Gasbetriebene Drohne bleibt fünf Tage lang in der Luft

Ein Team von MIT-Ingenieuren hat eine Drohne entwickelt und getestet, die bis zu fünf Tage lang schweben und auf der Station bleiben oder ein Ziel umkreisen kann, um weitreichende Kommunikationsunterstützung zu leisten – länger als jede andere gasbetriebene Drohne. Sie ähnelt einem Segelflugzeug und hat dünne Flügel, die eine Spannweite von 24 Fuß haben. Das Fluggerät trägt bis zu 20 Pfund Ausrüstung, während es in einer Höhe von bis zu 15.000 Fuß fliegt. Es wiegt knapp 150 Pfund und wird von einem 5-PS-Gasmotor angetrieben.

Im Falle einer Naturkatastrophe, die Telefon- und Internetsysteme in einem weiten Gebiet unterbricht, könnte die Drohne über die betroffenen Regionen fliegen und den Bedürftigen sowie den Einsatzkräften eine vorübergehende Telekommunikationsversorgung bieten.

Gegenwärtige Versionen von unbemannten Luftfahrzeugen sind oft teuer im Betrieb und können nur ein oder zwei Tage in der Luft bleiben, wie es bei den meisten autonomen Überwachungsflugzeugen des Militärs der Fall ist. Um eine angemessene und dauerhafte Abdeckung zu gewährleisten, wären mehrere Flugzeuge erforderlich, die rund um die Uhr landen und auftanken müssten, wobei die Betriebskosten für jede Drohne Tausende von Dollar pro Stunde betragen würden.

Die Drohne begann als Studentenprojekt, das von der US-Luftwaffe vorgeschlagen wurde. Sie wollte eine Drohne, die von der Sonne angetrieben wird und möglicherweise unbegrenzt in der Luft bleiben kann. Andere, darunter Google, haben mit diesem Konzept experimentiert und solarbetriebene Flugzeuge in großer Höhe entwickelt, die ländlichen und abgelegenen Teilen der Welt einen kontinuierlichen Internetzugang bieten könnten.

Als das MIT-Studententeam die Idee untersuchte und das Problem aus einer Reihe von technischen Perspektiven analysierte, kamen sie zu dem Schluss, dass Solarenergie – zumindest für lang andauernde Notfälle – nicht der richtige Weg ist.

„Ein Solarfahrzeug mag im Sommer gut funktionieren, aber im Winter, besonders wenn man weit vom Äquator entfernt ist, sind die Nächte länger und tagsüber gibt es nicht so viel Sonnenlicht. Also muss man mehr Batterien mitnehmen, was das Gewicht erhöht und das Flugzeug größer macht“, sagt R. Joh Hansman, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik am MIT und einer der Teamleiter. „Für die Katastrophenhilfe könnte man damit nur auf Katastrophen reagieren, die sich im Sommer und in niedrigen Breitengraden ereignen. Das funktioniert einfach nicht.“

Die Forscher kamen zu ihren Schlussfolgerungen, nachdem sie das Problem mit GPkit modelliert hatten, einem von Warren Hoburg, einem weiteren MIT-Dozenten, entwickelten Softwaretool. Damit können Ingenieure die besten Konstruktionsentscheidungen oder Abmessungen für ein Fahrzeug ermitteln, wenn bestimmte Einschränkungen oder Missionsanforderungen gegeben sind.

Diese Methode ist unter den Flugzeugentwurfswerkzeugen nicht einzigartig, aber im Gegensatz zu anderen Werkzeugen, die nur einige Hauptfaktoren berücksichtigen, konnte das Team mit GPkit etwa 200 Einschränkungen und physikalische Modelle gleichzeitig berücksichtigen und sie zu einem optimalen Flugzeugentwurf zusammenfügen.

„Es gibt Ihnen alle Informationen, die Sie brauchen, um das Flugzeug zu entwerfen“, sagt Hansman. „Außerdem kann man für jeden dieser Hunderte von Parametern feststellen, wie stark sich die Änderung eines Parameters auf die Leistung des Flugzeugs auswirken würde.“

Nachdem das Team festgestellt hatte, dass eine solarbetriebene Drohne nicht machbar war, untersuchte es benzinbetriebene Flugzeuge. Sie entwickelten einen Entwurf, der mehr als fünf Tage in einer Höhe von 15.000 Fuß bei bis zu 94-prozentigen Winden auf jedem Breitengrad in der Luft bleiben sollte.

Im vergangenen Herbst baute das Team einen Prototyp nach den von der Software ermittelten Abmessungen. Um das Fahrzeug leicht zu halten, verwendeten sie Kohlefaser für die Flügel und den Rumpf sowie Kevlar für das Heck und die Nase, in der die Nutzlast untergebracht ist. Sie haben die Drohne so konstruiert, dass sie leicht zerlegt und in einem FedEx-Karton aufbewahrt werden kann, so dass sie in jedes Katastrophengebiet transportiert und schnell wieder zusammengebaut werden kann.

Im Frühjahr dieses Jahres haben die Studenten den Prototyp verfeinert und ein Startsystem entwickelt, indem sie einen einfachen Metallrahmen konstruierten, der auf einen typischen Autodachträger passt. Die Drohne sitzt oben auf dem Rahmen, während ein Fahrer das Startfahrzeug beschleunigt

„Diese Fahrzeuge könnten nicht nur für die Katastrophenhilfe, sondern auch für andere Aufgaben wie die Umweltüberwachung eingesetzt werden. Man könnte zum Beispiel Waldbrände oder den Abfluss eines Flusses überwachen“, sagt Hansman. „Ich denke, es ist ziemlich klar, dass jemand innerhalb weniger Jahre ein Fahrzeug herstellen wird, das eine Kopie davon sein wird.“