Luft- und Raumfahrt Lösungen und Trends in der Produktentwicklung

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Zulieferer in der Luft- und Raumfahrt-Industrie agieren in einem anspruchsvollen technischen, wirtschaftlichen und organisatorischen Umfeld. Welche zentralen Konzepte unterstützen die Produktentwicklung, um die hohen Anforderungen erfolgreich zu meistern? 

Hohe Sicherheits- und Qualitätsanforderungen, lange Entwicklungszyklen, komplexe Lieferketten und erhebliche Investitionen stellen Zulieferer in der Luft- und Raumfahrt vor große Herausforderungen. Die Kunden dieser Unternehmen sind in der Regel Serien- oder Großprogrammkunden – etwa Airframe-OEMs wie Airbus und Boeing oder zentrale Akteure der Raumfahrt und Satellitenherstellung. Die Programme zeichnen sich durch sehr lange Entwicklungs- und Lebenszyklen aus, die sowohl technologische Entscheidungen als auch Investitions- und Kapazitätsplanungen langfristig definieren.

Gleichzeitig gelten in der Luft- und Raumfahrt besonders hohe Anforderungen an Sicherheit, Qualität und Zertifizierung – von strikten Lufttüchtigkeitsstandards über umfassende Qualitätsmanagementsysteme bis hin zu dokumentierten Prozessen (Design Assurance wie DO-254 und DO-178C). Deren Einhaltung wird regelmäßig auditiert.

Ein weiteres Merkmal ist die technische Komplexität der Produkte und ihre Integration in das Gesamtsystem eines Flugzeugs oder Trägersystems. Mechanische, elektrische, elektronische und softwareseitige Anforderungen greifen ineinander und erfordern eine enge Abstimmung über Schnittstellen und Systemarchitekturen hinweg. Gleichzeitig bewegen sich Zulieferer in globalisierten, fragmentierten Supply Chains mit mehreren Ebenen (Tier-1 bis Tier-3), und das birgt hohe Anforderungen an Transparenz, Rückverfolgbarkeit und Risikomanagement in sich.

Herausforderungen in der Produktentwicklung

Eine der größten Hürden besteht in den beträchtlichen Up-front-Investments in sehr frühen Phasen eines Programms. Noch bevor erste Auftragserlöse fließen, müssen Zulieferer in Werkzeuge, Prüfstände und Qualifizierungsmaßnahmen investieren. Die strengen Sicherheits- und Qualitätsanforderungen verstärken diesen Aufwand, da Komponenten umfangreiche Tests durchlaufen müssen und oft als „flight proven“ gelten sollen.

In der Raumfahrt ist der Aufwand nochmals höher, denn die Stückzahlen fallen kleiner aus, und die Zuverlässigkeitsanforderungen liegen sehr hoch. Dort gibt es andererseits keine luftfahrtbehördlichen Zertifizierungsprozesse wie FAA- oder EASA-Lufttüchtigkeitszulassungen, doch verlangt die ESA ebenfalls Entwicklungsprozesse und Product Assurance sowie Softwareprozesse, insbesondere bei Class-A-Missionen, die sehr strikt sind. Insgesamt kann das bestimmte Aufwände reduzieren, während Terminverschiebungen – wie in großen Launcher-Programmen – zusätzliche Risiken erzeugen. Für mittelständische Unternehmen erweist sich das frühe Investitionsvolumen oft als kritische Hürde.

Luftfahrt- und Raumfahrtbranche im Vergleich. 

Lange Projektlaufzeiten

Zwischen Konzeptphase, Design, Qualifizierung und erster Lieferung vergehen in der Luftfahrt oft viele Jahre; für elektronische Hardware sind Entwicklungszyklen von fünf Jahren und mehr keine Ausnahme. Zulieferer müssen lange in Vorleistung gehen, qualifizierte Mitarbeiter binden und oftmals bestimmte Komponenten frühzeitig einlagern (zum Beispiel Halbleiter mit maximal zehn bis 15 Jahren garantierter Verfügbarkeit bei Programmlebenszyklen von mehr als 30 Jahren). Thomas Müller, Manager Entwicklung Electronic Hardware, führt dazu aus: „Die Lebendauerzyklen von Chip-Technologien sind kürzer als die von Flugzeugmodellen. Es lohnt sich, rechtzeitig über Bevorratung und Langzeitlagerung nachzudenken.“

In der Raumfahrt verstärken längere Qualifizierungszyklen, geringe Produktionsvolumina und aufwändige Testkampagnen diese Effekte. Viele Programme sind anspruchsvoll getaktet, fallen in der Praxis aber häufig hinter den Zeitplan zurück. Terminverschiebungen oder kurzfristige Änderungen durch OEMs erhöhen sowohl Zeitdruck als auch technisches und wirtschaftliches Risiko.

