassbarkeit, Automatisierung, Benutzerfreundlichkeit, Vertrauen, Anzeigen, Warnsysteme und Steuerung umfassen. Sie beschreiben beispielsweise:

• Operateure sollen Steuerung und Anzeige an individuelle Bedürfnisse anpassen können.
• Navigationsaufgaben sollen weitgehend automatisiert sein, während die Kontrolle über Nutzlast und Wirkung beim Menschen bleibt.
• Kritische Systemzustände müssen akustisch und visuell klar erkennbar sein.

Ergänzend wurden Anforderungen zur Sichtbarkeit typischer Interface-Elemente definiert – etwa Lagekarte, UxV-Position, Route, Kamerabild, Missionsinformationen, Motorenwerte oder Kommunikationsverlauf –, differenziert nach »ständig sichtbar« und »situationsabhängig«.

Stand von Wissenschaft und Technik

Der Stand der Wissenschaft wurde anhand zahlreicher Fraunhofer FKIE-Projekte aufbereitet, darunter INSIDE, VOPZ UAS, AutoAuge, RoboMine, GeMUx, UGViXRC und PAA sowie Vorhaben zu FCAS, Loitering Munition, automatisierter Konvoiführung und Aufklärung für Feuerwehr und zivile Anwender. Ergänzend wurden relevante NATO- und EU-Aktivitäten wie STANAG 4817, INTERACT und CAMELOT analysiert.

Der Stand der Technik umfasste marktverfügbarer Systeme zur Führung unbemannter Systeme (u. a.  SitaWare, HAT.tec SCALE, Kongsberg MDCS, MESE), Open-Source-Lösungen wie QGroundControl und QGC-Gov sowie Flottenmanagementsoftware für UAV und UGV. Die Analyse zeigte: Es gibt zwar leistungsfähige Einzellösungen, jedoch kaum durchgängig einsetzbare, domänenübergreifende Multi-UxV-Interfaces mit klarer HMI-Standardisierung.

Rollen- und Automatiserungsmodell

In der Option 2025 wurden Rollenmodelle und Automatisierungskonzepte entwickelt. Für UAV-, USV/UUV- und UGV-Missionen wurden Rollen wie Mission Commander, Air Vehicle Operator, Vehicle Operator, Payload Operator, Intelligence Analyst und Safety Director analysiert und harmonisiert. Daraus entstand ein domänenübergreifendes Rollenmodell, das sowohl klassische Führungsrollen als auch spezifische Funktionen für unbemannte Systeme abbildet.

Parallel wurde der Umgang mit Automatisierung und Autonomie vertieft – insbesondere mit Blick auf Meaningful Human Control. Aufbauend auf der internationalen Debatte zu autonomen Waffensystemen und dem OODA-Zyklus (Observe, Orient, Decide, Act) wurden nicht nur abstrakte Autonomiestufen, sondern konkrete Anforderungen an Nutzerrollen, Systemverhalten und Benutzungsschnittstellen definiert.

Hierfür wurde im Rahmen von NIMBUS das TISA‑Framework (Trust, Involvement, Situation Awareness) entwickelt.  Es ermöglicht eine praktische Operationalisierung von Meaningful Human Control für die Gestaltung und Bewertung von Mensch‑UxV‑Schnittstellen.

Referenzszenario Ostsee

Ein zentrales Element der Option war die Entwicklung eines realitätsnahen Szenarios: der Schutz des Unterwasserdatenkabels C‑Lion1 in der Ostsee. Vor dem Hintergrund realer Sabotageakte an Pipelines und Kabeln sowie einer angespannten sicherheitspolitischen Lage wurde ein Szenario modelliert, in dem die Luftwaffe ein MALE-UAV (Heron) mit maritimer Aufklärungssensorik einsetzt und die Marine mehrere USVs sowie ein ROV nutzt. Ziel: verdächtige Schiffe über dem Kabel identifizieren, den Bereich inspizieren und mögliche Manipulationen erkennen. Dabei wurden rechtliche Rahmenbedingungen des Seerechts, die Struktur der deutschen AWZ und die Rolle der Bundeswehrstützpunkte an der Ostsee berücksichtigt.

