Drone op gas blijft vijf dagen in de lucht

Een team van MIT-ingenieurs heeft een drone ontwikkeld en getest die kan zweven en op zijn plaats kan blijven of rond een doel kan cirkelen om brede communicatie te ondersteunen gedurende vijf dagen, langer dan welke andere drone op gas dan ook. Het toestel lijkt op een zweefvliegtuig en heeft dunne vleugels met een spanwijdte van 3 meter. Het vliegtuig draagt tot 20 pond aan apparatuur terwijl het tot 15.000 voet vliegt. Het weegt iets minder dan 150 pond en wordt aangedreven door een 5-pk gasmotor.

In het geval van een natuurramp die telefoon- en internetsystemen in een groot gebied verstoort, zou de drone over de getroffen regio’s kunnen vliegen en tijdelijke telecommunicatiedekking kunnen bieden aan mensen in nood, evenals aan noodtroepen.

De huidige versies van onbemande luchtvaartuigen zijn vaak duur in gebruik en kunnen slechts een dag of twee in de lucht blijven, zoals het geval is met de meeste autonome surveillancevliegtuigen die door het leger worden geëxploiteerd. Het bieden van adequate en aanhoudende dekking zou een relais van meerdere vliegtuigen vereisen, die de klok rond landen en bijtanken, met operationele kosten van duizenden dollars per uur voor elke UAV.

De drone begon als een studentenproject dat werd voorgesteld door de Amerikaanse luchtmacht. Het wilde een drone, aangedreven door de zon, die potentieel voor onbepaalde tijd in de vlucht kon blijven. Anderen, waaronder Google, hebben geëxperimenteerd met dit concept, het ontwerpen van zonne-energie aangedreven, hoge hoogte vliegtuigen die continue internettoegang zou kunnen bieden aan landelijke en afgelegen delen van de wereld.

Maar toen het MIT-studententeam zich over het idee boog en het probleem vanuit een reeks technische gezichtspunten analyseerde, besloten ze dat zonne-energie – althans voor langdurige noodhulp – niet de juiste weg was.

“Een zonnevoertuig werkt misschien prima in het zomerseizoen, maar in de winter, vooral als je ver van de evenaar bent, zijn de nachten langer, en is er overdag niet zoveel zonlicht. Dus moet je meer batterijen meenemen, wat gewicht toevoegt en het vliegtuig groter maakt,” zegt R. Joh Hansman, een professor in de lucht- en ruimtevaart aan het MIT en een teamleider. “Voor rampenbestrijding zou dit alleen kunnen werken bij rampen die in de zomer plaatsvinden, op lage breedtegraden. Dat werkt gewoon niet.”

De onderzoekers kwamen tot hun conclusies na het modelleren van het probleem met behulp van GPkit, een softwaretool ontwikkeld door Warren Hoburg, een andere MIT-instructeur. Hiermee kunnen ingenieurs de beste ontwerpbeslissingen of afmetingen voor een voertuig bepalen, gegeven bepaalde beperkingen of missie-eisen.

Deze methode is niet uniek onder de vliegtuigontwerptools, maar in tegenstelling tot andere tools die slechts rekening houden met enkele belangrijke factoren, liet GPkit het team zo’n 200 beperkingen en fysieke modellen tegelijk in overweging nemen, en ze samen te voegen tot een optimaal vliegtuigontwerp.

“Het geeft je alle informatie die je nodig hebt om het vliegtuig te tekenen”, zegt Hansman. “Het vertelt je ook voor elk van die honderden parameters, als je er een van zou veranderen, hoeveel dat de prestaties van het vliegtuig zou beïnvloeden.”

Nadat het team had vastgesteld dat een UAV op zonne-energie niet haalbaar zou zijn, keek het naar benzine-aangedreven vliegtuigen. Ze kwamen met een ontwerp waarvan werd voorspeld dat het meer dan vijf dagen kon blijven vliegen, op hoogtes van 15.000 ft., bij maximaal 94e-percentiel wind, op elke breedtegraad.

Vorige herfst bouwde het team een prototype volgens de afmetingen die door de softwaretool waren bepaald. Om het voertuig licht te houden, gebruikten ze koolstofvezel voor de vleugels en de romp, en Kevlar voor de staart en de neuskegel, die de nuttige lading bevat. Ze ontwierpen de UAV om gemakkelijk uit elkaar te worden gehaald en te worden opgeslagen in een FedEx-doos, zodat het naar elk rampgebied kan worden verzonden en snel weer in elkaar kan worden gezet.

Dit voorjaar verfijnden de studenten het prototype en ontwikkelden ze een lanceersysteem, waarbij ze een eenvoudig metalen frame maakten dat op een doorsnee autodakdrager past. De UAV zit bovenop het frame terwijl een bestuurder de draagraket versnelt

“Deze voertuigen zouden niet alleen kunnen worden gebruikt voor rampenbestrijding, maar ook voor andere missies, zoals milieumonitoring. Je zou wilde branden in de gaten kunnen houden of de uitstroom van een rivier,” zegt Hansman. “Ik denk dat het vrij duidelijk is dat iemand binnen een paar jaar een voertuig zal fabriceren dat een knock-off hiervan zal zijn.”