Die Lebendauerzyklen von Chip-Technologien sind kürzer als die von Flugzeugmodellen. Es lohnt sich, rechtzeitig über Bevorratung und Langzeitlagerung nachzudenken.

Häufige Änderungen

Das Änderungsmanagement ist ein zentraler Komplexitätsfaktor. Denn Änderungen sind praktisch unvermeidlich – ausgelöst durch technische Spezifikationen, nachgeschärfte Kundenanforderungen oder regulatorische Anpassungen. Zulieferer müssen Freigabeprozesse etablieren, Änderungen technisch bewerten, Kosten- und Zeitauswirkungen kalkulieren und sicherstellen, dass Serien- oder Vorserienfertigungen nicht beeinträchtigt werden. In der Luftfahrt kommen OEM- und behördliche Freigaben sowie hohe Traceability-Anforderungen hinzu.

In der Raumfahrt ist Änderungsmanagement aufgrund geringer Stückzahlen und hoher Qualifizierungskosten noch anspruchsvoller: Jede Änderung kann umfangreiche Verifikationen und Re-Qualifikationen auslösen. Methoden der digitalen Kontinuität – etwa Digital Twins oder integrierte Systemmodelle (S-DMU) – helfen, die Auswirkungen früh zu erkennen.

Kostenmanagement

Die Zulieferer stehen im Cost Engineering unter erheblichem Druck. OEMs fordern niedrigere Stückkosten, während Anforderungen an Funktionalität, Integrationstiefe und Qualität steigen. Es gilt, die Materialauswahl, die Fertigungstechnologien sowie die Prüf- und Testprozesse stetig zu verbessern. Cost Engineering beginnt immer in frühen Programmphasen, die Estimation-Qualität ist sehr wichtig. Hier kommen Target Costs, Aufwandsschätzungen, die Verwendung historische Parameter, Life-Cycle-Cost-Analysen oder Betrachtungen der Total Cost of Ownership in Frage.

Zertifizierungen

Nicht zuletzt müssen Zulieferer eine Vielzahl an Zertifizierungen erfüllen. In der Luftfahrt gehören dazu Standards wie EN/AS 9100, IPC- und WHMA-Normen sowie aviation-spezifische Entwicklungs- und Sicherheitsstandards für elektronische Hardware und Software, darunter ARP 4754/4761, DO-254 oder DO-178C. Für Bauteile kommen je nach Produkt zusätzliche Qualifikationen – etwa AEC-Q100 – hinzu, sofern ihre Zuverlässigkeit nachgewiesen werden muss.

In der Raumfahrt gelten die ECSS-Standards der ESA sowie weitere Vorgaben, etwa für ASIC-/FPGA-Entwicklung (zum Beispiel ECSS-E-ST-20-40C, ECSS-Q-ST-60-03C), Softwarestandards oder produktspezifische Qualifizierungsregeln. Hinzu kommen exportkontrollrechtliche Anforderungen wie ITAR oder Dual-Use-Regularien, deren Bedeutung aufgrund geopolitischer Schieflagen weiter zunimmt. Für Sensorik und Elektronik in der Raumfahrt ist häufig ein „Flight-certified“-Status erforderlich, verbunden mit detaillierter Dokumentation, Lebensdauernachweisen und oftmals behördlicher Freigabe.

Lösungsmöglichkeiten

Entwicklungsmethodik

Umfassenden Luft- und Raumfahrtprojekte wie Kampfflugzeuge oder Architekturen für die Weltraumforschung erfordern zunehmend durchgängige, abgestimmte Systemarchitekturen (System-of- Systems) als miteinander verbundene Netzwerke unabhängiger Systeme. Zulieferer müssen Methoden des Model Based System Engineering (MBSE) und der Software- und Hardwareentwicklung beherrschen, einschließlich Hardware/Software-Co-Design und der integrierten Betrachtung elektrischer, elektronischer und softwarebezogener Aspekte. Digitale Zwillinge, Simulationen und virtuelle Prototypen tragen dazu bei, die Risiken zu minimieren und können Qualifizierungskosten verringern – und nicht nur die.