Mixed-Reality-Interaktionskonzept

Auf technischer Ebene entstand ein Mixed-Reality-Interaktionskonzept mit zwei Komponenten:

• 2D-Lagearbeitsplatz auf einem 27‑Zoll-Touchmonitor – stellt das domänenübergreifende Lagebild, Missionsaufgaben und Flottenmanagementfunktionen bereit.
• Mixed-Reality-Modus auf einer Meta Quest 3 – ermöglicht die immersive Teleoperation eines ROV unter Wasser, während das Lagebild als schwebendes 2D-Panel in Form augmentierter Virtualität eingeblendet bleibt.

Die Informationsarchitektur orientiert sich an Konzepten des Situationsbewusstseins, dem OpenBridge-Designsystem für maritime HMI und einem Atomic-Design-Ansatz zur komponentenbasierten Umsetzung in Unity.

Ergebnisse der Basisleistung 2024

NIMBUS liefert als Ergebnis der Basisleistung:

• eine detaillierte Nutzungskontextbeschreibung aller relevanten unbemannten Systeme der Bundeswehr,
• eine empirische Analyse der Multidomain-Zusammenarbeit aus Sicht der Operatoren,
• einen strukturierten Anforderungskatalog an ein Multi-UxV-Interface sowie
• eine systematische Aufarbeitung des Stands von Wissenschaft und Technik.

Die Studie zeigt deutlich, wo bereits heute domänenübergreifende Kooperation stattfindet, wo Lücken bestehen und welche HMI-Aspekte für Akzeptanz, Vertrauen und Leistungsfähigkeit besonders kritisch sind.

Ergebnisse der Option 2025

Die Option 2025 ergänzt dies um ein domänenübergreifendes Rollen- und Automatisierungskonzept, in dem Meaningful Human Control konkret für die Gestaltung von Interfaces operationalisiert wird. Mit dem Ostsee-Szenario und dem Mixed-Reality-Demonstrator liegt ein anschaulicher Nachweis vor, wie ein integrierter Lagearbeitsplatz und eine immersive Teleoperationsansicht zusammenspielen können – um unbemannte Systeme in komplexen maritimen Lagen einzusetzen, ohne das übergeordnete Situationsbewusstsein zu verlieren.

Ausblick

Auf dieser Basis sind mehrere Weiterentwicklungen möglich:

• Nutzerstudien: Auf dem Demonstrator können systematische Evaluationen mit Operatoren aus Luftwaffe, Marine und Heer durchgeführt werden – zu Bedienbarkeit, Arbeitsbelastung, Situationsbewusstsein und Vertrauen in Automatisierung.
• Systemanbindung: Der Demonstrator kann an reale unbemannte Systeme und Simulationen angebunden werden, um die NIMBUS-Konzepte in Ausbildung, Übung und perspektivisch im operationellen Einsatz zu erproben.
• NATO-Integration: Als »HMI-Baustein« bietet NIMBUS die Möglichkeit, Ergebnisse in NATO-Aktivitäten zu Meaningful Human Control, STANAG 4817 und interoperablen Multi-Domain-Control-Stationen einzubringen.

Langfristig kann NIMBUS damit einen zentralen Beitrag zu einer standardisierten, nutzerzentrierte Bedienoberfläche für unbemannte Systeme in der Bundeswehr leisten.

Projektzeitraum
2024 bis 2025

Auftraggeber
Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw)

Projektpartner
Wehrtechnische Dienststelle für Luftfahrzeuge und Luftfahrtgerät der Bundeswehr (WTD 61)

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UxV ist ein Platzhalter‑Begriff und wird in der Regel als »Unmanned X Vehicle« (englisch) bzw. »unbemanntes X‑Fahrzeug« (deutsch) gelesen.

UAV: Unmanned Aerial Vehicle – unbemanntes Luftfahrzeug

UGV: Unmanned Ground Vehicle – unbemanntes Bodenfahrzeug

USV: Unmanned Surface Vehicle – unbemanntes Oberflächenfahrzeug

UUV: Unmanned Underwater Vehicle – unbemanntes Unterwasserfahrzeug