Projektmanagement

Die klassischen Vorgehensmodelle wie die Wasserfall-Methodik dominieren weiterhin, da Nachweisführung, Rückverfolgbarkeit und Zertifizierbarkeit höchste Priorität haben. Agile Methoden aus der Softwareentwicklung haben ihren Zenit bereits überschritten; hybride Modelle kommen jedoch in Software- und Elektronikbereichen zum Einsatz, etwa wenn Software- oder Elektronikmodule iterativ entwickelt werden. Ein effizientes Projektmanagement muss Risiko- und Änderungsmanagement eng integrieren, Meilensteine der Qualifizierung präzise steuern und eine transparente Kommunikation entlang der gesamten Supply Chain sicherstellen. Gerade bei Elektronik- und Sensorkomponenten sind die Synchronisation mit OEM- oder Tier-1-Partnern, die Koordination mehrerer Lieferstufen und die durchgehende Rückverfolgbarkeit entscheidend.

Software

Geht es darum, Entwicklungsziele zu erreichen und tragfähige Ergebnisse zu erzielen, führt kein Weg an leistungsfähigen Softwarelösungen vorbei: PLM-, ERP- und ALM-Systeme, Simulationswerkzeuge (CAE, FEA, CFD und EMV), Digital Twins und S-DMUs sind Standard. Für Elektrik- und Elektronikprodukte kommen Tools für Simulationen, Harness-Design, Sensor-Modellierung und Embedded-Software hinzu. In der Raumfahrt ergänzen Missionssimulation, Radiation-Hardness-Analysen, Redundanzbewertungen und On-Orbit-Testtools die Entwicklungslandschaft.

Entwicklungstrends

Ein Schwerpunkt liegt in der Digitalisierung und Integration von Produkt-, Prozess- und Lieferkettendaten. PLM-Systeme, digitale Zwillinge, virtuelle Prototypen und S-DMUs verkürzen Entwicklungszyklen, verbessern Transparenz und ermöglichen es, Risiken früher zu erkennen. Hybride Entwicklungsmethoden etablieren sich stärker. So werden klassische sequenzielle Modelle mit iterativen Elementen in Elektronik- und Softwarebereichen kombiniert.

Ein weiterer Trend betrifft die Resilienz der Supply Chain. Materialengpässe, geopolitische Spannungen und die strategische Bedeutung von Rohstoffen und Halbleitern führen zu Dual-Sourcing, höheren Lagerbeständen und verbesserten Transparenzmaßnahmen. Insourcing bestimmter Technologien und das Ausphasen von US- und China-Lieferketten beeinflussen Beschaffungs- und Entwicklungsstrategien.

Cost Engineering rückt noch stärker in den Fokus. Simulationsgestütztes Design, Lean-Development und frühe Risikoanalysen werden zentrale Instrumente.

Vernetzung von Subsystemen

Die zunehmende Elektrifizierung, die stärkere Vernetzung von Subsystemen, neue Sensorfusion-Konzepte und der Bedarf an leichteren, kompakteren Baugruppen treiben Innovationen voran. Das macht softwarebasierte Funktionen noch wichtiger. Die Produkte und Lösungen kombinieren eingebettete Software, Konnektivität und intelligente Diagnose- oder Health-Monitoring-Funktionen. Entsprechend gewinnen Systemintegration (System-of- Systems-Architekturen) und MBSE weiter an Boden: Ein ganzheitlicher Entwicklungsansatz erfüllt die Anforderungen an Funktionalität, Sicherheit und Zuverlässigkeit.

Nachhaltigkeit

Auch nachhaltige Lösungen rücken zunehmend ins Blickfeld, besonders in der Luftfahrt. Hier geht es vor allem um leichte Materialien, energieeffiziente Fertigungsprozesse, Recyclingokonzepte und emissionsarme Produktion. In der Raumfahrt gewinnt das Thema ebenfalls an Wichtigkeit – allerdings liegt hier der Schwerpunkt eher auf dem End-of-Life-Management der Raumfahrzeuge selbst, etwa durch Wiederverwertungs- oder kontrollierte De-Orbiting-Konzepte.

Neue Geschäftsmodelle

Ein wichtiger struktureller Wandel betrifft zudem neue Geschäftsmodelle, insbesondere im Umfeld des „New Space“. Neue Marktteilnehmer verlangen kürzere Entwicklungs- und Markteinführungszeiten, hohe Flexibilität und oft geringere Stückzahlen. Für Zulieferer bedeutet dies Anpassung ihrer Prozesse, schnellere Entscheidungswege und eine höhere Bereitschaft zu modularen oder kundenindividuellen Lösungen. Im Gegensatz dazu arbeiten etablierte Akteure wie NASA oder ESA weiterhin mit großen, schwerfälligen Organisations- und Entscheidungsstrukturen – und das unterstreicht die Dynamik im New-Space-Bereich zusätzlich.

Sicherheit und Schutz vor Cyberangriffen

Schließlich nehmen Zertifizierung, Standardisierung und Cybersicherheit eine wachsende Rolle ein. Während Rückverfolgbarkeit und Qualitätsnachweise schon immer zentrale Anforderungen waren, treten zunehmend Aspekte wie DevSecOps (Development, Security und Operations müssen in der Softwareentwicklung von Anfang an berücksichtigt werden), Datensicherheit, Schutz vor Cyberangriffen und IT-Sicherheitsnormen in den Vordergrund – besonders bei Elektronik- und Sensorikkomponenten. Zulieferer sollten diese Anforderungen frühzeitig in ihre Entwicklungsprozesse integrieren, um sowohl regulatorische Vorgaben als auch die Erwartungen der OEMs zu erfüllen.

Fazit und Ausblick

Für Zulieferer in der Luft- und Raumfahrt ist die Produktentwicklung ein ständiger Balanceakt zwischen hohen Anfangsinvestitionen, langen Entwicklungs- und Programmzyklen, strengen Qualitäts- und Zertifizierungsanforderungen sowie einem zunehmenden Kosten- und Innovationsdruck. Erfolgreiche Unternehmen müssen diese komplexen Rahmenbedingungen beherrschen und zugleich wirtschaftlich tragfähige Entscheidungen treffen.

Vorausschauend planen

Besonders entscheidend ist eine vorausschauende Planung der Up-front-Investitionen, da Programme oft viele Jahre vor dem ersten Umsatz beginnen und die zugehörigen Cashflows mitunter stark abgezinst werden müssen. Ohne signifikante NRE-Regelungen (Non-Recurring Engineering Expenditures), also Beteiligungen des Kunden, Cost-Share- und Risk-Share-Partnerschaften lässt sich dieses Risiko kaum bewältigen. Gerade im Space-Bereich zeigt sich zudem, dass Projekte nicht selten genau so lange vorangetrieben werden, wie ESA- oder NASA-Mittel verfügbar sind, was die wirtschaftliche Planbarkeit weiter erschwert.

 „Bei Aufwandsabschätzungen konservativ vorgehen, Entwicklungsziele exakt definieren und Änderungsanforderungen genau tracken!

Realistische Kalkulation noch nicht Standard

Ebenso wichtig, insgesamt aber noch nicht durchgehend etabliert, ist eine realistische Kalkulation der Projektlaufzeiten, einschließlich Rückstellungen für Verzögerungen oder Änderungen, die in beiden Branchen eher die Regel als die Ausnahme sind. Ein robustes Änderungs- und Kostenmanagement bildet dafür das notwendige Fundament: frühe Verifikation von Änderungen, klar definierte Cost-Targets und eine konsequente Betrachtung der Life-Cycle-Kosten helfen, technische Risiken und wirtschaftliche Belastungen zu kontrollieren – und ermöglichen es, Änderungen auch wirtschaftlich sinnvoll abzubilden. „Bei Aufwandsabschätzungen konservativ vorgehen, Entwicklungsziele exakt definieren und Änderungsanforderungen genau tracken!“, empfiehlt Thomas Müller.

Moderne Entwicklungsansätze reduzieren Komplexität

Auf methodischer Ebene gewinnen moderne Entwicklungsansätze wie Model-Based Systems Engineering sowie digitale Zwillinge weiter an Bedeutung, denn sie reduzieren die Komplexität und verbessern die Transparenz der Prozesse. Unterstützt wird die Entwicklung durch etablierte Software-Werkzeuge – PLM- und ALM-Systeme oder sogar Anwendungen wie Jira für das operative Projektmanagement. Simulationsumgebungen sowie integrierte ERP-/PLM-Landschaften sind in fast allen Unternehmen der Branche mittlerweile Standard sind. Testcases lassen sich zunehmend auch mit KI generieren.

Neue Fertigungsverfahren nutzen, Produktentwicklung darauf abstimmen

Die additive Fertigung adressiert einige der  oben erwähnten Entwicklungsziele und -trends. Sie ermöglicht schnellere, leichtere und effizientere Konstruktionen mit komplexen Geometrien. Mit topologie-optimierten Designs lässt sich das Gewicht der Bauteile reduzieren, mit positiven Folgen für Treibstoffverbrauch, Reichweite und Nutzlast. Andererseits beschleunigt die additive Fertigung die Entwicklungsprozesse: Prototypen lassen sich schneller herstellen und direkt testen, sodass Designanpassungen unmittelbar in neue Iterationen einfließen. Dadurch verkürzen sich Entwicklungszyklen, und die Time-to-Market sinkt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht in der Funktionsintegration. Viele Bauteile, die früher aus mehreren Komponenten bestanden, lassen sich heute als ein einziges additiv gefertigtes Element herstellen. Das reduziert Montageaufwand, Kosten und potenzielle Fehlerquellen. Auch im Betrieb zeigt sich der Nutzen: Ersatzteile lassen sich zunehmend on demand fertigen. Somit lassen sich Logistikketten vereinfachen und resilienter machen, und vor allem in Raumfahrtmissionen können Projektbeteiligte flexibler agieren. Fortschritte bei metallischen Werkstoffen – wie Titan- oder Nickelbasislegierungen – ermöglichen zudem flugtaugliche Strukturen mit maßgeschneiderten Materialeigenschaften [1]. Gleichzeitig trägt die technologiebedingt materialeffiziente Herstellung zu nachhaltigeren Produktionsprozessen bei.

Die additive Fertigung geht über das Prototyping hinaus und wird zunehmend in die Serienproduktion integriert. Größere Maschinen erlauben den Druck großformatiger Bauteile, während multimaterialfähige Systeme funktionale Bauteile mit unterschiedlichen Eigenschaften in einem einzigen Prozess ermöglichen. Darüber hinaus tragen digitale Prozessketten, KI-gestützte Optimierungen und In-situ-Qualitätskontrollen zu besseren Fertigungsergebnissen bei. Sogar die additive Fertigung im Weltraum ist möglich: Erste Systeme auf der ISS demonstrieren, dass On-Orbit-Produktion von Ersatzteilen möglich ist.

Marktchancen durch Defence und New Space-Akteure

Schließlich bleibt die konsequente Erfüllung der Zertifizierungs-, Qualitäts- und regulatorischen Anforderungen ein unerlässlicher Bestandteil jedes Entwicklungsprojekts. Gleichzeitig eröffnen sich neue Marktchancen: Der Verteidigungsbereich erlebt aufgrund geopolitischer Spannungen einen deutlichen Aufschwung, und der New-Space-Sektor entwickelt sich zu einem attraktiven, dynamisch wachsenden Segment, das Zulieferern zusätzliche Perspektiven bietet. 

Insgesamt zeigt sich: Wer Investitionen klug plant, Risiken beherrscht, seine Entwicklungsprozesse modernisiert und regulatorische Anforderungen souverän erfüllt, kann auch in diesem anspruchsvollen Umfeld erfolgreich agieren.

[1] Wie wichtig strenge Zertifizierungen und Materialprüfungen sind, zeigt dieser Vorfall an einer Cozy Mk IV mit einem 3D-gedruckten Luftansaugkrümmer. Der am Kraftstoffregler angebrachte Luftansaugkrümmer hat sich verformt. Das hat den Luftstrom zum Motor stark eingeschränkt und zu einem einem Leistungsabfall geführt: https://assets.publishing.service.gov.uk/media/69297a4e345e31ab14ecf6e9/Cozy_Mk_IV_G-BYLZ_01-26.pdf. Mehr von EASA und Nadcap zu Zertifizierungen in der additiven Fertigung finden Sie hier und hier.  

Weitere Informationen:
https://airworthinesscert.com/do-254-and-do-178c-are-top-down-processes/
https://ecss.nl/standards/active-standards/product-assurance/